Brevet FR2763402A1 — publié le 19981120

l Dispositif de réglage du parallélisme d'axes dans un appareil d'imagerie thermique L'invention concerne un dispositif de réglage du parallélisme des axes dans un appareil d'imagerie thermique, dans lequel le trajet du rayonnement infrarouge et le trajet du rayonnement visible passent par les mêmes éléments optiques. Dans les missiles guidés, le guidage du missile est habituelle- ment harmonisé par rapport au réticule de visée d'une lunette, au travers de laquelle le tireur désigne une cible. Lorsqu'on souhaite adjoindre un appareil de vision nocturne à l'installation de tir, l'axe optique de l'appareil de vision nocturne doit être parallèle à l'axe optique de la lunette, lequel est défini par le réticule de visée. La précision nécessaire qui est typiquement de 0,1 mrad ne peut être obtenue que très difficilement par des moyens de réglage mécaniques; elle est encore plus difficile à respecter en environnement militaire. Il est connu dans l'état de la technique d'équiper des appareils de vision nocturne de moyens de grossissement et de les placer, en tant qu'éléments additionnels, devant la lunette afin d'utiliser le réticule de la lunette en visée nocturne également. Ce procédé implique que, dans l'appareil de vision nocturne, le défaut de parallélisme entre l'axe d'entrée du rayonnement infrarouge et l'axe de sortie du rayonnement visible soit Un exemple de réalisation de l'état de la technique est représenté à la figure 2. Sur cette figure, "L" désigne une lentille, "M" un miroir, "T" un prisme de balayage et "D" une lame séparatrice. Le trajet du rayon- nement infrarouge et le trajet du rayonnement visible passent pour une grande part par les mêmes composants optiques, ce qui élimine les décalages entre les axes des composants. Le miroir M7 et la lame sépara- trice D3 doivent être stables l'un par rapport à l'autre, mais peuvent se déplacer simultanément. Des constructions de ce type permettent de main- tenir le parallélisme des axes fournissent des images relativement sombres, de sorte qu'il n'est plus pos- sible d'utiliser des trajets communs pour la bande infrarouge et la bande visible. La présente invention a pour objectif de créer un dispositif du type indiqué en introduction, dans lequel l'axe d'entrée du rayonnement infrarouge est amené de manière totalement automatique parallèle à l'axe de sortie du rayonnement visible de l'appareil d'imagerie thermique, cela même avec des appareils de vision nocturne conçus exclusivement pour l'observation. Cet objectif est atteint par le fait qu'un module point lumi- neux/détecteur quatre quadrants, dont les axes sont réglés avec précision et sont stables est associé au rayonnement infrarouge et au rayonnement visible, devant le moyen de visualisation, et qu'une voie de renvoi pivo- tante ou fixe à miroir triangulaire et miroir plan insérée dans le trajet du rayonnement infrarouge ou seulement une lame séparatrice est disposée en amont de l'optique d'observation. Selon une caractéristique de l'invention, les centres du point lumineux et du détecteur quatre quadrants coïncident. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, les domaines spectraux de la caméra infrarouge et de l'unité de reproduction d'image se chevauchent partiellement ou totalement. De manière avantageuse, on utilise les signaux de décalage du détecteur quatre quadrants pour décaler la position d'image du moyen de visualisation. Selon une caractéristique de l'invention, un motif thermique à colonnettes avec une lentille de correction peut être placé devant le plan d'image du moyen de visualisation. Comme solution alternative, une lame séparatrice placée entre la caméra infrarouge et le moyen de visualisation peut pivoter d'une demi-largeur de ligne de l'appareil d'imagerie thermi- que ou de n + 1/2 largeur de ligne à la cadence de demi-image. Différents exemples de réalisation sont décrits de manière détaillée dans ce qui suit en faisant référence aux dessins. Ceux-ci repré- sentent: figure 1, un exemple de réalisation de l'appareil d'imagerie ther- mique complet, figure 2, un exemple de réalisation selon l'état de la technique, figure 3, un exemple de réalisation selon la figure 1, avec une voie de renvoi basculée de 180 pour l'harmonisation de l'axe, figure 4, un exemple de réalisation de l'appareil d'imagerie ther- mique complet avec une deuxième voie de renvoi, figure 5, un exemple de réalisation de l'appareil d'imagerie ther- mique complet avec une lame séparatrice. Comme le montre schématiquement la figure 1, l'optique d'obs- ervation 11 et le moyen de visualisation 19, à cristaux liquides ou à tube cathodique, sont montés dans un tube 10 rigide. Une voie de renvoi 1Oa qui comprend un miroir triangulaire 12 et un miroir plan 13 est placée devant l'optique d'observation 11. Des déplacements limités de cette voie de ren- voi 10a n'ont aucune influence sur la direction de marche du rayonnement visible (réflecteur en coin). Dans le principe, n'importe quelle caméra d'imagerie thermique d'observation 18 disposant d'une sortie de signal vidéo peut être montée sur l'unité de reproduction d'image 14. Dans un appareil de vision noc- turne avec une conception modulaire de ce type, il est encore plus difficile de maintenir le parallélisme entre l'axe du rayonnement infrarouge 15 et l'axe optique 16 que dans un appareil selon la figure 2. Conformément à l'invention, le parallélisme entre l'axe du rayonnement infrarouge 15 et l'axe optique 16 est obtenu par le fait que l'on fait pivoter de 180 la voie de renvoi 10a, comme représenté à la figure 3 ou par le fait que l'on crée par séparation du rayonnement une deuxième voie de renvoi 10b, conformément à la figure 4, ou par le fait que l'on réalise un dispositif selon la figure 5 et que l'on place un détecteur quatre quadrants 17 avec un point lumineux 17a devant le moyen de visua- lisation 19 (afficheur à cristaux liquides ou à tube cathodique). Les centres du point lumineux 17a et du détecteur quatre quadrants 17 sont alignés avec précision l'un par rapport à l'autre, de manière fixe. Le point lumineux 17a est reproduit dans le moyen de visualisa- tion par l'appareil de vision nocturne, par l'intermédiaire de la voie de ren- voi à miroirs 10a invariante. Le détecteur quatre quadrants 17 détecte la position du point d'image. En cas de besoin, l'image est décalée sur le moyen de visulaisation - dans le cas d'un moniteur par modification des tensions de déviation - jusqu'à ce que le point lumineux 17a soit situé au centre du détecteur quatre quadrants 17. Comme l'ont montré des contrô- les expérimentaux, la précision de parallélisme entre l'axe infrarouge et l'axe optique est d'environ 50 prad. Aucune optique n'est nécessaire pour focaliser le point lumineux du moyen de visualisation sur le détecteur quatre quadrants 17. Il faut seu- lement positionner ledit détecteur 17 environ 2 à 5 mm en avant du moyen de visualisation. De même aucune optique n'est nécessaire devant le point lumineux 17a pour une meilleure focalisation de celui-ci étant donné que le point lumineux 17a est situé légèrement en dehors du plan d'image de l'optique de visée. La position du module "point lumineux 17a/détecteur quatre quadrants 17" devant le moyen de visualisation n'a pas d'influence sur l'harmonisation des axes entre eux. On peut également positionner un petit point lumineux 17a sur le bord de l'image et contrôler ainsi en continu le parallélisme des axes et procéder le cas échéant à une correction. Lorsqu'on fait pivoter une voie de renvoi aux fins d'harmoniser les axes, il est avantageux de faire pivoter en même temps le module point lumineux/détecteur quatre quadrants 17/17a sensiblement au centre de l'image. L'harmonisation des axes a lieu de manière entièrement automatique sur environ 10 images, - c'est-à-dire sur environ 200 ms. Etant donné que le détecteur quatre quadrants doit seulement détecter la position zéro, les valeurs absolues du décalage importent peu. Les domaines spectraux de la caméra infrarouge et de l'unité de reproduction d'image 14 doivent se chevaucher, tout au moins à l'intérieur d'une bande étroite. Dans les appareils d'imagerie thermique à 3 à 5 gtm le détecteur reste sensible jusqu'à 1 à 2 tm. On peut utiliser une optique nor- male en verre pour la reproduction d'image. Avec des appareils d'imagerie thermique travaillant dans le domaine 8-12 pm, le point lumineux 17a doit lui aussi être réfléchi dans ce domaine du spectre. L'optique de reproduction d'image doit donc elle aussi être au moins partiellement transparente dans le domaine spectral de 8 à 12 gm. Ceci s'obtient par exemple en utilisant des verres de type Cleartran, des verres au fluorure de baryum ou du verre à optique de miroir. Les dispositions proposées permettent d'obtenir une conception dans laquelle toutes les erreurs d'axe dans l'ensemble de l'appareil de vision nocturne peuvent être mesurées et corrigées de manière automati- que. Le seul composant dont les axes doivent être positionnés avec préci- sion et être stables est le module compact, de faibles dimensions "point lumineux/détecteur quatre quadrants" 17/17a. La dépense engagée pour mesurer le parallélisme des axes avec un détecteur quatre quadrants bon marché et déclencher des corrections permet d'obtenir une rentabilité optimale. La position du module 17,17a n'a pas d'influence sur la mesure du parallélisme des axes; ce module 17, 17a doit seulement être positionné de manière grossière. La figure 5 montre une variante dans laquelle une lame sépara- trice 20 et non plus une voie de renvoi permet d'amener les axes parallèles entre eux, de manière entièrement automatique, à l'aide dun module 17,17a placé devant le moyen de visualisation 19. La caméra d'imagerie thermique 18 voit le paysage par l'intermédiaire de la lame séparatrice. Le télescope 21 voit à travers la lame séparatrice. Le point 17a est vu par la caméra à imagerie thermique 18 à travers la lame séparatrice 20 et est reproduit sur le moyen de visualisation 19 et détecté par le détecteur qua- tre quadrants 17. Les écarts éventuels par rapport au centre du détecteur sont ramenés à zéro par décalage de l'image sur le moyen de visualisation. Le moyen de visualisation est observé à travers le télescope par l'intermé- diaire de la face arrière de la lame séparatrice 20. Des déplacements (fai- bles) de la lame séparatrice 20 n'ont aucune influence sur le parallélisme entre l'axe infrarouge de l'appareil d'imagerie thermique 18 et l'axe du télescope 21, étant donné que l'on utilise la face avant et la face arrière de la lame séparatrice; ainsi le parallélisme axe infrarouge - axe visuel n'est pas influencé. Dans tous les agencements selon les figures 3, 4 ou 5, un motif à colonnettes peut être disposé devant le moyen de visualisation 19. Sur le motif à colonnettes est placée une lentille de correction à faible coeffi- cient de correction étant donné que ledit motif à colonnettes est placé en avant du plan d'image. Ainsi il est possible de contrôler la résolution (MDTR: minimum de différence de température résolue) de l'appareil d'imagerie thermique. Habituellement on a besoin d'un collimateur externe de grande dimension pour mesurer la résolution. Dans la version selon la figure 5 uniquement, il est en outre pos- sible de réduire de manière très simple le phénomène d'escalier propre aux appareils à imagerie thermique modernes (cible focale). La lame sépara- trice oscille avec un mouvement de va et vient égal à la demi-distance entre lignes à la cadence de la demi-image (20 msec). Ainsi l'image dans le paysage et dans le télescope est décalée d'une demi-largeur de ligne, d'une demi-image à l'autre demi-image. On divise ainsi par deux la dis- tance d'échantillonnage (fréquence d'échantillonage doublée) et on réduit le phénomène d'escalier sans agir sur la caméra, ni sur le moyen de visuali- sation. Dans les appareils d'imagerie thermique à cible focale, il existe toujours quelques éléments détecteurs défectueux. Lorsque la lame sépa- ratrice pivote à la cadence de demi-image de n + 1/2 distance entre lignes (n = petit nombre entier), les pixels défectueux dans les deux demi-ima- ges apparaissent en des endroits différents et sont de ce fait moins gênants. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage du parallélisme des axes dans un appareil d'imagerie thermique dans lequel le trajet du rayonnement infrarouge et le trajet du rayonnement visible passent par les mêmes éléments optiques, caractérisé par le fait qu'un module point lumineux/détecteur quatre qua- drants (17, 17a), dont les axes sont réglés avec précision et sont stables, est associé au rayonnement infrarouge et au rayonnement visible (15, 16), devant le moyen de visualisation (19), et qu'une voie de renvoi (10a, 1Ob) pivotante ou fixe à miroir triangulaire (12, 12a) et miroir plan (13, 13a) insérée dans le trajet du rayonnement infrarouge ou seulement une lame séparatrice (20) est disposée devant l'optique d'observation (11). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le centre du point lumineux (17a) et le centre du détecteur quatre qua- drants (17) coïncident. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les domaines spectraux de la caméra infrarouge et de l'unité de repro- duction d'image (14) se recouvrent partiellement ou totalement. 4. Dispositif selon une quelconque des revendications I à 3, caractérisé par le fait que l'on utilise pour décaler la position d'image du moyen de visualisation (19) les signaux de décalage du détecteur quatre quadrants (17). 5. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'un motif thermique à colonnettes avec une len- tille de correction peut être placé devant le plan d'image du moyen de visualisation (19), ou qu'une lame séparatrice (20) placée entre la caméra infrarouge et le moyen de visualisation (19) peut pivoter d'une demi-lar- geur de ligne de l'appareil d'imagerie thermique ou de n + 1/2 largeur de ligne à la cadence de demi-image.