Brevet FR2710756A1 — publié le 19950407

Dispositif d'imagerie thermique et de télémétrie. L'invention concerne un dispositif intégré d'i- magerie thermique et de télémétrie laser. On cherche souvent à associer la technique de la télémétrie laser (TL) avec celle de l'imagerie thermique (IT). Si le rayonnement laser présente une longueur d'on- de telle qu'elle soit compatible avec l'optique du dispo- sitif d'imagerie ou imageur thermique, il est extrême- ment avantageux d'utiliser l'optique de l'imageur ther- mique pour le récepteur TL. Ces avantages sont le prix réduit, puisque un seul ensemble de réception optique est nécessaire, l'encombrement réduit et la collimation entre le récepteur TL et l'imageur thermique est plus simple qu'avec des dispositifs séparés. Dans un dispositif d'imagerie thermique à balayage, le point de la scène à partir duquel le rayon- nement est reçu par le détecteur dépend de la direction de braquage du balayeur et comme le balayage est conti- nu, cela signifie que, meme si l'émetteur TL est syn- chronisé avec le balayeur de façon telle que le faisceau laser soit émis quand la direction de braquage du ba- layeur est celle désirée, à l'instant o l'impulsion de retour parvient au balayeur, la direction de braquage de celui-ci aura changé et cette impulsion de retour sera décalée d'une quantité dépendant de la distance et de la vitesse de balayage. Ainsi l'impulsion laser de retour ne sera reçue centralement sur le détecteur que pour une distance et une vitesse de balayage prédétermi- nées, et si la vitesse de balayage est élevée, l'impul- sion laser de retour peut manquer complètement le dé- tecteur. Dans une catégorie connue de dispositifs d'ima- gérie thermique, le balayeur comprend deux mécanismes, dont l'un exécute un "balayage de ligne" relativement rapide alors que l'autre exécute un "balayage d'image" beaucoup plus lent (ces expressions étant utilisées par analogie avec la technique de la télévision), et la pré-5 sente invention concerne l'intégration d'un dispositif de télémétrie laser dans cette catégorie de dispositifs d'imagerie thermique. Selon l'invention, le dispositif intégré d'ima- gerie thermique et de télémétrie laser est caractérisé par les dispositions suivantes: l'émetteur TL est col- limaté avec la principale ligne de visée de l'imageur; l'imageur comprend un premier et un second mécanismes de balayage; le rayonnement provenant du champ de vi- sion rencontre d'abord le second mécanisme de balayage15 dont la vitesse de balayage est plus lente que celle du premier mécanisme de balayage et dont le cycle de ba- layage comprend une portion pour laquelle la direction de braquage de l'imageur ne se trouve pas sur la prin- cipale ligne de visée et pour laquelle le changement20 de cette direction de braquage est inférieur à une quan- tité prédéterminée durant un intervalle de temps pré- déterminé; et des moyens de déclenchement sont prévus pour élaborer un signal de déclenchement de l'émetteur TL pendant ladite portion du cycle de balayage, le rayonne-25 ment laser étant reçu pendant cet intervalle de temps le long de la ligne principale de visée de l'imageur et étant dirigé par le second mécanisme de balayage vers un récepteur TL et évitant le premier mécanisme de ba- layage.30 De préférence,le rèc pteur TL comprend des moyens de focalisation et un détecteur disposé au foyer princi- pal de ces moyens de focalisation. Le détecteur TL peut être monté dans le même boîtier cryogénique que le dé- tecteur d'imagerie thermique ou un détecteur unique peut fonctionner comme détecteur TL et comme détecteur d'imagerie thermique, auquel cas des moyens sont prévus, de préférence électroniques, pour séparer les signaux dus au télémètre et ceux dus à l'imagerie thermique. L'invention est basée sur le fait'que, comme le rayonnement entrant rencontre d'abord le mécanisme de balayage d'image et ensuite le mécanis- me de balayage de ligne, lorsque le mécanisme de balayage d'image est orienté de façon telle que la direction de braquage du balayeur ne corresponde pas à son axe principal, un faisceau entrant le long de l'axe principal est dévié par le mécanisme de balayage d'image de façon telle qu'il ne suit pas le chemin optique normal pour le rayonnement reçu. Par un agencement approprié de l'optique, le fais- ceau laser en retour peut alors être conduit à éviter le mécanisme de balayage de ligne. Comme le mécanisme de balayage d'image se déplace à une vitesse relativement lente, le déplacement qu'il subit pendant l'intervalle de temps compris entre l'émission et la réception de l'impulsion laser peut être négligé dans la plupart des cas. Selon une variante, du fait que le mécanisme de balayage d'image est ordinairement d'un type oscillant, le synchronisme peut être prévu de façon telle que l'impulsion laser soit émise pendant une por- tion stationnaire ou quasi-stationnaire du balayage d'image (par exemple à l'instant du changement de sens du mouvement du miroir, si le mécanisme considéré est un miroir oscillant). Des modes de réalisation de l'invention vont être maintenant décrits à titre d'exemples purement illustratifs en référence aux dessins ciannexés, dans lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement les principes de base de l'invention, - les figures 2, 3 et 4 montrent des variantes de la figure 1. Un imageur thermique qui convient particuliè- rement au perfectionnement selon l'invention est celui qui a été décrit dans la demande de brevet R.F.A. pu- bliée avant examen n0 DOS 28 38 362. La figure 1 montre un tel imageur. Le balayage est exécuté par un miroir oscillant 1 constituant le mécanisme de balayage d'image15 et par un rotor 2 constituant le mécanisme de balayage de ligne. Un miroir concave 3 est utilisé pour former l'image de la pupille de balayage de ligne sur la pupil- le de balayage d'image, comme il a été décrit dans la demande de brevet ci- dessus, et une lentille 4 est utili-20 sée pour former une image de la cible sur un détecteur 5. Des miroirs plans de renvoi 6 et 7 sont utili- sés pour permettre l'exécution d'un ensemble mécanique convenable. Lorsque le miroir oscillant 1 se trouve au centre de sa trajectoire (position A illustrée en25 traits pleins), le rayonnement entrant selon l'axe de l'imageur emprunte le chemin PQRSTUVW. Lorsque le mi- roir 1 a tourné et se trouve dans sa position illustrée en traits mixtes (position B), le rayonnement provenant d'un point différent de la scène balayée atteint le30 détecteur 5 en suivant le chemin YQRSTUVW. Si le miroir 1 se trouve en sa position B, toutefois, le rayonnement entrant le long de l'axe PQ de l'imageur est dévié par le miroir 1 de façon telle qu'il suive le chemin PQXZ, lequel évite les éléments 7 et 3 ainsi que le rotor de balayage de ligne. Selon l'invention, lorsque le miroir 1 s'écarte de la position A à une distance telle que le rayonnement entrant le long du chemin PQ soit dévié par le miroir 6 selon un chemin tel que XZ qui évite le miroir 7, l'émetteur TL 12 est déclenché de façon à émettre une impulsion laser collimatée avec la ligne principale de visée de l'imageur, qui est reçue le long du chemin PQ à condition que l'impulsion soit réfléchie par une ci- ble disposée à une distance inférieure à un maximum,lequel constitue un critère, et que lavitesse de déplacement du miroir 1 constituant le dispositif de balayage d'ima- ge soit suffisamment lente. On peut se passer de ce dernier critère si l'émetteur TL est déclenché lorsque le miroir 1 se trouve en sa position B, laquelle, correspondant au moment o le mouvement de ce miroir change de sens, est conservée pendant un certain inter- valle de temps. Le déclenchement de l'émetteur 12 est effectué par un détecteur de position 13. La figure 2 montre comment le faisceau laser dévié peut être reçu par un détecteur 9 de télémétrie laser après avoir été focalisé par une lentille 8. Sur cette figure 2 et sur les figures suivantes, les traits pleins correspondent auxcheminsdes rayons du faisceau TL alors que les traits interrompus correspondent aux chemirssuivispar les rayons du faisceau d'imagerie thermique. Comme les deux détecteurs 5 et 9 doivent être en général refroidis de manière cryogénique, il est très avantageux de monter le détecteur TL 9 et le dé- tecteur IT 5 dans la meme enceinte calorifugée. La figure 3 montre un agencement optique pour lequel cette condition peut être réalisée. Le miroir plan sert uniquement à dévier le faisceau TL dans la direction désirée. Fréquemment les détecteurs IT com- portent une butée de limitation 11 ou "écran froid" disposée devant l'enceinte calorifugée, et dans l'agen- cement de la figure 3 les deux faisceaux TL et IT traversent la meme ouverture. L'agencement de la figure 3 peut conduire à une séparation entre les détecteurs TL et IT trop gran- de pour un fonctionnement efficace de l'enceinte calo- rifugée. Un agencement tel que celui de la figure 4 permet de placer les deux détecteurs très près l'un de l'autre (ou, si le détecteur IT est d'un type convenant à l'utilisation de télémétrie, le même élément détec- teur peut être utilisé pour les deux fonctionnements). Dans ce dernier cas, le miroir 10 est d'un type passe- bande sélecteur de longueur d'onde qui réfléchit le rayonnement présentant exactement la longueur d'onde du laser, mais transmet une grande proportion du rayonnement à large bande utilisé pour l'imagerie thermique. La lentille 4 est modifiée de façon à col- limater le faisceau IT et la lentille 8 remplit la double fonction de focalisation des faisceaux IT et TL. Dans ce cas, comme il n'y a qu'un détecteur, il est nécessaire de séparer le signal TL du signal IT et ceci peut être obtenu électroniquement par détection de la forme d'onde. En effet, le signal TL présente un front raide qui n'est pas normalement trouvé dans les signaux d'imagerie thermique. De plus, le signal de déclenchement provenant de l'émetteur 13 peut être utilisé pour activer un dispositif de déclenchement ou de porte. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée au cas o le faisoeau TL est transmis au détecteur de la façcon décrite ci-dessus. Par exemple, dans la figure 3, le miroir 1 et la lentille 8 pourraient être remplacés par un seul miroir concave asphérique à axe décalé. De plus, l'invention n'est pas limitée à un balayeur présentant la configuration particulière représentée. En principe, le meme chemin optique pourrait également être utilisé pour l'émetteur TL mais les difficultés dues à l'élimination des réflexions de retour et à la séparation des faisceaux émis et reçu en retour rendent cette solution peu attractive. REVENDICATIONS 1. Dispositif intégré d'imagerie thermique et de télémétrie laser (TL), caractérisé par les dispositions suivantes: l'émetteur TL (12) est collimaté avec la principale ligne de visée (PQ) de l'imageur; l'imageur comprend un premier (2) et un second (1) mécanismes de balayage; le rayonnement provenant du champ de vi- sion rencontre d'abord le second mécanisme de balayage (1) dont la vitesse de balayage est plus lente que celle du premier mécanisme de balayage (2) et dont le cycle de balayage comprend une portion pour laquelle la direc- tion de braquage ou de visée de l'imageur ne se trouve pas sur la principale ligne de visée (PQ) et pour la- quelle le changement de cette direction de braquage est inférieur à une quantité prédéterminée durant un inter- valle de temps prédéterminé; et des moyens de déclen- chement (13) sont prévus pour élaborer un signal de déclenchement de l'émetteur TL (12) pendant ladite por- tion du cycle de balayage, le rayonnement laser étant reçu pendant cet intervalle de temps le long de la ligne principale de visée (PQ) de l'imageur et étant dirigé par le second mécanisme de balayage (1) vers un récep- teur TL (8,9) et évitant le premier mécanisme de balaya- ge (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur TL (8, 9) comprend des moyens de focalisation (8) et un détecteur (9) disposé au foyer principal de ces moyens de focalisation. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que le détecteur TL (8, 9) est monté dans le même bottier cryogénique (11) que le détecteur d'image- rie thermique (5). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractéri- sé en ce qu'un détecteur unique (5) fonctionne simultané- ment comme détecteur TL et comme détecteur d'imagerie thermique et en ce que des moyens de séparation sont prévus pour séparer les signaux de sortie du détec- teur en ses composants de télémétrie et en ses compo- sants d'imagerie thermique.