Brevet FR2824985A1 — publié le 20021122

distance. La présente invention concerne un dispositif optoélectronique tel qu'une caméra thermique. L' invention concerne également un procédé de visualisation d'une scène avec un tel dispositif optoélectronique, un procédé de calibration d'un tel dispositif optoélectronique, un procédé de réglage d'un tel dispositif optoélectronique et un procédé de stabilisation d' image dans un tel dispositif optoélectronique. Une caméra thermique comprend généralement un bâti sur lequel sont montés un détecteur infrarouge et une série de lentilles. Le détecteur et les lentilles sont disposés selon un axe optique du dispositif optoélectronique. Le détecteur infrarouge est généralement un détecteur matriciel présentant une pluralité de zones de détection agencoes en lignes et en colonnes. Ce détecteur capte le rayonnement infrarouge correspondant à la scène observée et fournit un signal correspondant qui sera exploité par une unité de traitement pour afficher une image thermique de la scène observée. Par l' invention, on entend proposer un dispositif optoélectronique présentant des performances améliorées (notamment en termes de résolution) tout en conservant une structure relativement simple et compacte. A cet effet, on prévoit, selon l' invention, un dispositif optoélectronique comprenant un bâti sur lequel sont montés un détecteur et au moins une lentille disposés selon un axe optique du dispositif, et au moins un actionneur de déplacement de la lentille perpendiculairement à l'axe optique. Ainsi, le déplacement de la lentille permet de déplacer le rayonnement correspondant à la scène observée par rapport au détecteur, cest-à-dire en dautres termes de déplacer l' image correspondant à la scène observée par rapport au détecteur. Tout en conservant une structure simple et compacte, le dispositif optoélectronique de l' invention permet des fonctionnalités nouvelles. De plus, seule une lentille, ou éventuellement un groupe de lentilles, de faible masse peut être déplacé de sorte que ce déplacement peut être effectué rapidement pour obtenir une bande passante élevoe tout en consommant peu d'énergie (le maintien de la lentille dans une position fixe engendre une consommation dénergie pratiquement nulle). En outre, lorsque la lentille déplacée assure un grossissement, le déplacement de la lentille sera multiplié sur le détecteur par le facteur de grossissement. Il en résulte qu'un faible déplacement de la lentille permet d'obtenir un déplacement relativement grand au niveau du détecteur. De plus, dans une telle structure, l'actionneur présente une faible consommation en électricité et l'amplitude du déplacement peut être aisément modifiée pour s' adapter à un détecteur de type différent. Le détecteur comportant une pluralité de zones de détection, l' invention permet la mise en oeuvre d'un procédé de calibration comprenant les étapes de: - commander l'actionneur pour que deux zones de détection reçoivent successivement un rayonnement correspondant à une même partie dune scène observée, comparer une réponse des deux zones de détection, - affecter une correction à au moins une des zones de détection en fonction dune différence entre les réponses des zones de détection. Alors que dans les procédés de calibration des dispositifs optoélectroniques connus, l' ensemble optique est obLuré à l' aide d'un obLurateur de température uniforme de telle manière que l 'ensemble des zones de détection reçoivent le même rayonnement, la calibration est réalisée de manière simple sans nécessiter l'utilisation d'un obLurateur dans le procédé de calibration de l'invention. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend deux actionneurs pour déplacer la lentille selon des directions formant un angle entre elles et le détecteur est un détecteur matriciel présentant des zones de détection agencées selon des lignes et des colonnes, les directions de déplacement étant parallèles pour l'une aux lignes et pour l'autre aux colonnes. Dans ce mode de réalisation, l' invention permet la mise en oeuvre d'un procédé de visualisation d'une scène, comprenant les étapes de: commander les actionneurs pour déplacer la lentille de manière à former successivement au niveau du détecteur plusieurs images intermédiaires correspondant à une scène observée de telle sorte que chaque image intermédiaire soit décalée de l' image intermédiaire qui la précède ou la suit d'une demi-z one de détection selon une des directions de déplacement, - construire une image finale à partir des images intermédiaires. Le balayage du détecteur ainsi obtenu conduit à la construction dune image finale ayant une résolution supérieure à celle des images intermédiaires, ce qui permet notamment d' augmenter la portée du dispositif optique. Le balayage du détecteur est obtenu sans utiliser, comme dans les dispositifs connus à microbalayage, de solutions lourdes, encombrantes et consommatrices en énergie telles qu'une lame déviatrice tournante autour de l'axe optique, dont les moyens d'entraînement sont soumis à une usure importante et qui risque en outre de dégrader la qualité optique du dispositif et dintroduire une instabilité des images intermédiaires (l 'acquisition de celles-ci ayant lieu alors que la lame déviatrice est en rotation) limitant leur précision. Au contraire dans l' invention, l'acquisition des images intermédiaires peut être réalisée entre les déplacements. Les images intermédiaires sont donc stables et précises. Un autre problème rencontré dans les dispositifs optoélectroniques actuels concerne la stabilisation de l' image lorsque le dispositif optoélectronique est soumis à des vibrations. I1 existe des procédés de stabilisation mécaniques consistant à interposer entre le dispositif optoélectronique et le support sur lequel il repose, des éléments d'amortissement des vibrations. Toutefois, il existe un risque que toutes les vibrations ne soient pas filtrées par ce moyen. L' invention permet la mise en oeuvre d'un procédé de stabilisation du dispositif optoélectronique comprenant l'étape de commander les actionneurs à partir d'informations fournies par au moins un capteur inertiel associé au dispositif optoélectronique. Par capteur inertiel, on entend un gyromètre, un capteur de déplacement de type accéléromètre ou autre. Les actionneurs peuvent alors être commandés pour compenser de manière fine les vibrations et permettre ainsi une stabilisation fine. Un autre inconvénient des dispositifs optoélectronique actuels survient lorsque le dispositif optoélectronique est associé à une arme pour former le dispositif de visée du système d'arme. L'axe optique du dispositif optoélectronique constitue l'axe de visée et doit coïncider avec un axe mécanique de tir de l'arme. La réalisation du dispositif optoélectronique et sa liaison au système d'arme sont alors soumises à des contraintes très importantes en matière de conception et de construction (tolérances d'usinage et de montage, prise s en compte des coefficients de dilatation thermique...) pour que l'axe optique de visse coïncide avec l'axe mécanique de tir. I1 existe ainsi des procédés de réglage du dispositif optoélectronique par calage mécanique permettant de faire coïncider l'axe mécanique de tir avec l'axe optique de visée (on parle alors d'harmonisation). Il est connu que le calage doit être corrigé notamment en fonction de la température, ce qui est relativement complexe à réaliser. L' invention permet la mise en oeuvre dun procédé de réglage comprenant l'étape de commander l'actionneur pour faire coïncider l'axe optique avec une direction de référence prédéterminse et, de préférence, l'actionneur est commandé au moyen d'une règle prédéterminée de correction de la coïncidence en fonction d' au moins un paramètre variable tel que la température. Le procédé de réglage de l' invention est simple et limite la nécessité d'un réglage matériel. D'autres caractéristiques et avantages de l' invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l' invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un dispositif optoélectronique conforme à l 'invention, - la figure 2 est une représentation schématique du détecteur utilisé dans ce dispositif optoélectronique, - la figure 3 est une vue partielle en perspective et en coupe longitudinale d'une platine support de la lentille mobile et des actionneurs de déplacement de celle-ci selon l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective de la platine support de la lentille mobile et des actionneurs de déplacement de celle-ci. En référence aux figures, le dispositif optoélectronique conforme à l' invention comprend un bâti 1 sur lequel sont montés un détecteur 2 et une série de lentilles 3, 4, 5, 6, 7, 8, disposés selon un axe optique 9. Les lentilles 3 et 4 sont ici des lentilles assurant un grossissement d'un facteur 2. Le détecteur 2 est ici un détecteur infrarouge de type matriciel comportant une pluralité de zones de détection 10 agencées en lignes et en colonnes. De façon classique, le détecteur 2 comprend 640 colonnes et 480 lignes. Le détecteur 2 peut en outre être associé à un système de refroidissement non représenté. Le dispositif optoélectronique comprend en outre un module de commande 11 relié au détecteur 2 et intégrant par exemple un microprocesseur agencé pour traiter les signaux fournis par le détecteur 2 et afficher une image thermique correspondant à ces signaux sur un dispositif d'affichage non représenté. Conformément à l' invention, les lentilles 3 et 4 sont montéss dans le bâti 1 pour être mobiles perpendiculairement à l'axe optique 9. Plus précisément, les lentilles 3 et 4 sont montées dans une couronne 12 qui est elle-même montée pour être mobile perpendiculairement à l'axe optique 9 sur une platine 13 solidaire du bâti 1. Deux actionneurs généralement désignés en 14.A, 14.B sont fixés entre la couronne 12 et la platine 13 à 90 l'un par rapport à l'autre et une lame ressort généralement désignée en 15.A, 15.B relie la couronne 12 à la platine 13 à l'opposé de chaque actionneur 14.A, 14.B. La couronne 12, la platine 13 et les lames ressort 15.A, 15.B sont formés dune seule pièce en métal tel qu'un acier. Les acLionneurs 14.A, 14.E sonL des acLionneurs pi6zo-AlecLriques qui sonL reliAs par l'inLermAdiaire du module de commande 11 une source d'alimenLaLion en Anergie AlecLrigue non reprAsenL@e eL prsenLenL une apLiLude se dfonmer lorsqu'ils sonL soumis une Lension AlecLrique. Cbaque acLionneur 14.A, 14.B esL agenc pour dAplacer la couronne 12 selon une direcLion 16.A, 16.E perpendiculaire l'ae opL1que 9. Les deux direcLions de dplacemenL 16.A, 16.B formenL un angle enLre elles pour s'ALendre paralllemenL aux colonnes eL aux lignes du d6LecLeur 2 respecLivemenL. A la figure 4, l'acLionneur 14.A assure le dAplacement de la couronne 12 selon une direcLion de dAplacemenL 16.A qui esL verLicale eL l'acLionneur 16.B assure le dAplacemenL de la couronne 12 selon une direcLion de dAplacemenL 16.B qui esL borizonLale. Cbaque acLionneur 14.A, 14.B prAsenLe une direcLion longiLudinale sensiblemenL perpendiculaire la direcLion de dAplacemenL 16.A, 16.B correspondanLe eL possAde des eLrAmiLAs 17 relides lune l'auLre par deux lames dformables 18 courbes ayanL une suface eLerne 19 covexe eL oppose 1'acLionneur 14.A, 14.E, gui esL relide en parLie mAdiane pour 1'une la couronne 12 eL pour 1'auLre la plaLine 13. On coprend que la dformaLion de 1'acLionneur esL la lus grande dans le sens de la longueur de celui-ci. La sLrucLure dformable [ormbe par les lames 18 ermeL de disposer les acLionneurs perpendiculairemenL la direcLion du dplacemenL, ce qui limiLe 1'encobremenL, eL Lansforme la dformaLion de 1'acLionneur dans le sens de la longueur de celui-ci en un dAplacemenL le long de la direcLion de dAplacemenL. A LiLre indicaLif, les acLionneurs 14.A, 14.B sonL dimensionnds pour permeLLre, lorguils soL soumis une Lension de liordre de 200 volLs, un dAplacemenL de l'ordre de vingL-cinq micromALres d'une charge de l'ordre de cinquanLe gra_es en un temps de l'ordre d'une milliseconde. La pièce formant la couronne 12, la platine 13 et les lames ressort 15.A, 15.B est bien entendu dimensionnée pour présenter des performances en rapport. Chaque lame ressort 15.A, 15.B a une forme en L et possède une première branche 20 solidaire de la couronne 12 pour s'étendre selon la direction de déplacement 16. A, 16. B correspondante et une deuxtème branche 21, déformable, solidaire de la platine 13 pour s'étendre perpendiculairement à la direction de déplacement 16.A, 16.B correspondante. La platine 13 et la couronne 12 sont montées sur le bâti 1 ou bien sur une pièce solidaire de celui-ci (telle que la pièce 22 sur la figure 3) de telle manière que les mouvements de la couronne 12 et les déformations des actionneurs 14.A, 14.B ne soient pas gênés. Le dispositif optoélectronique peut être utilisé de manière classique pour visualiser une scène, sans faire intervenir les actionneurs 14.A, 14.B. Pour visualiser une scène au moyen du dispositif optoélectronique de manière à obtenir des images de meilleure résolution ou à plus longue portée, le module de commande 11 commande l'acquisition d'une première image, dite intermédiaire, qui correspond à la scène et est formée sur le détecteur 2 alors que les actionneurs 14. A, 14. B sont dans un état initial. Le module de commande 11 commande alors l'alimentation de l'actionneur 14. A pour former au niveau du détecteur 2 une deuxième image intermédiaire qui correspond à la scène et est décalée par rapport à la première image intermédiaire dune demi-z one de détection selon la direction 16.A. Pour des zones de détection ayant une forme carrée de 25 m de côté, les lentilles 3, 4 sont déplacées de 6, 25 m pour obtenir un déplacement correspondant au niveau du détecteur 2 de 12, 5 m en tenant compte du facteur de grossissement de 2 fourni par les lentilles. Le module de commande 11 commande alors l 'acquisition de la deuxième image intermédiaire. Le module de commande 11 coupe alors l'alimentation de l'actionneur 14.a pour ramener l'actioneur 14.A dans son état initial et commande l'alimentation de l'actionneur 14.B pour former au niveau du détecteur 2 une troisième image intermédiaire qui correspond à la scène et est décalée par rapport à la première image intermédiaire dune demi-zone de détection selon la direction 16.B. Le module de commande 11 commande alors l'acquisition de la troisième image intermédiaire. Le module de commande 11 commande alors l'alimentation de l'actionneur 14. A pour former au niveau du détecteur 2 une quatrième image intermédiaire qui correspond à la scène et est décalée par rapport à la troisième image intermédiaire dune demi-zone de détection selon la direction 16.A. Le module de commande 11 commande alors l' acquisition de la quatrième image intermédiaire. Le module de commande 11 assure alors un traitement connu en soi des images intermédiaires pour construire à partir de celles-ci une image finale. En parallèle, le module de commande 11 coupe alors l'alimentation des actionneurs 14.A et 14.B pour ramener ceux-ci dans leur état initial (les lentilles 3 et 4 sont alors dans la position correspondant à la première image intermédiaire). Le processus est ensuite repris pour la réalisation de chaque nouvelle image finale. Pour améliorer la qualité des images fournies par le dispositif optoalectronique, il est procédé à une calibration de celui-ci. Le procédé de calibration débute en dirigeant le dispositif optoélectronique vers une scène sensiblement fixe. Le dispositif optique étant maintenu immobile, le procédé de calibration comprend les étapes de: - commander l'un des actionneurs 14.A, 14.B pour que deux zones de détection lO.A, lO.B adjacentes repoivent successivement un rayonnement correspondant à une même partie de la scène observée (le déplacement des lentilles 3, 4 correspond alors à un déplacement au niveau du détecteur 2 dune zone de détection), - comparer une réponse fournie par chacune des deux zones de détection lorsqu'elle est soumise au rayonnement, - affecter une correction à au moins une des zones de détection en fonction d'une différence entre les réponses des zones de détection. Le dispositif optoélectronique selon l 'invention peut être associé à une arme non représentée comportant un axe mécanique de tir. Le dispositif optoélectronique forme alors le dispositif de visoe du système d'arme et l'axe optique 9 forme l'axe de visée de celui-ci. Il est alors nécessaire que l'axe optique g coïncide avec l'axe de tir. Il est procédé à un réglage d'harmonisation pour faire coïncider l'axe optique 9 du dispositif optoélectronique avec une direction de référence prédéterminée correspondant à l'axe de tir en commandant par l'intermédiaire du module 11 les actionneurs 14.A, 14.B. Lorsque ce réglage doit être réalisé périodiquement, par exemple parce qu'il varie en fonction de la température, une règle prédétermince de correction de la coïncidence en fonction de la température est stockée dans une mémoire associée au module de commande 11 de telle manière que les actionneurs 14. A, 14.B soient commandés en fonction de cette règle. Cette mémoire peut être une mémoire du module de commande 11 ou une mémoire d'un dispositif informatique relié au module de commande 11. Ce procédé peut également être utilisé en dehors d'une association à un système d'arme par exemple pour compenser un décalage de l'axe optique réel par rapport à un axe optique théorique du dispositif optique. Les actionneurs 14.A, 14.B peuvent également être commandés par l'organe de commande 11 pour assurer une stabilisation du dispositif optoalectronique. Le dispositif optoélectronique incorpore alors des capteurs de déplacement de type connu, non représentés, reliés au module de commande de telle manière que l es act ionneurs 14.A, 14.B sont commandés à partir des informations fournies par les capteurs de déplacement pour compenser les vibrations auxquelles serait soumis le dispositif optoélectronique afin d' assurer la stabilité des images fournies par le dispositif optoélectronique. Les actionneurs 14.A, 14.B sont alors de préférence dimensionnés et agencés pour permettre des déplacements de l'ordre dune dizaine de zones de détection. Le dispositif optoélectronique peut en outre être associé à une plate-forme stabilisée. Bien entendu, l' invention n'est pas limitée au mode de réal i sat ion décrit mais englobe également toute variante couverte par les revendications. L' invention s'applique ainsi à tout dispositif optique et par exemple aux dispositifs optiques fonctionnant dans le domaine visible. D'autre types de détecteurs peuvent être utilisés à la place du détecteur matriciel à infrarouge du mode de réalisation décrit. La couronne 12, la platine 13 et les lames ressort 15.A, 15.B peuvent être assemblées et/ou être réalisées en un autre métal que l'acier, tel que l'aluminium. Le dispositif optoélectronique peut être agencé et/ou le module de commands 11 pent être programmé pour ne mettre en oeuvre que l'un ou certains des procédés décrits. En outre, dans le procédé de visualisation, lorsqu'un actionneur est commandé pour déplacer la couronne, l'autre actionneur pent être simultanément commands pour compenser un décalage de l'axe optique par rapport à une position intermédiaire théorique correspondante. REVEND ICATI ONS 1. Dispositif optoélectronique comprenant un bâti (1) sur lequel sont montés un détecteur (2) et au moins une lentille (3, 4) disposés selon un axe optique (9) du dispositif, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins un actionneur (14.A, 14.B) de déplacement de la lentille perpendiculairement à l'axe optique. 2. Dispositif optoalectronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lentille (3, 4) est reliée au bâti (1) par l'intermédiaire dune couronne (12) support de la lentille montée sur une platine (13) solidaire du bâti pour être mobile perpendiculairement à l'axe optique (9) par rapport au bâti, l'actionneur (14.A, 14.B) étant fixé entre la couronne support (12) et la platine (13). 3. Dispositif optoélectronique selon la revendication 2, caractérisé en ce quil comprend une lame ressort (15.A, 15.B) montée entre la couronne support (12) et la platine (13) à l'opposé de l'actionneur (14.A, 14.B). 4. Dispositif optoélectronique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lame ressort (15.A, 15.B) a une forme en L et possède une première branche (20) solidaire de la couronne support (12) pour s'étendre selon une direction de déplacement (16.A, 16.B) de la lentille (3, 4) et une deuxième branche (21) solidaire de la platine (13) pour s'étendre perpendiculairement à la direction de déplacement. 5. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'actionneur (14.A, 14.B) est un actionneur piézo électrique ayant une direction longitudinale sensiblement perpendiculaire à une direction de déplacement (16.A, 16.B) de la lentille (3, 4) et des extrémités (17) reliées par des lames déformables (18) courbes ayant une partie médiane convexe (19) reliée pour l'une à la lentille (3, 4) et pour l'autre au bâti (1). 6. Dispositif optoélectronique selon l'une quelcouque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux actionneurs (14.A, 14.B) pour déplacer la lentille () selon des directions (16.A, 16.B) formant un angle entre elles. 7. Dispositif optoélectronique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le détecteur (2) est un détecteur matriciel présentant des zones de détection (10) agencées selon des lignes et des colonnes, et en ce que les directions de déplacement (16.A, 16.B) sont parallèles pour l'une aux lignes et pour l'autre aux colonnes. 8. Procédé de visualisation d'une scène au moyen d'un dispositif optoélectronique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - commander les actionneurs (14.A, 14.B) pour déplacer la lentille (3, 4) de manière à former successivement au niveau du détecteur (2) plusieurs images intermédiaires correspondant à la scène observée de telle sorte que chaque image intermédiaire soit décalée de l' image intermédiaire qui la précède ou la suit dune demi-z one de détection (10) selon une des directions de déplacement (16.A, 16.B), - construire une image finale à partir des images intermédiaires. 9. Procédé de calibration dun dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, le détecteur (2) étant un détecteur matriciel présentant une pluralité de zones de détection (10), caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes de: - commander l'actionneur (14.A, 14.B) pour que deux zones de détection (10) recoivent successivement un rayonnement correspondant à une même partie d'une scène observée, - comparer une réponse des deux zones de détection, - affecter une correction à au moins une des zones de détection en fonction dune différence entre les réponses des zones de détection. 10. Procédé de réglage d'un dispositif optoélectronique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de commander l'actionneur (14.A, 14.B) pour faire coïncider l'axe optique (9) avec une direction de référence prédéterminée. 11. Procédé de réglage selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'actionneur (14.A, 14.B) est commandé au moyen d'une règle prédéterminée de correction de la coïncidence en fonction d' au moins un paramètre variable. 12. Procédé de stabilisation dimage dans un dispositif optoélectronique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de commander les actionneurs (14.A, 14.B) à partir dinformations fournies par au moins un capteur inertiel associé au dispositif