BE1023821B1 - Détection, traque, et décodage d'énergie laser à fréquence de répétition d'impulsions provenant de désignateurs laser - Google Patents

Détection, traque, et décodage d'énergie laser à fréquence de répétition d'impulsions provenant de désignateurs laser Download PDF

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Abstract

Un détecteur, traqueur et décodeur à fréquence de répétition d'impulsions comprend une FPA en InGaAs de photodétecteurs conçue pour convertir des signaux laser en signaux électriques. Un ROIC est connecté de manière opérationnelle la FPA en InGaAs pour conditionner des signaux électriques à partir de la FPA en InGaAs. Un module est connecté de manière opérationnelle au ROIC pour décoder des codes d'impulsions dans les signaux électriques conditionnés et pour fournir une sortie pour la traque de taches laser décodées dans un espace à deux dimensions. Dans un autre aspect, un dispositif d'imagerie comprend un imageur avec une FPA d'imagerie connectée de manière opérationnelle au premier ROIC pour l'imagerie. Un détecteur, traqueur et décodeur à fréquence de répétition d'impulsions comprenant un second ROIC tel que décrit ci-dessus est connecté de manière opérationnelle au premier ROIC. Les premier et second circuits ROIC sont connectés de manière opérationnelle pour corréler la position de taches laser décodées dans des images provenant de la FPA d'imagerie.

Description

DÉTECTION, TRAQUE, ET DÉCODAGE D’ÉNERGIE LASER À FRÉQUENCE DE RÉPÉTITION D’IMPULSIONS PROVENANT DE DÉSIGNATEURS LASER
CONTEXTE DE L’INVENTION 1. Domaine de l’invention
La présente description concerne la désignation par laser, et plus particulièrement la détection, la traque et le décodage de signatures par laser pulsé à partir de désignateurs laser pulsé. 2. Description de Part connexe
Une grande variété de dispositifs et de procédés est connue dans le domaine de la traque d’une tache laser. Un système de désignation par laser classique comprend un désignateur laser, qui est utilisé pour éclairer ou peindre un objet d’intérêt. Le désignateur laser émet des impulsions laser à un train d’impulsions prédéfini en fonction du réglage tel que prévu par l’utilisateur. Un dispositif de traque peut détecter la tache laser et la poursuivre.
De tels procédés et systèmes classiques ont généralement été considérés comme satisfaisants pour leur objectif prévu. Cependant, il subsiste un besoin dans ce domaine pour une détection améliorée par un désignateur laser pulsé, La présente description fournit une solution pour ce besoin.
RÉSUMÉ DE L’INVENTION
Un détecteur et décodeur à fréquence de répétition des impulsions (PRF) comprend une matrice à plan focal (FPA) bidimensionnelle en arséniure d’indium et de gallium (InGaAs) de photodétecteurs conçue pour convertir de l’énergie laser incidente en signaux électriques. Un circuit intégré de lecture (ROIC) est connecté de manière opérationnelle avec la FPA afin de conditionner des signaux électriques à partir de la FPA. Un module est connecté de manière opérationnelle au ROIC pour détecter, décoder et traquer l’énergie du laser pulsé dans les signaux électriques conditionnés et pour fournir une sortie pour la traque de taches de laser pulsé dans un espace à deux dimensions.
La FPA en InGaAs peut être conçue pour recevoir des longueurs d’onde jusqu’à 1 700 nm, par exemple des longueurs d’onde SW1R de 1 064 nm, une longueur d’onde de 1 550 nm, ou une quelconque autre longueur d’onde appropriée. La FPA en InGaAs peut inclure une pluralité de lignes et de colonnes de photodétecteurs. La FPA en InGaAs peut comprendre au moins une matrice 32 par 32 de photodétecteurs.
Le ROIC peut être conçu pour lire à partir de la FPA en InGaAs à une fréquence d’au moins 20 kHz. Le ROIC peut être connecté de manière opérationnelle à la FPA en InGaAs afin de conditionner des signaux électriques pour la traque et le décodage de taches laser multiples à un instant donné dans le module.
Le module connecté de manière opérationnelle au ROIC peut inclure des instructions lisibles par machine afin d’instruire le module pour : qu’il reçoive des signaux à partir du ROIC pour une série d’images au fil du temps de l’énergie pulsée réfléchie à partir de Pau moins une cible, chaque image incluant une pluralité d’impulsions correspondant à différents désignateurs laser ; détecte les impulsions dans une image parmi les images reçues ; produise une information concernant la détection de l’impulsion incluant les coordonnées XY de pixel et une information concernant l’instant d’arrivée associée avec les impulsions détectées respectives; associe l’information concernant la détection des impulsions avec une source de désignateur laser spécifique ; et génère une information concernant la position de sortie pour Pau moins une cible de l’espace, la position de sortie étant basée sur les coordonnées de pixel XY et associée avec le désignateur laser correspondant. Il est également considéré avec attention que les instructions lisibles par machine peuvent inclure des instructions conçues pour instruire le module pour : déterminer si une distance entre les coordonnées de pixel XY associées avec une des impulsions détectées relative à une information concernant le détecteur d’impulsions associée avec une impulsion détectée reçue auparavant ayant le même code d’impulsion est comprise dans une valeur de seuil prédéfinie ; et, si c’est le cas, valider l’information concernant le détecteur d’impulsion associée avec cette impulsion détectée.
Un ensemble filtres peut être couplé au système photodétecteur pour améliorer le rapport signal sur bruit. Un connecteur de sortie peut être inclus pour être connecté à un dispositif d’imagerie pour une communication de données d’impulsions laser décodées à partir du module à un dispositif d’imagerie.
Dans un autre aspect, un dispositif d’imagerie inclut un imageur avec une FPA d’imagerie connectée de manière opérationnelle avec un premier ROIC pour l’imagerie. Un décodeur à fréquence de répétition d’impulsion incluant un second ROIC tel que décrit ci-dessus est connecté de manière opérationnelle au premier ROIC. Les premier et second circuits ROIC sont connectés de manière opérationnelle afin de corréler la position des taches laser décodées dans des images à partir de la FPA d’imagerie. Par exemple, la FPA d’imagerie peut être conçue pour réaliser une imagerie dans au moins une des longueurs d’onde visible, thermique, de vision nocturne et/ou toute autre longueur d’onde appropriée, et la FPA en InGaAs peut être conçue pour recevoir des longueurs d’onde comprises jusqu’à 1 700 nm.
Ces caractéristiques et d’autres caractéristiques des systèmes et procédés de la présente description deviendront aisément évidents pour l’homme de l’art à partir de la description détaillée suivante des modes de réalisation préférés considérés en corrélation avec les dessins,
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Afin que l’homme de l’art duquel relève la présente description comprenne aisément comment faire et comment utiliser les dispositifs et les procédés de la présente description sans expérimentation inutile, les modes de réalisation préférés de ceux-ci seront décrits en détail ci-dessous en faisant référence à certaines figures, parmi lesquelles : la Figure 1 est une vue schématique d’un mode de réalisation exemplaire d’un dispositif d’imagerie construit selon la présente description, montrant un désignateur laser et une cible ; la Figure 2 est une vue éclatée en perspective d’un mode de réalisation exemplaire d’un dispositif d’imagerie, montrant l’imageur et le décodeur ; la Figure 3 est une vue schématique du décodeur de la Figure 2, montrant la matrice à plan focal (FPA) avec une matrice de pixels à deux dimensions ; la Figure 4 est une vue schématique de la matrice à plan focal de la Figure 3, montrant deux taches laser sur la matrice de pixels à deux dimensions ; et la Figure 5 est une vue schématique de l’imageur de la Figure 2,
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS II convient maintenant de se reporter aux dessins pour lesquels des numéros de référence identiques identifient des caractéristiques structurales ou des aspects similaires de la présente description. Dans une optique d’explication et d’illustration, et sans limitation aucune, une vue partielle d’un mode de réalisation exemplaire d’un décodeur à fréquence de répétition des impulsions conforme à la communication est présentée en Figure 2 et est généralement désigné par le signe de référence 100. D’autres modes de réalisation de décodeurs conformes à la description, ou des aspects de ceux-ci, sont présentés dans les Figures 1 et 3 à 5, comme cela sera décrit. Les systèmes et les procédés décrits dans ce document peuvent être utilisés pour détecter et décoder des signaux laser pulsés.
Pour ce qui concerne tout d’abord la Figure 1, la cible 10 peut être éclairée, ou peinte, par le désignateur laser 20. Le faisceau laser incident provenant du désignateur 20 est identifié par le signe de référence 30. Une partie du faisceau 30 est réfléchi par la cible, comme cela est indiqué par la ligne en pointillés de la Figure 1. Le système 50 reçoit une partie du laser réfléchi par la cible 10. Le désignateur laser 20 peut donner des impulsions au faisceau 30 avec un code prédéfini, et les impulsions reçues par le système 50 peuvent être décodées pour fournir une information sur la cible à une personne ou à un dispositif utilisant le système 50.
Pour ce qui concerne la Figure 2, le système 50 est un dispositif d’imagerie et inclut un imageur 52 et un décodeur 100. Le connecteur d’entrée 54 et le connecteur de sortie 56 connectent l’imageur au décodeur 100 pour la communication de données d’impulsions laser décodées provenant du module 112 du décodeur 100 à l’imageur 52. Les données des impulsions laser décodées provenant du décodeur 100 peuvent être corrélées aux images de l’imageur 52, par exemple, pour afficher des données de désignation laser sur les images dans l’oculaire de l’imageur 52. 11 est également prévu que, dans certaines applications, des dispositifs autonomes puissent utiliser les sorties combinées de l’imageur 52 et du décodeur 100 sans avoir besoin de recourir à un oculaire.
Concernant maintenant la Figure 3, le décodeur 100 inclut un détecteur laser ayant une FPA en InGaAs 102 de photodétecteurs à deux dimensions, c'est-à-dire des pixels dans une matrice à plan focal (FPA), conçus pour convertir des signaux laser en signaux électriques. Un circuit intégré de lecture (ROIC 104) est connecté de manière opérationnelle à la FPA en InGaAs 102 de photo détecteurs pour détecter des codes d’impulsions dans des signaux électriques émanant de la FPA en InGaAs 102 de photodétecteurs et pour déterminer les tensions et les signaux.
La FPA en InGaAs 102 de photodétecteurs inclut une pluralité de lignes et une pluralité de colonnes de photodétecteurs. L’homme de l’art appréciera de manière aisée que n’importe quelle géométrie de matrice peut être utilisée, et que la matrice rectangulaire présentée schématiquement dans les Figures 2 et 3 ne constitue qu’un exemple. Il est prévu qu’une FPA en InGaAs 102 appropriée puisse inclure au moins une matrice 32 par 32 de photodétecteurs, par exemple. La FPA en InGaAs 102 est faite en InGaAs. L’InGaAs peut être adapté, par exemple, les quantités relatives d’arséniure d’indium et d’arsénîure de gallium peuvent être ajustées pour recevoir des longueurs d’onde comprises jusqu’à 1,7 micron, comme l’InGaAs optimisé pour recevoir des radiations de 1 064 nm de longueur d’onde, des radiations de 1 550 nm de longueur d’onde, ou d’une quelconque autre longueur d’onde appropriée.
Un ensemble optique 106 est couplé optiquement à la FPA en InGaAs 102, et peut inclure un ou plusieurs ensembles filtres pour améliorer le rapport signal sur bruit, et/ou des ensembles lentilles pour former une image de taches laser sur la FPA en InGaAs 102 à partir d’une radiation incidente, par exemple, à partir d’un ou de plusieurs désignateurs 20 se réfléchissant sur une ou plusieurs cibles 10. Par exemple, l’ensemble optique 106 peut inclure une lentille à élément unique ou une matrice de lentilles pour optimiser la collecte de l’énergie du laser, et un filtre à bande étroite devant la FPA en InGaAs 102 pour améliorer la détection laser signal sur bruit.
La Figure 4 présente schématiquement une image de deux taches laser 108 et 110 reçues sur une FPA en InGaAs 102. Ceci présente un avantage considérable sur les décodeurs à impulsion laser classiques utilisant une configuration en quart de cercle, puisque les taches laser 108 et 110 peuvent être traquées dans un espace à deux dimensions avec une résolution spatiale significativement plus importante, permettant à [’utilisateur ou au système d’identifier la localisation de l’impulsion dans un espace bidimensionnel avec une précision accrue.
Pour ce qui concerne à nouveau la Figure 2, le ROIC 104 peut avoir une fréquence de balayage, par exemple au moins de 20 000 images par seconde (20 kHz), pour une lecture des trames d’image séquentielles provenant de la FPA en InGaAs 102. Cette fréquence permet au ROIC 104 de détecter des codes d’impulsion dans les taches laser reflétées sur la FPA en InGaAs 102. Quand l’énergie du laser émanant d’un désignateur 20 est incidente sur la FPA en InGaAs 102, les signaux sont traités à l’intérieur d’une FPGA, ou de son équivalent, pour identifier la localisation sur la FPA en InGaAs 102 qui a détecté l’impulsion. Le ROIC 104 peut être connecté de manière opérationnelle à la FPA en InGaAs 102 pour poursuivre et décoder les multiples taches laser à un moment donné. L’électronique de support dans le module 112, incluant la FPGA, est connectée pour recevoir des données émanant du ROIC 104 pour décoder des codes d’impulsions dans les signaux électriques conditionnés et procurer une sortie pour la traque des points laser décodés dans un espace à deux dimensions. Le module 112 peut inclure des composants de traitement des données et des connecteurs/interfaces de sortie supplémentaires, par exemple, pour commander un système de guidage ou de traque, pour incruster une information concernant une tache laser sur une image provenant d’un dispositif d’imagerie séparé, ou similaire.
Le module 112 peut inclure des instructions lisibles par machine qui sont conçues pour donner des instructions au module 112 afin de : recevoir des signaux provenant du ROIC 104 pour une série d’images au fil du temps de l’énergie pulsée réfléchie par l’au moins une cible, chaque image incluant une pluralité d’impulsions liées à des codes différents de première et seconde impulsions ; détecter les impulsions d’une image pour les images reçues ; restituer une information sur la détection de l’impulsion incluant les coordonnées XY de pixel et une information sur l’instant d’arrivée associée aux impulsions respectives détectées ; associer l’information de la détection de l’impulsion avec les codes de première et seconde impulsions ; et générer une information sur la position de sortie pour l’au moins une cible de l’espace, la position de sortie étant basée sur les coordonnées XY de pixel et associée aux première et seconde impulsions correspondantes. Il est également prévu que les instructions lisibles par machine puissent inclure des instructions conçues pour donner des instructions au module 112 afin de : déterminer si une distance entre les coordonnées XY de pixel associées avec l’une des impulsions détectées par rapport à une information de détecteur d’impulsion associée avec une impulsion détectée reçue précédemment ayant le même code d’impulsion se situe dans une valeur de seuil prédéfinie; et s’il en est ainsi, valider l’information du détecteur d’impulsion associée à l’une des impulsions détectées.
Pour ce qui concerne maintenant la Figure 5, l’imageur 52 inclut une FPA d’imagerie 202 connectée de manière opérationnelle à un ROIC d’imagerie 204. Par exemple, la FPA d’imagerie 202 peut être conçue pour l’imagerie dans au moins une des longueurs d’onde visible, thermique, de vision nocturne, et/ou pour n’importe quelle autre longueur d’onde appropriée. Un ensemble optique 206 est couplé optiquement à une FPA d’imagerie 202, et peut inclure un ou plusieurs ensembles filtres pour améliorer le rapport signal sur bruit, et/ou des ensembles lentilles pour former une image. Le module 212 est connecté de manière opérationnelle pour recevoir des données d’images provenant du ROIC 204 et inclut une électronique de support et le connecteur 54, par exemple, pour corréler des données d’images provenant du ROIC 204 avec des données laser décodées provenant du ROIC 104. Les circuits ROIC 104 et 204 sont donc connectés de manière opérationnelle pour corréler la position des taches laser décodées dans des images émanant de la FPA d’imagerie 202. Chacun parmi le décodeur 100 et l’imageur 52 peut être logé dans un boîtier mécanique hermétique.
Les procédés et les systèmes de la présente description, tels que décrits ci-dessus et présentés dans les dessins, fournissent des détecteurs laser pulsés avec des propriétés supérieures incluant la traque et le décodage des taches laser multiples avec une résolution spatiale élevée. Bien que l’appareillage et les procédés de la présente description ont été présentés et décrits pour ce qui concerne les modes de réalisation préférés, l’homme de l’art appréciera de manière aisée que des changements et/ou des modifications peuvent y être apportés sans déroger à l’étendue de la présente description.

Claims (10)

  1. Revendications :
    1. Dispositif d’imagerie comprenant : un imageur incluant une FPA d’imagerie connectée de manière opérationnelle à un premier ROïC pour de P imagerie ; et un décodeur à fréquence de répétition des impulsions connecté de manière opérationnelle au premier ROIC, le décodeur comprenant : une FPA en InGaAs bidimensionnelle de photodétecteurs conçue pour convertir des signaux laser en signaux électriques ; et t un second ROÏC connecté de manière opérationnelle à la FPA en InGaAs pour décoder des codes d’impulsions dans des signaux électriques provenant de la FPA en InGaAs, dans lequel les premier et second circuits ROIC sont connectés de manière opérationnelle afin de corréler la position des taches laser décodées dans des images provenant de la FPA d’imagerie.
  2. 2. Dispositif d’imagerie selon la revendication 1, dans lequel la FPA d’imagerie est conçue pour réaliser une imagerie dans au moins un domaine parmi les domaines visible, thermique, ou de vision nocturne.
  3. 3. Dispositif d’imagerie selon la revendication 1, dans lequel la FPA en InGaAs est conçue pour recevoir des longueurs d’ondes comprises jusqu’à 1 700 nm.
  4. 4. Dispositif d’imagerie selon la revendication 1, dans lequel la FPA en InGaAs est conçue pour détecter une lumière laser d’une longueur d’onde de 1 064 nm.
  5. 5. Dispositive d’imagerie selon la revendication 1, dans lequel la FPA en InGaAs est conçue pour détecter une lumière laser d’une longueur d’onde de 1 550 nm.
  6. 6. Dispositive d’imagerie selon la revendication 1, dans lequel le second ROIC est conçu pour lire à partir de la FPA en InGaAs à une fréquence d’au moins 20 kHz.
  7. 7. Dispositive d’imagerie selon la revendication 1, dans lequel le second ROIC est connecté de manière opérationnelle à la FPA en InGaAs pour conditionner des signaux électriques pour la traque et le décodage de taches laser multiples à un moment donné dans le module.
  8. 8. Dispostive d’imagerie selon la revendication 1, dans lequel la FPA en InGaAs comprend une pluralité de lignes et une pluralité de colonnes de photodétecteurs.
  9. 9. Dispostive d’imagerie selon la revendication 1, dans lequel la FPA en InGaAs comprend au moins une matrice 32 par 32 de photodétecteurs.
  10. 10. Dispostive d’imagerie selon la revendication 1, comprenant en outre un ensemble filtres couplé optiquement à la FPA en InGaAs de photo détecteurs pour améliorer le rapport signal sur bruit.
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