FR2481450A1 - Systemes detectant les rayonnements infrarouges - Google Patents
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Abstract
SYSTEME DU GENRE DE CEUX DETECTANT LES RAYONNEMENTS INFRAROUGES. IL COMPREND UN ELEMENT DETECTEUR 13A APPARTENANT A UN DETECTEUR 13 COMPORTANT UN ECRAN FROID 14, ET UN SYSTEME OPTIQUE 12, 15 DESTINE A IMAGER LE RAYONNEMENT INFRAROUGE PROVENANT D'UN CHAMP DE VISION O SUR UNE SURFACE-IMAGE REELLE 19, DISTANTE DE L'ELEMENT DETECTEUR 13A, ET A RELAYER LADITE IMAGE I ENTRE LA SURFACE 19 ET L'ELEMENT DETECTEUR 13A. LEDIT SYSTEME EST MUNI D'UN RETICULE 20 POSSEDANT DES MARQUAGES QUI PEUVENT REFLECHIR LE RAYONNEMENT INFRAROUGE EMIS PAR LE DETECTEUR 13, ET LE RETICULE 20 SE TROUVE AU NIVEAU DE LA SURFACE-IMAGE 19 DE SORTE QUE LES MARQUAGES DU RETICULE SONT IMAGES SUR L'ELEMENT DETECTEUR 13A ET SE SUPERPOSENT AU RAYONNEMENT INFRAROUGE VENANT DU CHAMP DE VISION O. CE SYSTEME PERMET D'ECLAIRER UNE INFORMATION OPTIQUE PORTEE PAR UN RETICULE ET INJECTEE AU NIVEAU D'UNE IMAGE REELLE A L'INTERIEUR D'UN SYSTEME OPTIQUE CONSIDERE DANS SON ENSEMBLE.
Description
La présente invention concerne des systèmes
détectant les rayonnements infrarouges.
L'arrivée de "systèmes infrarouges d'observation
de l'avant" (Forward Looking Infra Red systems", à hautes per-
formances couramment désignés par l'acronyme FLIR) et de lunettes afocales à hautes performances propres à être utilisées avec un système FLIR a conduit à exiger des méthodes permettant d'éclairer une information optique portée par un réticule et injectée, au
niveau d'une image réelle, à l'intérieur du système optique con-
sidéré dans son ensemble. Exemple d'applications du système FLIR dans lesquelles ce dispositif est nécessaire: viseur optique de
char dans lequel un marquage - en général une croix évidée ou non-
sert au pointage d'un canon, ou Tstème de référence servant à la mise en parallélisme d'un canon, dans lequel des marquages de référence sont en général répartis sur le pourtour du champ, les
dits marquages étant superposés à l'image de la scène.
On a déjà proposé diverses formes d'éclairement du réticule mais, dans la pratique, une méthode passive s'impose
de sorte qu'il ne faut ni fils métalliques chauffés électrique-
ment ni composants déplaçables par des moyens mécaniques.
Selon la présente invention on prévoit un système détectant les rayonnements infrarouges comprenant un élément détecteur d'infrarouge appartenant à un détecteur comportant un
écran froid, et un système optique servant à imager le rayonne-
ment infrarouge provenant d'un champ de vision sur une surface-image réelle distante dudit élément détecteur et à relayer ladite image entre ladite surface et ledit élément détecteur, système dans lequel un réticule portant des marquages pouvant réfléchir les rayonnements infrarouges émis par le détecteur est situé au niveau de ladite surface- image, ce qui fait que les marquages
du réticule sont imagés sur l'élément détecteur o ils se super-
posent au rayonnement infrarouge venant du champ de vision.
Comme, dans la présente invention, l'éclairement des marquages du réticule est passif, lesdits marquages se
trouvant au niveau d'une surface-image réelle, il suffit d'in-
troduire un support approprié sur lequel les marquages du réticu-
le puissent être apposés, et cela est simple, mécaniquement et optiquement. Comme le rayonnement émis par le détecteur est relativement froid par rapport au rayonnement-type émis par la -2- scène il y aura presque toujours un contraste entre les images superposées de la scène et des marquages du réticule, et comme il est facile d'assurer, ainsi qu'il convient, la mesure des rayonnements réfléchis par un marquage du réticule, en quelque point du champ de visionàune image réelle, on peut injecter des
marquages en nombre quelconque. Le substrat portant les marqua-
ges du réticule peut être un élément optique de vergence posi-
tive, négative ou nulle, ou il peut être un composant traité par usinage chimique. Les marquages dui réticule, qui peuvent être placés sur le substrat ou même en faire partie, sont de préférence composés d'un matériau dont la réflectivité atteint un niveau acceptable. Dans le cas idéal, la sirface-image réelle choisie pour l'injection des marquages du réticule devrait assurer des performances optiques proches de la limite fournie par la diffraction. On pourrait cependant tolérer un certain degré de dégradation des performances, enfonction de la taille
et de la forme des marquages du réticule. Dans certaines condi-
tions - liées à la "scène thermique" - il peut apparaître des pertes de contraste entre les images de la scène et du réticule Une des méthodes utilisées pour éliminer cette difficulté consiste à réaliser les marquages du réticule en partant de deux matériaux, ou davantage, qui diffèrent nettement par leurs
caractéristiques de réflectivité. Il est préférable, pour ré-
duire à un minimumles effets de défocalisation causés par les variations de la température ambiante, que les marquages du réticule se trouvent au niveau d'une surface-image réelle qui soit insensible à des variations modérées de la température ambiante. Selon la façon dont est conçu le système optique il peut y avoir plusieurs surfaces-image réelles au niveau desquelles on pourrait, selon la présente invention, insérer des réticules. C'est ainsi, par exemple, que lorsque le système optique comprend une lunette et un dispositif de balayage et qu'il se forme deux images réelles, on peut insérer un réticule au niveau de chacune de ces surfaces-image réelles; outre que cela fournit des marquages superposés à la scène, ce qui peut être utile, cela fournit un moyen de reconnaître un mauvais
parallélisme éventuel entre lunette et dispositif de balayage.
-3- On va décrire à titre d'exemple un mode de réalisation de la présente invention, en se référant au dessin schématique joint. Comme on le voit sur le dessin un système
optique 10 est formé par un système FLIR, 11, et par une lunet-
te 12 formant un second système. Le système FLIR comprend un élément détecteur 13A faisant partie d'un détecteur 13 refroidi à (une température voisine de) 77 Kelvin par de l'air liquide, un diaphragme d'ouverture 14, appelé en général "écran froid" et porté à une température très voisine de celle du -10 détecteur 13, (soit par exemple 80 K) et un système de balayage qui, sur un champ de vision donné, reçoit les rayonnements provenant d'une pupille 0 et fournit par balayage des0images au niveau de l'élément détecteur 13A de façon à fournir une image bidimensionnelle. La lunette 12 est du type afocal, à lentilles, elle forme à son intérieur une image réelle I et une pupille de sortie 0 à partir des rayonnements qui pénètrent dans la lunette depuis l'espace- objet 0. La lunette 12 est constituée par un oculaire à lentille 16 et un objectif à lentilles 17 et forme une image réelle I qui se trouve sur la surface 19. Le marquage 20 du réticule a la forme d'un dépôt de chrome qui se trouve dans la surface réfringente 19 et est supporté par une lame 18 à faces planes et parallèles. Le système optique 10 est conçu pour être utilisé dans la région des longueurs d'onde infrarouges, entre 8 et 13 pm. Comme seul le marquage chromé 20 du réticule réfléchit substantiellement le rayonnement émis par le détecteur 13, et comme ce rayonnement réfléchi forme, au niveau de l'élément détecteur 13A, une image réelle, il s'y forme, par
"effet Narcisse", une image des composants refroidis du détec-
teur 13 (comprenant l'élément détecteur 13A, le substrat qui l'entoure et le diaphragme d'ouverture 14), la forme de cette image étant déterminée par la forme du marquage chromé 20 du réticule. Comme le rayonnement émis à partir de l'espace-objet O passe par la zone "ouverte" qui, au niveau de l'image réelle I, n'est pas chromée, l'élément détecteur 13A "voit" des images superposées de la scène qui se trouve dans l'espace-objet O et
du marquage 20 du réticule.
Le contraste thermique entre ces images super-
posées est produit par la différence de température entre l'image du réticule et l'image delascène formées au niveau de -4- l'élément détecteur 13A, l'image du réticule étant formée par
le rayonnement qui provient du détecteur 13, et qui est relati-
vement froid si on le compare au rayonnement qui vient de
l'espace-objet 0 et forme l'image de la scène.
Dans cet exemple le détecteur 13 est refroidi à une température voisine de 77 Kelvin alors que la scène contient des objets qui, dans un cas-type, émettent des rayonnements
correspondant à la plage de température allant de 230 à 340 Yelvin.
La lame à faces planes et parallèles, 18, est faite d'un matériau au sulfure de sélénium présentant peu d'inhomogénéités et ne dégrade pas substantiellement les performances optiques globales
du système optique 10.
Il doit être entendu que, dans cet exemple, la
surface 19 est plane, mais que pour une autre forme de la lu-
nette 12 cette surface pourrait être courbe et pourrait coinci-
der avec une surface réfringente d'une lentille de l'oculaire 16. Dans un cas comme dans l'autre le marquage 20 du réticule pourrait être porté par un substrat doté de vergence. De plus il n'est pas nécessaire que le substrat soit un matériau "'optiquement transmetteur", le marquage 20 pouvant être porté par une structure genre tissu ou trame (traitée par usinage chimique). La struture servant de substrat ou de support peut remplir - ou ne pas remplir - le champ de vision au niveau de la surfaceimage I, et le marquage 20 n'est bien entendu pas obligatoirement situé axialement: il pourrait avoir la forme d'un anneau limitant périphériquement le champ de vision. Le marquage pourrait également se trouver au-dessus, au-dessous d'un nombre quelconque de régions recouvertes de revêtements antiréfléchissants déposés à la surface du substrat, ou entre
ces régions.
A l'effet de montrer si la lunette 12 et le dis-
positif de balayage 15 sont alignés ou non, on pourrait insérer un autre réticule dans le dispositif de balayage 15 au niveau d'une image réelle qui s'y forme, ce qui permettrait de voir par une comparaison, au niveau de l'élément détecteur, s'il y a coïncidence ou non entre les informations que contiennent les
deux réticules. Bien entendu chaque réticule pourrait être cons-
titué par une superposition de divers marquages, tous situés sur une surface-image unique I. - 5 -
Claims (7)
1. Système détectant les rayonnements infrarouges, comprenant un élément détecteur d'infrarouge appartenant à un
détecteur comportant un écran froid, et un système optique ser-
vant à imager le rayonnement infrarouge provenant d'un champ de vision sur une surface-image réelle distante dudit élément détecteur et à relayer ladite image entre ladite surface et ledit élément détecteur, caractérisé en ce qu'un réticule (20)
portant des marquages pouvant réfléchir les rayonnements infra-
rouges émis par le détecteur (13) est situé au niveau de ladite surfaceimage (19), ce qui fait que les marquages du réticule sont imagés sur l'élément détecteur (13A) o ils se superposent
au rayonnement infrarouge venant du champ de vision.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réticule (20) est porté par un substrat (18) qui est lui-même un élément optique dudit système optique (10).o
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit substrat (18) possède une surface plane (19)
contenant ledit réticule (20).
4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réticule (20) est usiné chiquement sur un substrat (18)o
5. Système selon l'une quelconque des revendica-
tions précédentes, caractérisé en ce que ledit système optique (10) fournit, au niveau de la surface-image (19) o se trouve le réticule (20), des performances optiques limitées par la diffraction.
6. Système selon l'une quelconque des revendica-
tions précédentes, caractérisé en ce que ledit réticule est fait d'une pluralité de matériaux ayant des caractéristiques de réflectivité susbstantiellement différentes, de façon à assurer un contraste entre le champ de vision et le réticule
sur une large plage de conditions de la "scène thermique".
7. Système selon la revendication 1, dans lequel ledit système optique forme une image dudit rayonnement provenant du champ de vision sur une seconde surface-image réelle, caractérisé en ce qu'il est prévu un second réticule (20) portant des marquages qui peuvent réfléchir le rayonnement infrarouge émis par le détecteur (13) et se trouvent au niveau 2481L5o -6de ladite seconde surface-image réelle (19), ce qui fait que les marquages dudit second réticule (20) sont imagés sur l'élément détecteur (13A) et que le défaut d'alignement de composants se trouvant à l'intérieur dudit système optique (10) est constamment surveillé en fonction de la position relative des deux marquages (20), telle qu'elle est perçue par ledit
élément détecteur (13A).
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