Brevet FR2753328A1 — publié le 19980313

La présente invention concerne une caméra à onde millimétrique autorisant notamment une certaine vision dans des conditions difficiles, notamment dans le brouillard ou dans un vent de sable. La vision dans le brouillard reste un problème pour tous ceux qui conduisent un véhicule. Pour tenter de résoudre ce problème sur la route, le document FR-A-2 666 906 décrit un dispositif installé dans un véhicule automobile et permettant à ce véhicule d'être détecté dans le brouillard par un autre véhicule muni d'une caméra thermique. Le véhicule est pourvu de résistances chauffantes revêtues de polyéthylène pouvant être détectées par une caméra thermique. Si ce dispositif permet de détecter un véhicule pourvu du même dispositif, il reste sensiblement impuissant pour détecter un véhicule non pourvu d'un tel dispositif. Ceci est donc dangereux, car il donne un sentiment injustifié de confiance au conducteur du véhicule ainsi équipé. En outre, même si tous les véhicules routiers étaient ainsi équipés, ce dispositif serait totalement incapable de détecter des obstacles fixes. Enfin, une caméra à infrarouge a des difficultés importantes à "voir" dans le brouillard. L'utilisation d'un radar n'est pas non plus satisfaisante, puisque l'image obtenue est dans un plan horizontal et qu'il lui manque la dimension verticale. Un article intitulé "Millimeter-Wave Imaging Sensor", publié dans IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-34, n 10, Octobre 1986, décrit un système à résolution modérée à utiliser sur un avion léger ou un hélicoptère pour obtenir des images du sol à travers des nuages, du brouillard ou de la pollution atmosphérique, lorsque des dispositifs à vision directe ou à infrarouge ne sont pas utilisables. Un tel système, même s'il donne de bons résultats, reste un système expérimental qui nécessite un équipement important au sol et un équipement complexe à bord, avec des moyens de synchronisation et de stabilisation très sophistiqués. On connait également un dispositif de balayage optomécanique des documents FR-A-2 585 204, FR-A-2 586 519 et FR-A-2 593 657 qui décrivent ensemble des moyens de balayage horizontal et de balayage vertical prévus pour permettre une vision de nuit de certains obstacles. Ce dispositif de balayage apporte des solutions intéressantes pour résoudre certains problèmes du système expérimental précité, mais n'apporte pas directement de solution à une vision dans le brouillard ou équivalent, notamment du fait des fréquences utilisées. La présente invention a pour but d'obvier à ces inconvénients avec une caméra efficace d'un coût modeste et ne nécessitant que des moyens rustiques de mise en oeuvre, tout en ayant des résultats remarquables indépendamment de l'équipement des obstacles rencontrés. La présente invention concerne donc une caméra à onde millimétrique du type précité. Selon l'invention, elle comprend, en combinaison - un objectif d'entrée incluant une lentille de tête déterminant un signal optique d'entrée - un dispositif opto-mécanique de balayage vertical et de balayage horizontal de ce signal optique d'entrée - un dispositif de filtrage du dit signal optique pour ne traiter qu'un signal optique d'une longueur d'onde déterminée - un miroir de focalisation du signal issu du dispositif opto-électrique - un dispositif de traitement du signal dont la fenêtre d'entrée est disposée au foyer indirect de la lentille de focalisation, et engendrant une image visible à un foyer direct du même miroir de focalisation, les dits foyers direct et indirect étant déterminés au travers d'une première lame dichroïque transparente pour le signal visible et réfléchissante pour les ondes millimétriques, et disposée entre ce miroir de focalisation et le dispositif de traitement précité ; et - une deuxième lame dichroïque identique à la première lame dichroïque et disposée entre l'objectif et le dispositif optomécanique de balayage pour déterminer une image visible à travers un objectif de sortie. Selon un premier mode de réalisation, la lentille de tête est réalisée en téflon chargé en particules métalliques pour déterminer le dispositif de filtrage. Selon un deuxième mode de réalisation, la fenêtre d'entrée du dispositif de traitement est pourvue d'un dispositif de filtrage. De préférence, la longueur d'onde du signal optique traité par le dispositif de traitement est de l'ordre de 3 millimètres environ, de telle manière que celui-ci fonctionne entre 90 et 100 GHz environ. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode préféré de réalisation donné à titre non limitatif et à laquelle une planche de dessins est annexée sur laquelle la Figure unique représente schématiquement une caméra conforme à l'invention. En référence maintenant à la Figure unique sur laquelle on a représenté schématiquement une caméra conforme à l'invention, on reconnaître en 10 l'objectif de la caméra. Cet objectif est constitué d'une pupille 12 déterminant une ouverture et d'une lentille convergente 14 présentant un axe optique 16. Selon un mode de réalisation, cette lentille 14 fait, en outre, office de filtre pour ne laisser passer que les ondes millimétriques d'une longueur d'onde déterminée. Dans toute la présente description, par l'expression 'lentille', on entend, bien entendu, tout dispositif optique apte à faire converger un faisceau optique vers un foyer, que ce soit une lentille au sens propre du terme ou un miroir approprié. Un miroir sphérique sera, par exemple, préféré pour un objectif présentant un grand champ et une grande ouverture. Un élément de filtrage du faisceau incident peut être ajouté, si besoin est, en tête de la caméra, pour permettre de ne laisser passer qu'un faisceau de la longueur d'onde souhaitée. Dans un mode de réalisation préféré, cette longueur d'onde est de l'ordre de 3 mm., ce qui correspond à une fréquence de travail de la caméra comprise entre 90 et 100 GHz environ. Pour obtenir un tel filtrage, la lentille peut favorablement être réalisée dans un matériau connu sous la marque 'Téflon', ou équivalent, chargé en particules métalliques. D'autres matériaux appropriés peuvent également être utilisés. La lentille de tête 14 fait converger le signal optique filtré d'entrée issu du faisceau incident, sur une lentille de champ 18 permettant de différencier clairement le balayage vertical et le balayage horizontal. Ces deux balayages sont effectués par un dispositif opto-mécanique 20, 22 selon des techniques connues. La partie 20 du dispositif assure un balayage vertical ou de trame, tandis que la partie 22 du dispositif assure un balayage horizontal ou de ligne. La partie 20 du dispositif peut être favorablement constitué d'un miroir plan tournant d'un mouvement alternatif autour d'un axe, tandis que la partie 22 du dispositif est généralement constituée par un tambour de forme prismatique tournant de façon uniforme autour de son axe. Le signal optique issu de ce dispositif opto-mécanique est appliqué à un miroir de focalisation 24 permettant de le faire converger sur la fenêtre d'entrée d'un dispositif de traitement 26 disposée au foyer indirect du miroir de focalisation 24. Ce miroir de focalisation 24 est, bien sûr, obtenu par un jeu de miroirs appropriés. Le dispositif de traitement 26 est d'un type connu sur le marché. La société Hughes Millimeter Waves Products Inc. en commercialise plusieurs modèles, et il est jugé inutile d'en décrire un ici, puisqu'il est bien connu de l'homme du métier. Ce dispositif de traitement 26 délivre une image visible en 28, par exemple au moyen d'un jeu matriciel de diodes électroluminescentes disposées à un foyer direct du miroir de focalisation 24. Les foyers direct et indirect précités sont obtenus au moyen d'une lame dichroïque 30 transparente pour la lumière visible, mais réfléchissante pour les ondes millimétriques. Cette lame dichroïque 30 est disposée entre le miroir de focalisation 24 et le dispositif de traitement 26. Cette image visible est réinjectée dans le système par l'intermédiaire de cette lame dichroïque 30 et subit donc les balayages horizontal et vertical avant d'atteindre une deuxième lame dichroïque 32 envoyant l'image visible sur un objectif de sortie 34. Cette deuxième lame dichroïque 32 est disposée en entrée de la caméra entre la lentille de tête 14 et le dispositif de balayage opto-mécanique 20, 22. Selon un mode préféré de réalisation, le balayage vertical est effectué à une fréquence de l'ordre d'une dizaine de Hertz, de manière à éviter une usure prématurée et/ou une fragilisation de la mécanique qui doit rester une mécanique fiable de précision. On obtient ainsi une image visible d'une définition modérée de 5 lignes de 13 points chacune, c'est à dire une définition totale de l'ordre de 60 à 70 éléments d'image et, plus précisément ici de 65 éléments d'image, chaque élément d'image présentant plusieurs niveau de gris entre le blanc et le noir. Cette image visible est obtenue à travers un objectif de sortie, avant agrandissement éventuel, de 40 mm. de large sur 20 mm. de haut, lorsque le rayon du cercle inscrit du tambour rotatif de balayage vertical est de l'ordre de 20 mm. Une telle définition modérée permet de reconnaître aisément des formes de tout obstacle dans le brouillard. L'objectif de sortie 34 présente des caractéristiques identiques à celles de l'objectif d'entrée 10, en ce qui concerne la distance focale et le champ. Il n'est toutefois pas filtrant et est transparent pour la lumière visible. Une telle caméra corrige automatiquement toutes les aberrations géométriques de type coma, astigmatisme, courbure de champ, distorsions, etc... Pour permettre un fonctionnement d'une telle caméra dans toutes les conditions thermiques possibles, par exemple entre -40 C et +70 C, le dispositif opto-électronique de balayage est commandé par l'intermédiaire d'un bloc de régulation 36 de type connu en soi et comportant essentiellement une boucle de réaction en fréquence au moyen d'une roue phonique ou stroboscopique liée aux éléments mobiles du dispositif opto-électronique 20, 22. Bien que l'on ait représenté et décrit ce que l'on considère actuellement être le mode de réalisation préféré de la présente invention, il est évident que l'Homme de l'Art pourra y apporter différents changements et modifications sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini ci-après. Par exemple, la caméra qui vient d'être décrite est une caméra passive, puisqu'elle n'émet pas de rayonnement tel un radar, et elle trouve ainsi des applications supplémentaires dans le domaine militaire puisqu'elle n'est pas détectable en soi. Cependant, on peut y adjoindre une partie active permettant d'obtenir une meilleure définition de l'image dans certaines conditions de l'environnement. Autre exemple, le filtrage du faisceau optique incident peut également être effectué au niveau de la fenêtre d'entrée du détecteur 26 plutôt qu'au niveau de l'objectif 14. On aura compris que la caméra à onde millimétrique conforme à l'invention a de nombreuses applications, notamment pour la conduite des automobiles, la conduite des navires et celle des aéronefs, et la détection d'obstacles en milieu hostile. -O- REVENDICATIONS 1 - Caméra à onde millimétrique autorisant une vision notamment dans le brouillard, caractérisée en ce qu'elle comprend, en combinaison - un objectif d'entrée (10) incluant une lentille de tête (14) déterminant un signal optique d'entrée - un dispositif opto-mécanique de balayage vertical (20) et de balayage horizontal (22) du dit signal optique d'entrée - un miroir de focalisation (24) du signal issu du dit dispositif opto-électrique (20, 22) - un dispositif de filtrage du dit signal optique pour ne traiter qu'un signal optique d'une longueur d'onde déterminée - un dispositif de traitement (26) du dit signal dont la fenêtre d'entrée est disposée au foyer indirect du dit miroir de focalisation (24), et engendrant une image visible à un foyer direct du dit miroir de focalisation, les dits foyers direct et indirect étant déterminés au travers d'une première lame dichroïque (30) transparente pour le signal visible et réfléchissante pour les ondes millimétriques, et disposée entre le dit miroir de focalisation (24) et le dit dispositif de traitement (26); et - une deuxième lame dichroïque (32) identique à la dite première lame dichroïque (30) et disposée entre le dit objectif et le dit dispositif opto-mécanique de balayage (20, 22) pour déterminer une image visible à travers un objectif de sortie (34). 2 - Caméra à onde millimétrique selon la revendication 1 caractérisée en ce que la lentille de tête (14) est réalisée en téflon chargé en particules métalliques de manière à déterminer le dit dispositif de filtrage en entrée de la dite caméra. 3 - Caméra à onde millimétrique selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la fenêtre d'entrée du dit dispositif de traitement (26) est pourvue du dit dispositif de filtrage pour sélectionner un signal optique de la dite longueur d'onde déterminée. 4 - Caméra à onde millimétrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la longueur d'onde du dit signal optique traité par le dit dispositif de traitement (26) est de l'ordre de 3 millimètres environ. 5 - Caméra à onde millimétrique selon la revendication 4 caractérisée en ce que le dit dispositif de traitement (26) fonctionne à une fréquence comprise entre 90 et 100 GHz environ. 6 - Caméra à onde millimétrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la fréquence du balayage vertical est de l'ordre de la dizaine de Hertz. 7 - Caméra à onde millimétrique selon la revendication 6 caractérisée en ce que l'image visible à travers le dit objectif de sortie (34) présente une définition comprise entre 60 et 70 points. 8 - Caméra à onde millimétrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le dispositif opto-mécanique de balayage (20, 22) est régulé au moyen d'une boucle de réaction en fréquence (36).