Brevet FR2852697A1 — publié le 20040924

DISPOSITIF COMPACT D'IMAGERIE MATRICIELLE INFRAROUGE La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux dispositifs d'imagerie matricielle 5 infrarouge, comprenant des moyens optiques propres à former une image et un module de détection à écran froid pour détecter ladite image. De tels dispositifs sont destinés à équiper notamment des missiles de type autodirecteur. Il est connu que, d'une façon générale, la place disponible pour l'implantation des composants dans un missile, et en particulier dans le nez d'un missile, est très réduite et il est constamment requis des composants aussi peu encombrants et aussi peu pesants que possible. Au surplus, dans le cas des missiles air-sol solair utilisés en tant qu'armement individuel, ces missiles doivent pouvoir être transportés à dos d'homme et manipulés sans difficulté par un homme seul. Leur poids total doit donc être restreint et, pour cette raison, la 20 charge de matière propulsive est déterminée au plus juste. Il est donc impératif de réduire, dans toute la mesure du possible, les causes susceptibles de restreindre la portée des engins. Ce type de missile est équipé d'un nez 25 sphéroconique, dont la partie extrême en forme de calotte sphérique est transparente au rayonnement infrarouge et constitue une fenêtre pour un dispositif d'imagerie disposé en arrière. Pour aller dans le sens, indiqué plus haut, d'une réduction des effets susceptibles de 30 restreindre la portée de l'engin, il est connu, en particulier, de réduire la traînée en donnant au nez une conformation aussi proche que possible de la forme conique pure. Autrement dit, on essaye de réduire autant que 2 2852697 possible le rayon de courbure de la partie de fenêtre en calotte sphérique. Or, le dispositif d'imagerie, qui est disposé en arrière de la fenêtre transparente et qui doit pivoter 5 dans un angle solide prédéterminé pour assurer le balayage du champ total, doit avoir son centre de pivotement en coïncidence avec le centre de courbure de la fenêtre en calotte sphérique, de manière que la distance du dispositif d'imagerie à la fenêtre soit constante quelle 10 que soit la position angulaire du dispositif d'imagerie lors du balayage. Or, compte tenu de la réduction précitée du rayon de courbure de la fenêtre en calotte sphérique aux fins de réduction de la traînée, la distance entre la face arrière 15 de la fenêtre et son centre de courbure devient très faible. Autrement dit l'espace disponible pour implanter le dispositif d'imagerie devient très réduit aussi bien en longueur qu'en largeur. La difficulté rencontrée est encore accrue 20 lorsqu'on souhaite (par exemple pour être en mesure de faire du traitement d'images du type pistage ou discrimination cibles/leurres) équiper le dispositif d'imagerie avec un module de détection matricielle infrarouge, qui est plus encombrant que les modules de détection à 25 détecteur ponctuel ou en barrette utilisés jusqu'à présent. L'invention a donc pour objet de proposer un dispositif d'imagerie infrarouge de structure perfectionnée qui permette de donner satisfaction aux diverses 30 exigences de la pratique, tout en conservant une structure simple sur le plan purement mécanique qui facilite à la fois la fabrication des pièces composantes et l'assemblage, et donc permette de réduire les coûts. 3 2852697 A ces fins, un dispositif d'imagerie infrarouge tel qu'exposé au préambule se caractérise, étant agencé conformément à l'invention, en ce qu'il comporte - un corps creux tronconique sensiblement de révolution 5 présentant, à son extrémité de petit diamètre, plusieurs doigts saillants parallèles à son axe et, sur sa face externe, un relief annulaire définissant une portée d'appui tournée vers l'extrémité de petit diamètre du corps, - un miroir primaire sphérique ouvert centralement, entourant coaxialement ledit corps et en appui contre la susdite portée à laquelle il est solidarisé, - un miroir secondaire sphérique, solidarisé coaxialement aux extrémités des susdits doigts du corps, - lesdits miroirs primaire et secondaire constituant des moyens optiques catadioptriques montés coaxialement au corps; - le module de détection étant un module de détection matricielle infrarouge et ayant une partie antérieure 20 qui est conformée sous une forme tronconique complémentaire de la forme tronconique intérieure du corps et qui est emboîtée dans ledit corps, ledit module de détection étant fixé au corps. L'obtention des résultats attendus repose 25 fondamentalement sur la mise en oeuvre d'un support en forme de corps creux tronconique qui permet un assemblage simplifié par emboîtements mutuels des diverses pièces composantes (montage gigogne). De plus, le recours à une optique catadioptrique 30 permet de raccourcir notablement la longueur de la partie optique tandis que l'emboîtement partiel du module de détection à l'intérieur du corps, autrement dit à l'intérieur d'une portion de la partie optique, permet, là 4 2852697 encore, de gagner une réduction notable sur la longueur du dispositif. Les miroirs, constitués sous forme de pièces indépendantes, sont usinables dans de conditions optimales 5 et deviennent faciles à monter et à positionner avec toute la précision nécessaire. En particulier, il est avantageux, à ces fins, que le miroir primaire soit collé sur la portée d'appui du corps et que le miroir secondaire soit collé sur les faces de bout des susdits doigts. Pour améliorer la fiabilité du montage du miroir primaire à la fois pour sa tenue mécanique et pour son positionnement précis, il est avantageux que la portée d'appui prévue sur le corps soit continûment annulaire. Dans un type d'assemblage actuellement préféré, le 15 module de détection et le corps comportent des brides d'assemblage annulaires respectives, en saillie radiale, qui sont vissées l'une à l'autre avec interposition d'une bague de calage propre à autoriser un ajustement de la position axiale du module de détection par rapport au plan 20 focal des moyens optiques. Dans un mode de réalisation intéressant limitant les reprises d'usinage, il est prévu que le corps tronconique soit en métal, notamment en aluminium ou en titane, moulé d'un seul tenant avec ses doigts saillants, 25 son relief annulaire et sa bride. De la même manière et pour les mêmes raisons, on peut prévoir que les miroirs primaire et secondaire soient métalliques, notamment en aluminium ou alliage d'aluminium. Pour procurer un support efficace, mais suffisant 30 du miroir secondaire, on prévoit que le corps soit muni de trois doigts équidistants angulairement. Grâce aux dispositions conformes à l'invention, on est en mesure de réaliser un dispositif d'imagerie matricielle infrarouge qui soit très compact (typiquement de l'ordre de 60 mm de longueur, avec une distance entre miroirs de l'ordre de 20 mm), qui peut donc être logé dans l'espace réduit disponible dans le nez d'un missile à 5 fenêtre à faible rayon de courbure. En outre, la fabrication et le montage des pièces se font avec des tolérances qui peuvent être tenues en ayant recours à un outillage couramment disponible. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 10 description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre d'exemple non limitatif et illustré sur le dessin unique annexé sur lequel les figures 1 et 2 sont des vues de côté, respectivement partiellement en coupe et éclatée et en coupe en position 15 d'assemblage, d'un dispositif d'imagerie conforme à l'invention. En se reportant tout d'abord à la figure 1 du dessin annexé, la pièce maîtresse permettant de réaliser un dispositif d'imagerie matricielle infrarouge remarqua20 blement compact est un support conformé en un corps creux 1, de forme générale tronconique sensiblement de révolution. A son extrémité de petit diamètre ou extrémité située vers l'avant (à gauche sur la figure 1), le corps 25 creux 1 est muni de plusieurs doigts saillants 2, sensiblement parallèles à son axe, qui à leurs extrémités libres supportent une couronne annulaire 3. Les doigts 2 sont, dans l'exemple illustré, au nombre de trois, et peuvent être de préférence équidistants angulairement les 30 uns des autres. Sur sa face externe, le corps creux 1 présente un relief annulaire 4 qui de préférence se présente sous 6 2852697 forme continue et qui définit une portée d'appui 5 tournée vers l'extrémité de petit diamètre du corps creux 1. A son extrémité de grand diamètre, le corps creux 1 est conformé de manière à définir une bride annulaire 6. 5 Le dispositif d'imagerie matricielle comprend des moyens optiques de type catadioptrique constitués de la façon suivante. Un miroir primaire sphérique 7 comporte une ouverture centrale 8. Le miroir primaire sphérique 7 est 10 monté sur le corps creux 1 avec la partie avant de celuici engagée à travers l'ouverture 8, le miroir 7 entourant coaxialement le corps creux en étant en appui contre la susdite portée 5 à laquelle il est solidarisé, la face concave 9 réfléchissante du miroir 7 étant tournée vers 15 l'avant. Un miroir secondaire sphérique 10, à surface réfléchissante convexe 11 tournée vers l'arrière et de petit diamètre correspondant sensiblement au diamètre de l'ouverture centrale 8, est solidarisé coaxialement sur la 20 couronne 3 supportée par les doigts 2. Le dispositif d'imagerie matricielle comporte également un module de détection, désigné dans son ensemble par la référence 12, qui est contenu dans un carter dont la partie antérieure 13 est de forme générale 25 tronconique complémentaire de la forme tronconique intérieure du corps creux 1. L'extrémité antérieure du module de détection 12 est équipé d'un hublot 13a en partie visible à la figure 1. Le module de détection 12 est introduit, en partie, à l'intérieur du corps creux 1 30 auquel il est fixé. A cette fin, le carter du module de détection peut être équipé d'une bride 14 annulaire qui vient en regard de la bride 6 du corps creux et la 7 2852697 solidarisation est effectuée périphériquement à l'aide de vis 15 réunissant les deux brides 6 et 14 (voir figure 2). Une cale 16 calibrée est interposée entre les brides 6 et 14 pour permettre un positionnement précis du 5 détecteur matriciel dans le plan focal des moyens optiques catadioptriques 7, 10. En pratique, le corps creux 1 est réalisé en métal, notamment en aluminium ou en titane, moulé d'un seul tenant avec les doits saillants 2 et la couronne 3, 10 le relief annulaire 4 et la bride 6, ce qui conduit ensuite à des reprises d'usinage minimales, pour la formation de la portée d'appui 5, l'intérieur de la couronne 3 et la face externe de la bride 6. De leur côté, les deux miroirs primaire 7 et 15 secondaire 10 sont, eux aussi, métalliques, notamment en aluminium ou alliage d'aluminium, et ils sont collés sur leurs supports respectifs. Grâce à l'agencement qui vient d'être exposé, le dispositif d'imagerie matricielle conforme à l'invention 20 ne comprend qu'un petit nombre de pièces constituantes (cinq en l'occurrence) dont l'assemblage est simple et précis. De plus et surtout, en dépit de la constitution du capteur d'image sous forme d'un détecteur matriciel ayant une surface, et donc un encombrement, notable, la 25 combinaison d'une optique de type catadioptrique et d'un montage à emboîtement rendu possible par la constitution tronconique du support conduit à un dispositif de très faible longueur, remarquablement compact, dont la mise en oeuvre est possible dans un espace très réduit comme c'est 30 le cas en arrière de la fenêtre en calotte sphérique de petit diamètre de courbure équipant le nez de certains types de missiles. 8 2852697 Le dispositif d'imagerie matricielle infrarouge conforme à l'invention est illustré, à l'état assemblé, à la figure 2. Le module de détection 12, nonobstant la conformation spécifique de la partie antérieure 13 de son 5 carter aux fins d'emboîtement dans le corps creux 1 tronconique, peut être de tout type approprié à sa fonction et avoir toute conformation souhaitable. Un exemple est illustré à la figure 2. Le détecteur matriciel 17 est disposé dans le plan focal 18 des moyens optiques 10 7, 10. Le détecteur 17 est protégé, en avant, par un filtre froid 19, lui-même précédé d'un écran froid 20. Le volume intérieur du module est mis sous vide (conduit 21 raccordé à une pompe à vide non montrée). En outre, on notera que le hublot 13a, situé à 15 l'extrémité antérieure du module de détection, est agencé sous forme d'une lentille propre à corriger les aberrations sphériques/géométriques, contribuant à la correction des aberrations optiques de l'ensemble du dispositif. Dans l'agencement qui vient d'être décrit et qui est illustré à la figure 2, la conception du support sous forme d'un corps 1 tronconique apporte un avantage supplémentaire dans la mesure o la distance minimale d entre le carter, lui-même en partie tronconique pour s'adapter au 25 corps creux 1, et les moyens de détection est située entre le bord annulaire de l'écran froid 20 et la paroi de la partie antérieure 13 du carter. Autrement dit, les échanges thermiques entre les moyens de détection et le carter se trouvent localisés à une zone annulaire de 30 surface très faible, et ces échanges thermiques sont ainsi réduits à un minimum. 9 2852697 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'imagerie matricielle infrarouge, comprenant des moyens optiques propres à former une image 5 et un module de détection à écran froid pour détecter ladite image, caractérisé en ce qu'il comporte - un corps creux (1) tronconique sensiblement de révolution présentant, à son extrémité de petit 10 diamètre, plusieurs doigts saillants (2) parallèles à son axe et, sur sa face externe, un relief annulaire (4) définissant une portée d'appui (5) tournée vers l'extrémité de petit diamètre du corps, un miroir primaire sphérique (7) ouvert centralement 15 (8), entourant coaxialement ledit corps (1) et en appui contre la susdite portée (5) à laquelle il est solidarisé, - un miroir secondaire sphérique (10), solidarisé coaxialement aux extrémités des susdits doigts (2) du 20 corps, - lesdits miroirs primaire (7) et secondaire (10) constituant des moyens optiques catadioptriques montés coaxialement au corps; - le module de détection (12) étant un module de 25 détection matricielle infrarouge et ayant une partie antérieure (13) qui est conformée sous une forme tronconique complémentaire de la forme tronconique intérieure du corps (1) et qui est emboîtée dans ledit corps, ledit module de détection étant fixé au 30 corps. 2. Dispositif d'imagerie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir primaire (7) est collé sur la portée d'appui (5) du corps (1) et le miroir secondaire 2852697 (10) est collé sur les faces de bout des susdits doigts (2). 3. Dispositif d'imagerie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la portée d'appui (5) prévue sur le corps (1) est continûment annulaire. 4. Dispositif d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le module de détection (12) et le corps (1) comportent des brides d'assemblage annulaires (14, 6) respectives, en saillie 10 radiale, qui sont vissées (15) l'une à l'autre avec interposition d'une bague de calage (16) propre à autoriser un ajustement de la position axiale du module de détection (12) par rapport au plan focal des moyens optiques (7, 10). 5. Dispositif d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps tronconique (1) est en métal, notamment en aluminium ou en titane, moulé d'un seul tenant avec ses doigts saillants, son relief annulaire et sa bride. 6. Dispositif d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les miroirs primaire (7) et secondaire (10) sont métalliques, notamment en aluminium ou alliage d'aluminium. 7. Dispositif d'imagerie selon l'une quelconque 25 des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps (1) est muni de trois doigts (2) équidistants angulairement.