FR2766585A1

FR2766585A1 - Optical colour intensifier, used e.g. for aircraft pilot's helmet visor, or night vision binoculars

Info

Publication number: FR2766585A1
Application number: FR9709286A
Authority: FR
Inventors: Laurent Collot; Paul Thibout
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1999-01-29
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: FR2766585B1

Abstract

The primary objective (20) together with the intensification mechanism (30) forms three separate spectral bands, with each spectral band being processed in a set time interval, processing a complete set of pixels at each time interval.

Description

L'invention concerne le domaine de l'intensification de la lumière en couleur. Une scéne émet de la lumière, c'est-à < lire un signal lumineux couvrant un certain domaine spectral et pouvant être visualisé sous la forme d'une image. Ce signal est amplifié et restitué en couleur. Les couleurs de restitution correspondent à des bandes spectrales du signal lumineux issu de la scène. Une application importante consiste à restituer en couleurs naturelles, c'est-à-dire par exemple par synthèse additive de trois couleurs rouge, vert et bleu, une scène émettant dans le domaine visible. C'est par exemple le cas de la vision noctume intensifiée. The invention relates to the field of intensification of light in color. A scene emits light, that is to read a light signal covering a certain spectral range and can be visualized in the form of an image. This signal is amplified and rendered in color. The restitution colors correspond to spectral bands of the light signal coming from the scene. An important application is to restore in natural colors, that is to say for example by additive synthesis of three colors red, green and blue, a scene emitting in the visible range. This is for example the case of intensified night vision.

La plupart des systèmes de vision nocturne intensifiée ne restituent que la luminance d'une scène observée et non pas sa chrominance. Les intensificateurs de lumière restituent en général l'image de la scène observée en une seule couleur, le vert par exemple. La restitution monochromatique d'une scène a plusieurs inconvénients. Un des inconvénients est la perte de l'information chromatique au cours du processus d'intensification, perte qui entraîne une dégradation des capacités d'identification de la scène par un observateur. Un autre inconvénient est la nécessité d'entraîner l'observateur pour qu'il puisse assurer un niveau de reconnaissance de la scène observée qui soit satisfaisant pour une application donnée. Un autre inconvénient est la gêne physiologique qui apparaît chez l'observateur lorsque le temps d'observation de la scène est long. Most intensified night vision systems only render the luminance of an observed scene, not its chrominance. Light intensifiers generally restore the image of the scene observed in a single color, green for example. The monochromatic rendering of a scene has several disadvantages. One of the drawbacks is the loss of chromatic information during the intensification process, a loss that results in a deterioration of the scene's identification capabilities by an observer. Another disadvantage is the need to train the observer so that he can ensure a level of recognition of the observed scene that is satisfactory for a given application. Another disadvantage is the physiological discomfort that occurs in the observer when the observation time of the scene is long.

Lorsque l'image de la scène observée est restituée en couleurs naturelles, c'est-à-dire en ne modifiant pas la chrominance de l'image de la scène observée, les inconvénients précédents sont évités. La capacité d'analyse visuelle ainsi que le confort visuel de l'observateur de la scène sont alors nettement améliorés. When the image of the observed scene is restored in natural colors, that is to say by not modifying the chrominance of the image of the observed scene, the previous disadvantages are avoided. The visual analysis capacity as well as the visual comfort of the observer of the scene are then significantly improved.

L'art antérieur propose plusieurs solutions pour intensifier l'image d'une scène et la restituer en couleurs naturelles. Une première solution consiste d'abord à séparer l'image de la scène en trois bandes spectrales. The prior art proposes several solutions to intensify the image of a scene and restore it in natural colors. A first solution consists first of separating the image of the scene into three spectral bands.

Ensuite chacune des sous-images ainsi constituées est intensifiée séparément Une sous-image est un sous-signal lumineux. Puis les sousimages intensifiées sont recombinées à l'aide de miroirs dichroïques de manière à ce que l'oeil voit une image de la scène qui soit intensifiée et restituée en couleurs naturelles. Cependant cette solution présente l'inconvénient de nécessiter un système optique de séparation des faisceaux qui est complexe et encombrant. De plus, ce système est coûteux car il comporte trois intensificateurs de lumière au lieu d'un seul.Then each sub-image thus formed is intensified separately. A sub-image is a light sub-signal. Then the intensified underimages are recombined using dichroic mirrors so that the eye sees an image of the scene that is intensified and restored in natural colors. However, this solution has the disadvantage of requiring an optical system for beam separation which is complex and bulky. In addition, this system is expensive because it has three light intensifiers instead of one.

Une deuxième solution utilise une galette de microcanaux. Des groupes de microcanaux sont alloués à chacune des trois bandes spectrales qui correspondent à trois couleurs dont la synthèse additive permettra la restitution de l'image de la scène en couleurs naturelles. Cette allocation est obtenue en plaçant un masque filtrant périodique spatialement devant la galette de microcanaux. La juxtaposition des pixels des différentes bandes spectrales permet une restitution de l'image de la scène en couleurs naturelles. L'inconvénient majeur de cette solution est la perte de résolution spatiale qu'elle entrain. L'image de la scène est découpée en triplets de pixels, chacun des triplets comprenant trois pixels correspondant aux trois bandes spectrales. Le nombre de pixels utiles est même réduit d'un facteur supérieur à trois par rapport à la résolution ultime d'un intensificateur monochromatique de même technologie, à cause de la diaphonie entre microcanaux adjacents, ce qui oblige à utiliser des pixels plus grands. Cette diaphonie est due en particulier à une diffusion lumineuse au niveau de la photocathode située en amont de la galette de microcanaux et au niveau de l'écran de phosphore situé en aval de la galette de microcanaux, ainsi qu'à la divergence des faisceaux d'électrons en sortie des microcanaux. A second solution uses a microchannel slab. Groups of microchannels are allocated to each of the three spectral bands which correspond to three colors whose additive synthesis will allow the reproduction of the image of the scene in natural colors. This allocation is obtained by placing a periodic filter mask spatially in front of the microchannel slab. The juxtaposition of the pixels of the different spectral bands makes it possible to restore the image of the scene in natural colors. The major disadvantage of this solution is the loss of spatial resolution that it causes. The image of the scene is divided into triplets of pixels, each triplet comprising three pixels corresponding to the three spectral bands. The number of useful pixels is even reduced by a factor greater than three compared to the ultimate resolution of a monochromatic intensifier of the same technology, because of the crosstalk between adjacent microchannels, which requires the use of larger pixels. This crosstalk is due in particular to a light scattering at the photocathode located upstream of the microchannel slab and at the level of the phosphor screen located downstream of the microchannel slab, as well as at the divergence of the beams. electrons at the microchannel output.

Le système optique d'intensification en couleur selon l'invention se propose de résoudre les problèmes précédents. Pour cela, le système de l'invention sépare temporellement, c'est-à-dire séquentiellement dans le temps1 L'image de la scène en trois bandes spectrales. Au contraire de l'art antérieur qui effectuait une séparation spatiale de l'image de la scène, le nombre de pixels utiles d'un système selon l'invention est à chaque instant le nombre de pixels total. Selon l'invention, il est donc proposé un système optique d'intensification en couleur recevant un signal lumineux et comportant séquentiellement un objectif primaire un dispositif d'intensification du signal; un dispositif de restitution du signal ; caractérisé en ce que le système comporte également un premier filtre situé entre
L'objectif primaire et le dispositif d'intensification, réalisant un filtrage spectral selon au moins deux bandes spectrales et séquentiel en temps; et en ce que le dispositif de restitution du signal reconstruit un signal à partir des soussignaux reçus qui correspondent aux dites bandes spectrales. L'invention comporte plusieurs modes de réalisation. The color intensification optical system according to the invention proposes to solve the above problems. For this, the system of the invention separates temporally, that is to say sequentially in time1 The image of the scene in three spectral bands. Unlike the prior art which performed a spatial separation of the image of the scene, the number of useful pixels of a system according to the invention is at each moment the total number of pixels. According to the invention, it is therefore proposed a color intensification optical system receiving a light signal and sequentially comprising a primary objective a signal intensification device; a device for restitution of the signal; characterized in that the system also includes a first filter located between
The primary objective and the intensification device, performing a spectral filtering according to at least two spectral bands and sequential time; and in that the signal restoration device reconstructs a signal from the received sub signals which correspond to said spectral bands. The invention comprises several embodiments.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaitront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints, donnés à titre d'exemples non limitatifs, où:
- la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un système selon l'invention.The invention will be better understood and other features and advantages will appear with the aid of the following description and the accompanying drawings, given as non-limiting examples, in which:
- Figure 1 shows schematically a first embodiment of a system according to the invention.

- la figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un système selon l'invention. - Figure 2 schematically shows a second embodiment of a system according to the invention.

- la figure 3 représente schématiquement un troisième mode de réalisation d'un système selon l'invention. - Figure 3 schematically shows a third embodiment of a system according to the invention.

Le premier mode de réalisation d'un système selon l'invention est représenté schématiquement sur la figure 1. Comme la plupart des systèmes optiques d'intensification, ce système comporte séquentiellement un objectif 10 primaire, un dispositif 30 d'intensification du signal, un dispositif 40 de restitution du signal. Le signal est une information qui est par exemple sous forme électrique ou sous forme lumineuse. Le système selon l'invention comporte un premier filtre 20 situé entre l'objectif 10 et le dispositif 30 d'intensification du signal. Un dispositif 50 de commande et de synchronisation est relié, traits interrompus sur la figure, au premier filtre 20 et au dispositif 40 de restitution. Les rayons lumineux issus de la scène, pointillés fléchés sur la figure, arrivent sur l'objectif 10 qui joue le rôle de collecteur de flux lumineux. Cet objectif permet de préférence également de focaliser le flux lumineux issu de la scène. L'objectif 10 sera de préférence de grande ouverture numénque. Les rayons lumineux traversent ensuite le premier filtre 20. The first embodiment of a system according to the invention is shown diagrammatically in FIG. 1. Like most optical intensification systems, this system comprises sequentially a primary objective, a signal intensifier, a signal intensifier device 40 for restitution of the signal. The signal is information that is for example in electrical form or in luminous form. The system according to the invention comprises a first filter 20 located between the objective 10 and the device 30 for intensifying the signal. A device 50 for controlling and synchronizing is connected, broken lines in the figure, to the first filter 20 and the device 40 of restitution. The light rays from the scene, dotted arrows in the figure, arrive on the lens 10 which acts as a light flux collector. This objective preferably also makes it possible to focus the luminous flux coming from the scene. Objective 10 will preferably be large numerical aperture. The light rays then pass through the first filter 20.

Le premier filtre 20 a pour fonction d'effectuer un filtrage de l'image de la scène. Ce filtrage décompose le domaine spectral de l'image en au moins deux bandes spectrales, et cette décomposition est séquentielle dans le temps. L'image issue de la scène est donc décomposée séquentiellement dans le temps en sous-images correspondant respectivement aux rayonnements issus de la scène et compris dans les différentes bandes spectrales considérées. Le signal véhiculant l'information a été décomposé en sous-signaux séquentiels dans le temps. Le premier filtre 20 est commandé par l'intermédiaire du dispositif 50 de commande et de synchronisation. Le cycle de filtrage de période temporelle T, comportera plusieurs périodes temporelles, T1, T2, etc... correspondant respectivement aux bandes spectrales. A chaque période temporelle, le premier filtre 20 ne laisse passer de l'image de la scène que la bande spectrale correspondant à la dite période. Pour la clarté de l'exposé, prenons un exemple préférentiel mais nullement limitatif. Le premier filtre 20 décompose l'image en trois bandes spectrales correspondant aux couleurs rouge, vert et bleu. Ces bandes spectrales sont par exemple respectivement centrées autour des longueurs d'onde 630 nm, 530 nm et 450 nm. Cet exemple préférentiel sera conservé dans toute la suite du brevet, sauf mention contraire. Le premier filtre 20 est par exemple une roue de filtres colorés. Cette roue toume à une certaine vitesse. Cette roue est commandée par l'intermédiaire du dispositif 50 de commande et de synchronisation. A chaque tour de roue, un cycle de filtrage est effectué. Par exemple, pendant une première période de temps
T1, un premier secteur filtrant de la roue situé sur le passage des rayons lumineux issus de la scène ne laisse passer que la bande spectrale correspondant au rouge1 ensuite pendant une deuxième période T2 un deuxième secteur filtrant ne laisse passer que la bande spectrale correspondant au vert, puis pendant une troisième période T3 un troisième secteur filtrant ne laisse passer que la bande spectrale correspondant au bleu. Après un tour complet de la roue, le premier secteur filtrant se retrouve à nouveau situé sur le passage des rayons lumineux issus de la scène, et le cycle recommence. Un autre type de premier filtre 20 est par exemple un rotateur retardateur de polarisation situé entre deux polariseurs linéaires. Ce premier filtre 20 sera de préférence commandable électriquement par l'intermédiaire du dispositif 50 de commande et de synchronisation. Pendant la période T1, un signal électrique, par exemple une tension, est appliqué au premier filtre 20 par l'intermédiaire du dispositif 50 de commande et de synchronisation. L'état du rotateur est alors tel que seule la bande spectrale correspondant à la couleur rouge peut traverser les deux polariseurs linéaires. Si les deux polariseurs linéaires sont croisés, I'angle du plan de polarisation pour la bande spectrale correspondant au rouge aura toumé de quatre-vingt-dix degrés. Même principe pendant la deuxième, respectivement la troisième période, pour la bande spectrale correspondant au vert, respectivement au bleu. Ce premier filtre 20 comporte par exemple une ou plusieurs cuves de cristaux liquides, de préférence ferroélectriques. La tension de commande appliquée à chacune des cuves est alors binaire, et les temps de commutation du premier filtre 20 sont très courts.The first filter 20 serves to filter the image of the scene. This filtering decomposes the spectral domain of the image into at least two spectral bands, and this decomposition is sequential in time. The image resulting from the scene is thus decomposed sequentially in time into sub-images respectively corresponding to the radiation coming from the scene and included in the different spectral bands considered. The signal conveying the information has been decomposed into sequential sub-signals in time. The first filter 20 is controlled via the control and synchronization device 50. The filtering cycle of time period T, will comprise several time periods, T1, T2, etc. corresponding respectively to the spectral bands. At each time period, the first filter 20 passes only the spectral band corresponding to said period from the scene image. For the sake of clarity, let's take a preferential but non-limiting example. The first filter 20 decomposes the image into three spectral bands corresponding to the colors red, green and blue. These spectral bands are for example respectively centered around the wavelengths 630 nm, 530 nm and 450 nm. This preferred example will be retained throughout the rest of the patent, unless otherwise specified. The first filter 20 is for example a color filter wheel. This wheel turns at a certain speed. This wheel is controlled via the device 50 for control and synchronization. At each turn of the wheel, a filter cycle is performed. For example, during a first period of time
T1, a first filter sector of the wheel located on the passage of light rays from the scene allows only the spectral band corresponding to the red1 then for a second period T2 a second filtering sector passes only the spectral band corresponding to the green , then during a third period T3 a third filter sector passes only the spectral band corresponding to blue. After a complete turn of the wheel, the first filter sector is again located on the passage of light rays from the scene, and the cycle begins again. Another type of first filter 20 is for example a polarization retardation rotator located between two linear polarizers. This first filter 20 will preferably be electrically controllable via the device 50 for control and synchronization. During the period T1, an electrical signal, for example a voltage, is applied to the first filter 20 via the control and synchronization device 50. The state of the rotator is such that only the spectral band corresponding to the red color can pass through the two linear polarizers. If the two linear polarizers are crossed, the angle of the polarization plane for the spectral band corresponding to the red will have been ninety degrees. Same principle during the second, respectively the third period, for the spectral band corresponding to green, respectively blue. This first filter 20 comprises for example one or more tanks of liquid crystals, preferably ferroelectric. The control voltage applied to each of the cells is then binary, and the switching times of the first filter 20 are very short.

Les rayons lumineux ayant traversé le premier filtre 20 arrivent sur le dispositif 30 d'intensification. Le dispositif 30 d'intensification, renvoie après intensification le signal lumineux sur le dispositif 40 de restitution. Le dispositif 30 d'intensification peut être par exemple un tube intensificateur dit de première génération, c'est-å-dire comportant séquentiellement une photocathode, une lentille électrostatique de focalisation et un écran; ce type de dispositif d'intensification ne pixelise pas l'image. Le dispositif 30 d'intensification comportera de préférence séquentiellement une photocathode 31, un intensificateur 32 d'électrons qui sera avantageusement une galette de microcanaux, un écran 33 de phosphore. Les rayons lumineux sont focalisés sur la photocathode 31. Cette photocathode 31 est de préférence une photocathode à large bande, c'est-à-dire choisie de manière à assurer une sensibilité uniforme sur tout le domaine spectral utile de l'image de la scène. Le domaine spectral utile est celui qui intéresse l'observateur de la scène. La photocathode sera par exemple une photocathode de type S25 ou S20. Les photons arrivant sur la photocathode 71 sont donc transformés par effet photoélectrique en électrons qui quittent la photocathode 31. Ces électrons sont accélérés sous une tension, par exemple d'environ 200 volts, pour arriver sur la galette 32 de microcanaux. The light rays having passed through the first filter 20 arrive on the intensification device 30. The intensification device 30 returns, after intensification, the light signal on the reproduction device 40. The intensifier device may be for example a so-called first generation intensifier tube, that is to say having sequentially a photocathode, an electrostatic focusing lens and a screen; this type of intensification device does not pixelize the image. The intensifier device 30 will preferably sequentially include a photocathode 31, an electron intensifier 32 which will advantageously be a microchannel wafer, a phosphor screen 33. The light rays are focused on the photocathode 31. This photocathode 31 is preferably a broadband photocathode, that is to say chosen so as to ensure a uniform sensitivity over the entire useful spectral range of the image of the scene. . The useful spectral range is that which interests the observer of the scene. The photocathode will for example be a S25 or S20 photocathode. The photons arriving on the photocathode 71 are thus transformed by photoelectric effect into electrons that leave the photocathode 31. These electrons are accelerated under a voltage, for example about 200 volts, to arrive on the pancake 32 of microchannels.

Une tension, par exemple environ 900 volts, règne entre l'entrée et la sortie de la galette 32. Les électrons traversant la galette 32 sont donc accélérés et multipliés avant de ressortir de la galette 32. Le gain de la galette 32 est par exemple d'environ 105 ou 106. En sortie de chaque microcanal se trouve un faisceau d'électrons correspondant à un pixel de l'image de la scène. Pour éviter une trop grande divergence des faisceaux d'électrons émis en sortie de la galette 32, les électrons sont accélérés sous une tension importante, par exemple 6000 volts. Dans un autre mode de réalisation, on peut avoir plusieurs galettes en cascade du type de la galette 32; lorsque ces galettes sont à microcanaux inclinés, elles sont montées en chevrons, c'est-à-dire que les dites inclinaisons sont alternativement dans un sens puis dans l'autre.A voltage, for example about 900 volts, prevails between the inlet and the outlet of the wafer 32. The electrons passing through the wafer 32 are accelerated and multiplied before emerging from the wafer 32. The gain of the wafer 32 is for example approximately 105 or 106. At the output of each microchannel is an electron beam corresponding to a pixel of the image of the scene. To avoid too much divergence of the electron beams emitted at the outlet of the wafer 32, the electrons are accelerated under a large voltage, for example 6000 volts. In another embodiment, one can have several cascading pancakes of the type of the wafer 32; when these slabs are inclined microchannels, they are mounted in chevrons, that is to say that said inclinations are alternately in one direction and then in the other.

Les électrons viennent alors frapper l'écran 33 avec beaucoup d'énergie, ce qui donne naissance à des photons quittant l'écran 33 avec un gain pouvant aller par exemple de dix à cent. L'écran 33 est un écran de phosphore émettant de la lumière blanche ou de la lumière apparaissant comme telle à l'oeil, cette lumière lui permettant ainsi de restituer la totalité du spectre visible. Cet écran 33 peut par exemple être constitué d'un mélange de phosphores rouges, verts et bleus. A chaque pixel de l'image de la scène correspond un point d'impact sur la surface de la photocathode 31, un microcanal de transmission dans la galette 32 et un point d'émission sur l'écran 33. La lame de verre que contient généralement la photocathode 31 peut avantageusement être remplacée par une galette de fibres optiques. Un des avantages est alors une moindre diffusion sur la surface de la photocathode 31. La face d'entrée de la galette de fibres optiques peut également par exemple jouer le rôle d'une lentille et ainsi simplifier la composition de l'objectif 10 situé en amont du dispositif 30 d'intensification.The electrons then strike the screen 33 with a lot of energy, which gives rise to photons leaving the screen 33 with a gain of, for example, from ten to one hundred. The screen 33 is a phosphor screen emitting white light or light appearing as such to the eye, this light thus allowing it to restore the entire visible spectrum. This screen 33 may for example consist of a mixture of red, green and blue phosphors. At each pixel of the image of the scene corresponds a point of impact on the surface of the photocathode 31, a transmission microchannel in the wafer 32 and a transmission point on the screen 33. The glass slide that contains generally the photocathode 31 may advantageously be replaced by a wafer of optical fibers. One of the advantages is then a less diffusion on the surface of the photocathode 31. The input face of the optical fiber wafer can also for example act as a lens and thus simplify the composition of the objective 10 located in upstream of the intensifier device.

Une transformation analogue au niveau de l'écran 33 peut avantageusement être réalisée. La galette de fibres optiques pourra alors même subir une torsion de manière à renverser l'image sans éléments optiques additionnels, ce qui permet d'obtenir un système plus compact. La face de sortie de la galette de fibres optiques peut même alors jouer le role d'une lentille et ainsi simplifier le dispositif 40 de restitution situé en aval.A similar transformation at the screen 33 may advantageously be performed. The fiber optic wafer may then be twisted so as to reverse the image without additional optical elements, thereby obtaining a more compact system. The exit face of the optical fiber wafer can even then act as a lens and thus simplify the restitution device 40 located downstream.

Les rayons lumineux quittant l'écran 33 arrivent sur le dispositif 40 de restitution. Le dispositif 40 de restitution comporte de préférence séquentiellement un deuxième filtre 41 et un oculaire 42. Les rayons ,lumineux, après avoir traversé l'oculaire 42, arrivent sur l'oeil 43 de l'observateur. Le deuxième filtre 41 est de préférence similaire au premier filtre 20. Le signal émis en lumière blanche par l'écran 33 est filtré par le deuxième filtre 41, c'est-à-dire décomposé séquentiellement dans le temps en sous-signaux correspondant aux bandes spectrales de décomposition du premier filtre 20. Chacun de ces sous-signaux traverse l'oculaire 42 pour arriver séquentiellement dans le temps sur l'oeil 43. Le système de l'invention utilise le phénomène de la persistance rétinienne ou visuelle. En effet, reprenons l'exemple préférentiel du début, à savoir la décomposition de l'image de la scène en trois sous-images correspondant aux bandes spectrales du rouge, du vert et du bleu. Si ces trois sous-images se succèdent suffisamment rapidement à la sortie de l'oculaire 42, I'oeil 43 aura l'impression de voir la scène en lumière blanche, c'est-à-dire en lumière naturelle. Le temps Tv de la persistance visuelle est de l'ordre de 10 à 50 ms. The light rays leaving the screen 33 arrive on the device 40 of restitution. The reproducing device 40 preferably comprises, sequentially, a second filter 41 and an eyepiece 42. The light rays, after passing through the eyepiece 42, arrive on the observer's eye 43. The second filter 41 is preferably similar to the first filter 20. The signal emitted in white light by the screen 33 is filtered by the second filter 41, that is to say, decomposed sequentially in time in sub-signals corresponding to the splitter spectral bands of the first filter 20. Each of these sub-signals passes through the eyepiece 42 to arrive sequentially in time on the eye 43. The system of the invention uses the phenomenon of retinal or visual persistence. In fact, let us take the preferential example of the beginning, namely the decomposition of the image of the scene into three sub-images corresponding to the spectral bands of red, green and blue. If these three sub-images succeed each other sufficiently quickly at the exit of the eyepiece 42, the eye 43 will have the impression of seeing the scene in white light, that is to say in natural light. The time Tv of the visual persistence is of the order of 10 to 50 ms.

II faut cependant également que le phosphore de l'écran 33 soit revenu à l'état de repos avant le début de la période suivante. Le temps de décroissance du phosphore est de l'ordre de 1 à 10 ms. Ce temps de décroissance concerne surtout le phosphore rouge, les temps de décroissance des phosphores verts et bleus étant beaucoup plus courts. La période Tt temporelle du cycle de filtrage est avantageusement choisie telle que d'une part elle soit plus courte que la période de persistance visuelle Tv et telle que d'autre part elle soit plus longue que la période de décroissance du phosphore Td. On a donc alors la relation suivante : Td < T Tv . Une période Tt de l'ordre de 5 à 10 ms est un par exemple un bon compromis, ce qui correspond à une fréquence de 100 à 200 Hz. However, it is also necessary that the phosphorus of the screen 33 has returned to the state of rest before the beginning of the next period. The decay time of the phosphorus is of the order of 1 to 10 ms. This decay time mainly concerns red phosphorus, the decay times of green and blue phosphors being much shorter. The time period Tt of the filtering cycle is advantageously chosen such that, on the one hand, it is shorter than the visual persistence period Tv and, on the other hand, it is longer than the decay period of the phosphor Td. We then have the following relation: Td <T Tv. A period Tt of the order of 5 to 10 ms is for example a good compromise, which corresponds to a frequency of 100 to 200 Hz.

Le deuxième filtre 41 et le premier filtre 20 sont commandés et synchronisés par l'intermédiaire d'un dispositif 50 de commande et de synchronisation. La période temporelle T, du cycle de filtrage au niveau du premier filtre 20 se retrouve au niveau du deuxième filtre 41, mais décalée d'un temps At de retard. Les périodes temporelles correspondant aux différentes bandes spectrales au niveau du premier filtre 20 ne sont pas nécessairement les mêmes que celles correspondant aux différents soussignaux au niveau du deuxième filtre 41. Dans le cas préférentiel déjà envisagé, les périodes temporelles T1, T'2 et T,3 au niveau du deuxième filtre peuvent être différentes des périodes temporelles T1, T2 et T3. Ces différences permettent un réglage de la balance des couleurs de l'image de la scène restituée. Cela permet soit de faire varier le rendu colorimétrique des différentes couleurs, soit de corriger certains défauts du système au niveau des gains relatifs pour les différentes couleurs, par une balance des couleurs. Ces défauts peuvent être par exemple une différence de sensibilité au niveau des filtres 20 et'ou 41 pour les trois couleurs rouge, vert et bleu, ou un rendu plus faible de la couleur rouge au niveau de l'écran 33 de phosphore. La balance des couleurs et/ou le temps de retard M peuvent par exemple être choisis par l'observateur par l'intermédiaire d'un curseur non représenté sur la figure 1. Ce curseur ferait alors partie du dispositif 50 de commande et de synchronisation. Le dispositif de restitution 40 et le premier filtre 20 sont donc synchronisés par le dispositif 50 de commande et de synchronisation de manière à pondérer spectralement et/ou temporellement les sous-signaux, qui sont ici des sous-images, lors de la reconstruction de l'image de la scène. On peut également envisager de faire un réglage similaire au niveau du premier filtre 20. The second filter 41 and the first filter 20 are controlled and synchronized via a control and synchronization device 50. The time period T, of the filtering cycle at the level of the first filter 20 is found at the level of the second filter 41, but offset by a delay time At. The time periods corresponding to the different spectral bands at the level of the first filter 20 are not necessarily the same as those corresponding to the different sub-signals at the level of the second filter 41. In the preferential case already envisaged, the time periods T1, T'2 and T , 3 at the second filter may be different from the time periods T1, T2 and T3. These differences allow adjustment of the color balance of the image of the rendered scene. This makes it possible either to vary the colorimetric rendering of the different colors, or to correct certain defects of the system in terms of the relative gains for the different colors, by a color balance. These defects may be, for example, a difference in sensitivity at the level of the filters 20 and / or 41 for the three colors red, green and blue, or a weaker rendering of the red color at the screen 33 of phosphorus. The color balance and / or the delay time M may for example be chosen by the observer via a cursor not shown in Figure 1. This cursor would then be part of the control device 50 and synchronization. The reproduction device 40 and the first filter 20 are synchronized by the control and synchronization device 50 so as to weight spectrally and / or temporally the sub-signals, which are here sub-images, during the reconstruction of the image. picture of the scene. One can also consider making a similar adjustment at the level of the first filter 20.

Un des avantages du système selon l'invention est de pouvoir intensifier en couleur l'image d'une scène observée, à l'aide d'un dispositif simple et sans perte de résolution spatiale. De plus, ce système est compatible avec différentes types de technologies de dispositif d'intensification d'image, en particulier les dispositifs à base de tube dit de première génération et à base de galettes de microcanaux. Le système selon l'invention peut être par exemple utilisé dans des viseurs de casque pour pilotes d'aéronefs ou de véhicules. Dans ce cas, la restitution en couleur facilite le pilotage, car les indications du tabeau de bord sont généralement affichées en couleur. II peut aussi par exemple etre utilisé dans des jumelles de vision noctume, avec de préférence un afocal ayant un grandissement de quelques unités et étant situé en amont de l'objectif 10. One of the advantages of the system according to the invention is to intensify in color the image of an observed scene, using a simple device and without loss of spatial resolution. In addition, this system is compatible with various types of image intensifier technologies, particularly the so-called first-generation tube and microchannel-slab based devices. The system according to the invention can for example be used in helmet visors for aircraft pilots or vehicles. In this case, the color rendering facilitates the piloting, since the indications of the dashboard are generally displayed in color. It can also for example be used in night vision binoculars, preferably with afocal having a magnification of a few units and being located upstream of the objective 10.

Un exemple préférentiel de l'invention, défini plus haut, décompose le domaine spectral de l'image de la scène observée en trois bandes spectrales, respectivement centrées autour des couleurs rouge (630 nm), vert (530 nm), et bleu (450 nm). L'image est restituée à partir de sousimages arrivant séquentiellement dans le temps sur l'oeil 43 de l'observateur. A preferred example of the invention, defined above, breaks down the spectral range of the image of the observed scene into three spectral bands, respectively centered around the colors red (630 nm), green (530 nm), and blue (450 nm). The image is restored from subimages arriving sequentially in time on the eye 43 of the observer.

Ces sous-images sont restituées dans les mêmes couleurs, à savoir rouge, vert et bleu. Cet exemple n'est nullement limitatif, et les couleurs de restitution, au niveau du deuxième filtre 41, peuvent être différentes des bandes spectrales de décomposition, au niveau du premier filtre 20. Le nombre de sous-images permettant la reconstruction de l'image de la scène au niveau de l'oculaire 42 peut être différent du nombre de bandes spectrales de décomposition au niveau du premier filtre 20. Un autre exemple préférentiel de l'invention consiste à décomposer le domaine spectral de l'image de la scène en trois bandes, respectivement une première bande comprise entre 500 et 600 nm (à dominante rouge), une deuxième bande comprise entre 600 et 800 nm (située dans un infrarouge très proche) et une troisième bande comprise entre 800 et 1000 nm (située dans un infrarouge proche); les couleurs de restitution restent le rouge , le vert et le bleu. Cet autre exemple permet par exemple de faire ressortir le contenu chlorophyllien de la végétation d'une scène et permettre ainsi de réaliser une fonction de décamouflage. Une décomposition du domaine de l'infrarouge en plusieurs bandes spectrales permettrait par exemple une observation noctume de milieux comme le désert. C'est une observation qui est dite en fausses couleurs , de la scène. Ces fausses couleurs peuvent être choisies et optimisées en fonction de l'application particulière envisagée. Le dispositif de restitution, par l'intermédiaire du deuxième filtre 41 et du dispositif 50 de commande et de synchronisation, affecte une bande spectrale à chaque sous-signal ou sous-image, ces bandes spectrales du dispositif 40 de restitution, ou couleurs de restitution, étant décalées spectralement par rapport aux bandes spectrales du premier filtre 20.These sub-images are rendered in the same colors, namely red, green and blue. This example is in no way limiting, and the restitution colors, at the level of the second filter 41, may be different from the spectral bands of decomposition, at the level of the first filter 20. The number of sub-images allowing reconstruction of the image of the scene at the level of the eyepiece 42 may be different from the number of spectral bands of decomposition at the level of the first filter 20. Another preferred example of the invention consists in decomposing the spectral domain of the image of the scene into three bands, respectively a first band between 500 and 600 nm (dominant red), a second band between 600 and 800 nm (located in a very near infrared) and a third band between 800 and 1000 nm (located in an infrared) close); the restitution colors remain red, green and blue. This other example makes it possible, for example, to highlight the chlorophyll content of the vegetation of a scene and thus make it possible to perform a dechopping function. A decomposition of the infrared domain into several spectral bands would allow for example a nocturnal observation of environments such as the desert. It is an observation which is said in false colors, of the scene. These false colors can be chosen and optimized according to the particular application envisaged. The rendering device, via the second filter 41 and the control and synchronization device 50, assigns a spectral band to each sub-signal or sub-image, these spectral bands of the reproduction device 40, or restitution colors. , being spectrally offset from the spectral bands of the first filter 20.

Le deuxième mode de réalisation d'un système selon l'invention est représenté schématiquement sur la figure 2. Le système optique comporte séquentiellement jusqu'à la galette 32 de microcanaux les mêmes éléments que sur la figure 1. En aval de la galette 32, le système comporte séquentiellement un écran 33' de phosphore et un dispositif 40 de restitution. The second embodiment of a system according to the invention is shown diagrammatically in FIG. 2. The optical system comprises sequentially up to the microchannel wafer 32 the same elements as in FIG. 1. Downstream of the wafer 32, the system comprises sequentially a screen 33 'of phosphorus and a device 40 of restitution.

Ce dispositif 40 de restitution comporte séquentiellement une optique 44 de projection et un détecteur 45 à effet photoélectrique. Les rayons lumineux qui quittent l'écran 33' sont focalisés par l'optique 44 sur le détecteur 45. Le signal reçu par le détecteur 45 peut être traité par un dispositif de traitement et/ou de visualisation , non représenté sur la figure 2, situé en aval du détecteur 45. Un dispositif 50 de commande et de synchronisation relie le premier filtre 20 et le détecteur 45. L'écran 33' a de préférence une bande
d'émission spectralement étroite adaptée à la bande de sensibilité du
détecteur 45. En effet, la discrimination spectrale de l'image de la scène
s'effectuant séquentiellement dans le temps et l'image étant restituée par un
dispositif de traitement et/ou de visualisation1 l'écran 33' n'a plus besoin
d'émettre en lumière blanche comme pour le premier mode de réalisation où
l'image était directement observée après filtrage par le deuxième filtre 41.This reproduction device 40 sequentially comprises a projection optics 44 and a photoelectric effect detector 45. The light rays leaving the screen 33 'are focused by the optics 44 on the detector 45. The signal received by the detector 45 can be processed by a processing and / or display device, not shown in FIG. located downstream of the detector 45. A control and synchronization device 50 connects the first filter 20 and the detector 45. The screen 33 'preferably has a band
spectrally narrow emission pattern adapted to the sensitivity band of the
detector 45. Indeed, the spectral discrimination of the image of the scene
occurring sequentially in time and the image being rendered by a
processing and / or display device1 the screen 33 'no longer needs
to emit in white light as for the first embodiment where
the image was directly observed after filtering by the second filter 41.

L'optique 44 a par exemple un grandissement permettant de changer la taille
de l'image entre l'écran 33' et le détecteur 45, de préférence de la réduire.The optics 44 has for example a magnification to change the size
of the image between the screen 33 'and the detector 45, preferably to reduce it.

in effet, la taille de la surface sensible du détecteur 45 est généralement
plus petite que la surface aval de la galette 32.indeed, the size of the sensitive surface of the detector 45 is generally
smaller than the downstream surface of the pancake 32.

Le troisième mode de réalisation d'un système selon l'invention est
représenté schématiquement sur la figure 3. Le système optique comporte
séquentiellement jusqu'à la galette 32 de microcanaux les mêmes éléments
que sur les figures 1 et 2. Le système comporte en aval de la galette 32 un
détecteur 46 à électrons. Un dispositif 50 de commande et de
synchronisation relie le premier filtre 20 et le détecteur 46. Le dispositif 30
d'intensification du signal comporte la photocathode 31 et la galette 32, et le
dispositif 40 de restitution comporte le détecteur 46. Les faisceaux
d'électrons sortant de la galette 32 arrivent directement sur le détecteur 46.The third embodiment of a system according to the invention is
schematically shown in FIG. 3. The optical system comprises
sequentially up to the galette 32 of microchannels the same elements
1 and 2. The system comprises downstream of the wafer 32 a
46 electron detector. A device 50 for controlling and
synchronization connects the first filter 20 and the detector 46. The device 30
signal intensification comprises the photocathode 31 and the wafer 32, and the
playback device 40 includes detector 46. The beams
electrons leaving the wafer 32 arrive directly on the detector 46.

Le signal reçu par le détecteur 46 peut être traité par un dispositif de traitement et/ou de visualisation, non représenté sur la figure 3, situé en aval
du détecteur 46. Le système présente alors l'avantage de minimiser les
pertes de signal en ayant un gain plus élevé que dans les autres modes de
réalisation. Le système obtenu est également très compact, de l'ordre de
quelques millimètres d'épaisseur. The signal received by the detector 46 may be processed by a processing and / or visualization device, not shown in FIG. 3, located downstream
46. The system then has the advantage of minimizing the
signal loss by having a higher gain than in the other modes of
production. The system obtained is also very compact, of the order of
a few millimeters thick.

Claims

A color intensifying optical system receiving a light signal and sequentially comprising a primary lens (10), a signal intensifying device (30) and a signal restoring device (40), characterized in that the system also comprises a first filter (20) located between the primary objective (10) and the intensification device (30), performing a spectral filtering according to at least two spectral bands and sequential in time, and in that the device (40) ) of the reconstructed signal a signal from the received sub-signals that correspond to said spectral bands.

2. System according to claim 1, characterized in that the first filter (20) is an electrically controllable filter.

3. System according to claim 2, characterized in that the first filter (20) is a ferroelectric liquid crystal filter.

4. System according to claims 2 or 3, characterized in that the first filter (20) comprises at least one cell filled with liquid crystals, placed between two linear polarizers.

5. System according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the device (40) for restitution and the first filter (20) are synchronized so as to weight spectrally and / or temporally the sub-signals during the reconstruction.

6. System according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the spectral bands are bands centered around the red, green and blue colors.

7. System according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the device (40) of restitution comprises means (41, 50) affecting a spectral band at each sub-signal, these spectral bands of the device (40). ) of restitution being shifted spectrally with respect to the spectral bands of the first filter (20).

8. System according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the device (30) for intensifying the signal comprises sequentially a photocathode (31) and an intensifier (32) of electrons.

9. System according to claim 8, characterized in that the intensifier (32) of electrons is a microchannel intensifier.

10. System according to claims 8 or 9, characterized in that the device (30) for intensifying the signal further comprises a screen (33) of phosphorus located downstream of the intensifier (32) electrons and allowing restore the entire visible spectrum.

11. System according to claim 10, characterized in that the device (40) for restitution of the signal comprises sequentially a second filter (41) similar to the first filter (20) and an eyepiece (42).

12. System according to claim 10 or 11, characterized in that the first filter (20) and the screen (33) of phosphorus are chosen such that, Td, T, and Tv, respectively being the decay periods of phosphorus, spectral filtering of the first filter (20) and retinal persistence, we have the relation: Td <Td Tv

13. System according to claims 8 or 9, characterized in that the device (30) for intensifying the signal further comprises a screen (33 ') of phosphorus located downstream of the intensifier (32) electrons and in the playback device (40) sequentially comprises a projection optics (44) and a photoelectric detector (45).

14. System according to claim 13, characterized in that the screen (33 ') of phosphorus has a spectrally narrow emission band adapted to the sensitivity band of the detector (45).

15. System according to claim 8 or 9, characterized in that the device (40) of restitution comprises an electron detector (46) located just downstream of the device (30) for intensifying the signal.