INSTRUMENT OPTIQUE D'OBSERVATION
La présente invention concerne un instrument optique d'observation destiné à être embarqué sur un avion ou sur un satellite automatique pour l'observation de la terre.
Les contraintes technologiques qui pèsent sur la réalisation des instruments de ce genre, ainsi que les conditions opératoires et notamment la vitesse élevée des engins porteurs provoquent des limitations pratiques de leurs performances.
Les différents types connus d'instruments optiques d'observation réalisent des compromis spécifiques différents entre les quatre performances principales, qui sont :
1) la résolution spectrale, c'est-à-dire le nombre de
canaux spectraux indépendants dans une largeur spectrale totale donnée,
2) la résolution géométrique, mesurée par l'inverse des
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3) la résolution radiométrique, cest-à-dire le rapport
signal à bruit de la mesure individuelle de chaque élément d'image pour chaque canal spectral,
4) la valeur angulaire maximale du champ transversal
couvert par l'instrument d'observation.
Un premier type d'instrument connu est constitué par les appareils de prise de vue traditionnels. Ces appareils forment de manière instantanée une image bidimensionnelle du paysage observé. Une succession régulière de telles images, avec ou sans recouvrement, constitue la couverture impartie à la mission. Ces appareils utilisent les procédés photographiques ou les procédés de prise de vue de télévision.
Les inconvénients de ces appareils sont : a) l'utilisation pratique extrêmement faible du temps d'exposition théoriquement disponible pendant le survol, et consécutivement la limitation alternative de la résolution spectrale ou de la résolution radiométrique; b) la difficulté de superposer rigoureusement plusieurs images synchrones, obtenues par des dispositifs étendus et nécessairement distincts travaillant dans différents canaux spectraux;. c) la limitation pratique de la résolution géométrique en raison delagrandeu.r généralement importante du champ angulaire requis; d) la limitation pratique de l'ouverture angulaire du télescope astreint à respecter un certain champ et une certaine résolution; cette limitation produit
à son tour une limitation de la sensibilité.
Un deuxième type d'instrument connu est le capteur multispectral à balayage mécanique. Ce dispositif comprend un miroir placé devant l'objectif d'un télescope, ce miroir étant animé d'un mouvement rotatif périodique de manière que l'axe de visée se déplace de façon à couvrir la largeur du champ transversal requis. Plusieurs détecteurs photoélectriques de très petites dimensions, pratiquement ponctuels, se trouvent placés dans le plan image du télescope pour engendrer des signaux électriques proportionnels à l'irradiation, chaque détecteur étant associé à un canal spectral.
Une amélioration de ce type d'appareil consiste
à disposer, dans chaque canal spectral, non pas un mais plusieurs détecteurs formant une barrette perpendiculaire aux lignes de balayage. Cette amélioration permet en balayant plusieurs lignes en même temps, de réduire la vitesse de balayage du miroir, et partant, d'augmenter le temps d'exposition de chaque élément d'image dans chaque canal spectral.
Le.s capteurs de ce genre permettent d'obtenir une résolution géométrique élevée, dans un champ angulaire aussi étendu que l'on veut, et de réaliser le synchronisme de la détection des différentes luminances spectrales d'un même élément de la scène observée. Ils ont comme inconvénients majeurs une mauvaise utilisation des énergies lumineuses théoriquement disponibles, et une limitation alternative de la résolution spectrale ou
de la résolution radiométrique.
Un troisième type d'instrument est le capteur
dit "push-broom".. Il comporte un dispositif photodétecteur linéaire placé perpendiculairement à la trace du satellite de façon à permettre l'exposition simultanée de toute une ligne de la couverture. Ce détecteur est normalement un dispositif à transfert de charges, qui permet la lecture rapide et séquentielle des différents éléments de la ligne par une voie de
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bonne utilisation des énergies lumineuses incidentes, en raison de la multiplicité des éléments sensibles
(chaque élément de résolution est détecté pendant toute la durée de son survol).
Les inconvénients de ce type de capteur sont : <EMI ID=4.1>
métrique, l'étendue angulaire du champ transversal couvert et l'ouverture de l'Instrument, comme dans le cas des chambres ordinaires de prise de vue; cette contrainte est inhérente aux lois qui régissent la construction des instruments optiques de type chambre de prise de vue, et a pour effet de limiter à un chiffre de l'ordre de 3000 le nombre des éléments résolus d'une même ligne; ce capteur sacrifie donc la résolution géométrique au profit de la largeur de la bande observée, ou bien restreint cette dernière pour assurer une résolution élevée.
b) les inhomogénéités des gains et des bruits des différents éléments détecteurs le long de la ligne, inhomogénéités nécessitant un prétraitement assujetissant du signal et un étalonnage complexe.
Un perfectionnement connu de ce type d'appareil consiste à disposer plusieurs rangées parallèles et jointives d'éléments détecteurs au lieu d'une seule rangée, ces rangées étant agencées de telle manière que les éléments de même rang dans chacune de ces rangées, alignés perpendiculairement à ces rangées, et donc parallèlement au mouvement apparent de l'image, soient couplés entre eux par transfert de charge, la vitesse de ce dernier étant réglée égale à celle du
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par les éléments détecteurs correspondants alignés se trouvent ainsi accumulés lors de leur traversée des rangées successives. La sensibilité de l'appareil se trou- ve ainsi augmentée mais le mode d'exécution reste d'application limitée car il ne résoud pas le problème évoqué plus haut du compromis entre la résolution géométrique et la largeur du champ transversal couvert. En outre
ce perfectionnement n'autorise pas l'observation en infrarouge thermique et enfin il soulève le problème des défauts résiduels du contrôle de lacet de l'engin porteur.
L'invention concerne un nouveau type d'instrument d'observation dans lequel le compromis évoqué plus haut se trouve résolu et dans lequel d'une manière générale l'ensemble des performances principales définies précédemment se trouve amélioré dans une mesure importante. L'instrument suivant l'invention se distingue en particulier par la combinaison d'une sensibilité de détection élevée et d'une résolution géométrique élevée.
L'invention a également pour objet un instrument optique.d'observation doué d'une grande homogénéité spatiale de la sensibilité, qui autorise une surabondance de canaux spectraux étroits spécifiques d'applications variées dans les spectres visible: et . proche infrarouge, et qui permet par surcroît l'intégration aisée de moyens permettant l'exploitation dans l'infrarouge moyen et thermique, dans des conditions ordinaires de sensibilité.
L'instrument d'observation suivant l'invention
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nels à l'irradiation.
Suivant l'invention, cet instrument se caractérise par la combinaison d'un dispositif optique constitué d'un télescope à plusieurs canaux spectraux, de champ angulaire étroit, d'un miroir placé devant l'objectif du télescope afin de réfléchir vers celui-ci le faisceau lumineux incident, et d'un dispositif mécanique de balayage pour imprimer au miroir un motive-ment de rotation périodique à une vitesse prédéterminée en sorte que chaque point image ait dans le plan iuage un défilement apparent dans une direction transversale
à la direction de déplacement de l'engin porteur et d'un dispositif photodétecteur constitué, pour chaque canal spectral, de plusieurs éléments photodétecteurs disposés en sorte de former plusieurs lignes détectrices parallèles à la direction de défilement apparent du point image dans le plan image, d'un moyen d'excitation électrique connecté en sorte de transférer le signal de détection engendré par chaque élément au suivant le
long de chaque ligne détectrice à une vitesse égale
à la vitesse du défilement apparent du point image, et d'un moyen de lecture connecté pour capter le signal électrique accumulé à l'extrémité de chaque ligne détectrice.
Afin d'assurer les réglages de la vitesse de balayage du miroir et de celle du transfert des signaux de détection, l'instrument suivant l'invention comporte encore d'une part un dispositif photodétecteur supplémentaire qui peut être associé au dispositif photodétecteur d'un canal spectral quelconque,
ces deux dispositifs photodétecteurs étant situés dans un même plan de telle façon que leurs lignes détectrices respectives soient dans le prolongement les unes
des autres, et d'autre part un dispositif corrélateur ayant une première entrée connectée à la sortie d'un
des dispositifs photodétecteurs et une seconde entrée connectée à la sortie de l'autre dispositif photodétecteur de manière à évaluer l'identité ou la non-identité des signaux engendrés successivement dans les lignes homologues des deux dispositifs détecteurs, en déduire l'écart angulaire instantané entre la direction des lignes et la direction du déplacement apparent de l'image, cet écart fournissant finalement le signal qui permet d'ajuster les deux vitesses précitées.
Un mode de réalisation de l'instrument suivant l'invention va être décrit ci-après à'titre d'exemple nullement limitatif en se référant aux dessins joints sur lesquels :
- la figure 1 est un dessin schématique montrant, en vue éclatée et en perspective, les composants essentiels de l'instrument suivant l'invention;
- la figure 2 illustre schématiquement un mode d'exécution du dispositif photodétecteur;
- la figure 3 illustre schématiquement une variante du mode d'exécution de la figure 2;
- la figure 4 est un schéma illustrant une option pour assurer le réglage continu de la vitesse du balayage optique et de la vitesse de transfert du signal de photodétection d'un élément du photodétecteur à l'élément suivant dans le mode d'exécution de la figure 2.
Comme on peut le voir à la figure 1, l'instrument suivant l'invention comprend essentiellement un télescope 1, un miroir 2 placé devant l'objectif du télescope et un dispositif photodétecteur 3 placé dans le plan image du télescope. Cet ensemble et les équipements de commande et de contrôle associés sont embarqués sur un engin ou véhicule aérien ou spatial
(non représenté) se déplaçant sur une trajectoire autour de la terre dont une partie de la surface est représentée par la ligne T. La flèche V symbolise
le sens de déplacement de l'engin porteur.
Le télescope 1, de champ angulaire faible, comporte les organes adéquats pour produire plusieurs canaux images matériellement séparés et
de bandes spectrales distinctes. Il est dirigé pour observer la surface de la terre réfléchie
par le miroir 2.
Le. miroir 2 est monté sur un axe de rotation 4 non contenu dans son plan et non perpendiculaire à ce plan. Dans le mode de réalisation le plus simple, cet axe est parallèle à la direction du mouvement de l'engin, porteur. Dans un autre mode de réalisation, cet axe fait, dans le plan horizontal, un angle bêta avec la direction du mouvement de l'engin porteur. Un dispositif mécanique de balayage imprime au miroir un mouvement de rotation périodique autour dudit axe 4 à une vitesse prédéterminée de manière à couvrir le champ d'observation voulu a dans la direction transversale au déplacement de l'engin porteur.
Ce balayage produit ainsi un défilement apparent transversal de chaque point image. La
flèche Vi indique le sens de ce défilement apparent .
Le dispositif photodétecteur 3 comprend, pour chaque canal image, plusieurs éléments photodétecteurs disposés en sorte de former plusieurs lignes détectrices 31 parallèles à la direction de défilement apparent des points images. Cette direction peut avantageusement
être rendue perpendiculaire à l'image de la
trace au sol de l'engin porteur. Pour ce faire, l'axe 4 du miroir de balayage 2 doit être incliné d'un certain angle bêta dans le plan horizontal par rapport à la direction du déplacement de l'engin porteur, cet angle bêta étant fonction à la fois de la vitesse de 1' engin et de la vitesse de balayage. Chaque
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tué par un dispositif qui engendre un signal de détection électrique lorsqu'il est irradié par un faisceau image. Un moyen d'excitation est associé aux éléments détecteurs afin de transférer le signal de détection de chaque élément au suivant le long de chaque ligne détectrice 31 à une vitesse égale à la vitesse de défilement apparent du point image;
le signal de détection de chaque élément s'ajoute ainsi au signal constitué par accumulation sur l'élément précédent de la ligne et l'on obtient alors à l'extrémité de chaque ligne détectrice un signal intégré qu'il ne reste plus qu'à recueillir par l'intermédiaire d'un moyen de lecture apporprié.
Chaque ligne détectrice est avantageusement constituée par un dispositif à transfert de charge, dispositif connu en soi, connecté à un circuit d'excitation destiné à contrôler le transfert des charges.
La figure 2 représente un exemple de mode de réalisation pour excitation à trois phases. Le nombre n de phases pourrait évidemment être supérieur à trois. Les dispositifs à transfert de charge sont montés pour former une plaque 32 dont une face est tournée pour être irradiée par le faisceau image I du télescope. Sur la face opposée de la plaque 32 sont superposées trois grilles isolées 33, 34, 35 auxquelles sont appliquées par les lignes 36, 37 et 38
des impulsions récurrentes pour contrôler le transfert des charges le long de chaque ligne détectrice. Les impulsions appliquées aux trois grilles sont déphasées de 120[deg.] les unes par rap-
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des lignes détectrices sont connectées à un dispositif de multiplexage qui peut être réalisé de diverses manières. Un mode d'exécution est représenté à la figure 3. Un dispositif à transfert de charge 42 est disposé à l'extrémité des lignes détectrices, transversalement à la direction de ces lignes. A ce dispositif est associé un dispositif d'excitation formé par les trois sections 43, 44, 45 ajoutées aux grilles 33, 34 et 35 respectivement pour assurer le transfert des charges accumulées en bout des lignes détectrices vers la ligne de
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de sortie multiplex. Pour réaliser le multiplexage des signaux de sortie des dispositifs photodétecteurs des différents canaux spectraux par intercalation temporelle, chaque dispositif photodétecteur peut comporter encore un dispositif de retard, par exemple un dispositif à transfert de charge supplémentaire (non représenté),
pour retarder le signal d'un laps de tend propre prédéterminé.
Les paramètres conditionnant le fonction-:
nement de l'instrument suivant l'invention sont l'orientation de l'axe de rotation du miroir
de balayage par rapport à la direction du déplacement de l'engin porteur, la vitesse angulaire du miroir de balayage, l'orientation des lignes détectrices et la vitesse de transfert
du signal de détection le long de chaque ligne détectrice. Les valeurs de ces paramètres sont choisies de telle façon que l'image d'un point
du paysage observé parcoure une ligne détectrice rigoureusement à la même vitesse que le mouvement de transfert du signal de détection vers l'organe de lecture. Pour assurer cette égalité, et la conformité des orientations, différents moyens peuvent être prévus. Ces moyens impliquent tous l'ajustement de la vitesse angulaire du miroir et celui de la vitesse de transfert du signal de détection. Des moyens supplémentaires peuvent être prévus pour ajuster l'orientation de l'axe de rotation du miroir ou celle des dispositifs photodétecteurs dans leur propre
plan.
Comme représenté à la figure 4, un dispositif photodétecteur supplémentaire 5 peut
être associé au dispositif photodétecteur 3
.
d'un canal spectral quelconque pour permettre le réglage continu de la vitesse de balayage du miroir et de la vitesse de transfert des signaux de détection. Ces deux photodétecteurs 3 et 5 sont situés dans un même plan de telle manière que leurs lignes détectrices correspondantes se trouvent dans le prolongement l'une de l'autre.
Aux sorties de ces deux photodétecteurs 3 et 5 sont connectées les entrées 61 et 62 d'un dispositif corrélateur 6 afin dévaluer l'identité ou la non-identité des signaux engendrés successivement dans les lignes homologues des deux photodétecteurs, en déduire l'écart angulaire instantané entre la direction commune des lignes et la direction du déplacement apparent de l'image. La mesure de cet écart E est utilisée pour régler la vitesse de balayage du miroir et la vitesse de transfert de charges électriques
le long des lignes détectrices.
Des moyens pourraient également être prévus pour régler la position angulaire des lignes détectrices dans le plan de chaque dispositif photodétecteur.
Dans l'instrument suivant l'invention, grâce à l'utilisation de faisceau:étroits, le nombre d'éléments résolus dans la largeur du champ d'observation, transversale à la direc-
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mentionné à propos des appareils des types
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alors possible de combiner une résolution géo-métrique élevée à une plus grande sensibilité de détection, et cela pour une largeur de champ transversal aussi étendue que l'on veut grâce au réglage de l'amplitude angulaire du balaye e. Cet instrument permet d'obtenir à partir d'un satellite une résolution géométrique dans le visible et le proche infrarouge:de l'ordre de
25 mètres, voire même 10 à 15 mètres, avec une couverture transversale allant jusqu'à quelque
10 à 15 degrés, soit une étendue transversale au sol de quelque 180 à 250 km pour une altitude de l'engin porteur de l'ordre de 800 km.
L'homogénéité spatiale de la sensibilité de détection, intrinsèque de l'appareil, toute considération de transparence atmosphérique étant écartée, est excellente et n'est affectée ni par la valeur de la résolution géométrique ni par celle de l'étendue angulaire du champ transversal. Cette qualité est obtenue par la combinaison des deux dispositions :
balayage d'un télescope à champ étroit dans une étendue angulaire plus large,-et addition des signaux issus, pour la même luminance objet, d'un grand nombre de détecteurs individuels..
Enfin, l'instrument suivant l'invention permet de prévoir une surabondance de canaux spectraux étroits spécifiques d'applications variées, par exemple en combinant un grand nombre de canaux dans le spectre visible et
du proche infrarouge et quelques canaux dans le spectre de l'infrarouge moyen et thermique. Cet instrument permet également des modes d'observation hybrides pour produire un ensemble de données qui serait inconcevable avec n'import,. quel autre instrument actuellement connu. Il serait par exemple possible avec l'instrument suivant l'invention d'obtenir une très haute résolution géométrique dans un certain nombre
de canaux spécifiques avec une sensibilité élevée et une résolution géométrique modérée dans quelques autres canaux spectraux avec une très bonne sensibilité, et tout cela pour un champ transversal d'étendue voulue.
En conclusion, il est clair que l'instrument suivant l'invention permet d'effectuer des observations non seulement avec des performances améliorées par rapport à celles des instruments connus,mais également avec une grande souplesse pour nuancer la pondération des performances
les unes par rapport aux autres dans des applications variées.
OPTICAL OBSERVATION INSTRUMENT
The present invention relates to an optical observation instrument intended to be carried on board an airplane or an automatic satellite for observing the earth.
The technological constraints which weigh on the production of instruments of this type, as well as the operating conditions and in particular the high speed of the carrier vehicles cause practical limitations in their performance.
The different known types of optical observation instruments achieve different specific compromises between the four main performances, which are:
1) the spectral resolution, that is to say the number of
independent spectral channels in a given total spectral width,
2) the geometric resolution, measured by the inverse of
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3) the radiometric resolution, i.e. the ratio
signal to noise of the individual measurement of each picture element for each spectral channel,
4) the maximum angular value of the transverse field
covered by the observation instrument.
A first type of known instrument is constituted by traditional cameras. These devices instantly form a two-dimensional image of the observed landscape. A regular succession of such images, with or without overlap, constitutes the coverage assigned to the mission. These apparatuses use photographic processes or television shooting processes.
The disadvantages of these devices are: a) the extremely low practical use of the theoretically available exposure time during the overflight, and consequently the alternative limitation of the spectral resolution or of the radiometric resolution; b) the difficulty of rigorously superimposing several synchronous images, obtained by extensive and necessarily distinct devices working in different spectral channels ;. c) the practical limitation of the geometric resolution due to the generally large size of the required angular field; d) the practical limitation of the angular opening of the telescope required to respect a certain field and a certain resolution; this limitation produces
in turn a limitation of sensitivity.
A second type of known instrument is the multispectral mechanical scanning sensor. This device comprises a mirror placed in front of the objective of a telescope, this mirror being driven in a periodic rotary movement so that the sighting axis moves so as to cover the width of the required transverse field. Several photoelectric detectors of very small dimensions, practically punctual, are placed in the image plane of the telescope to generate electrical signals proportional to the irradiation, each detector being associated with a spectral channel.
An improvement of this type of device consists
in placing, in each spectral channel, not one but several detectors forming a bar perpendicular to the scanning lines. This improvement makes it possible, by scanning several lines at the same time, to reduce the scanning speed of the mirror, and hence to increase the exposure time of each picture element in each spectral channel.
Le.s sensors of this kind make it possible to obtain a high geometric resolution, in an angular field as wide as one wishes, and to achieve the synchronism of the detection of the different spectral luminances of the same element of the observed scene. They have as major drawbacks a poor use of the theoretically available light energies, and an alternative limitation of the spectral resolution or
radiometric resolution.
A third type of instrument is the sensor
called "push-broom". It comprises a linear photodetector device placed perpendicular to the satellite track so as to allow simultaneous exposure of a whole line of coverage. This detector is normally a charge transfer device, which allows rapid and sequential reading of the different elements of the line by a
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good use of incident light energies, due to the multiplicity of sensitive elements
(each element of resolution is detected during the entire duration of its flight).
The disadvantages of this type of sensor are: <EMI ID = 4.1>
metric, the angular extent of the transverse field covered and the aperture of the Instrument, as in the case of ordinary cameras; this constraint is inherent in the laws which govern the construction of optical instruments of the shooting chamber type, and has the effect of limiting to a figure of the order of 3000 the number of resolved elements of the same row; this sensor therefore sacrifices the geometric resolution in favor of the width of the observed band, or else restricts the latter to ensure high resolution.
b) the inhomogeneities of the gains and of the noises of the various detector elements along the line, inhomogeneities requiring a preprocessing subject to the signal and a complex calibration.
A known improvement of this type of device consists in having several parallel and contiguous rows of detector elements instead of a single row, these rows being arranged so that the elements of the same row in each of these rows, aligned perpendicularly to these rows, and therefore parallel to the apparent movement of the image, are coupled together by transfer of charge, the speed of the latter being set equal to that of the
<EMI ID = 5.1>
by the corresponding aligned detector elements are thus accumulated as they pass through successive rows. The sensitivity of the apparatus is thus increased but the embodiment remains of limited application because it does not resolve the problem mentioned above of the compromise between the geometric resolution and the width of the transverse field covered. In addition
this improvement does not allow observation in thermal infrared and finally it raises the problem of residual defects in the yaw control of the carrier vehicle.
The invention relates to a new type of observation instrument in which the compromise mentioned above is resolved and in which, in general, all of the main performances defined above are improved to a significant extent. The instrument according to the invention is distinguished in particular by the combination of a high detection sensitivity and a high geometric resolution.
The subject of the invention is also an optical observation instrument endowed with a great spatial homogeneity of the sensitivity, which allows an overabundance of narrow spectral channels specific to various applications in the visible spectra: and. near infrared, and which also allows easy integration of means allowing operation in medium and thermal infrared, under ordinary conditions of sensitivity.
The observation instrument according to the invention
<EMI ID = 6.1>
nels to irradiation.
According to the invention, this instrument is characterized by the combination of an optical device consisting of a telescope with several spectral channels, of narrow angular field, of a mirror placed in front of the objective of the telescope in order to reflect towards it. the incident light beam, and a mechanical scanning device for imparting to the mirror a periodic rotational motivation at a predetermined speed so that each image point has in the clouding plane an apparent scroll in a transverse direction
the direction of movement of the carrier vehicle and of a photodetector device consisting, for each spectral channel, of several photodetector elements arranged so as to form several detector lines parallel to the direction of apparent movement of the image point in the image plane, an electrical excitation means connected so as to transfer the detection signal generated by each element to the next
along each detector line at equal speed
at the speed of the apparent scrolling of the image point, and of a reading means connected to pick up the electrical signal accumulated at the end of each detector line.
In order to ensure the adjustments of the scanning speed of the mirror and that of the transfer of the detection signals, the instrument according to the invention also comprises on the one hand an additional photodetector device which can be associated with the photodetector device of a any spectral channel,
these two photodetector devices being located in the same plane such that their respective detector lines are in the continuation of each other
others, and on the other hand a correlator device having a first input connected to the output of a
photodetector devices and a second input connected to the output of the other photodetector device so as to evaluate the identity or non-identity of the signals generated successively in the homologous lines of the two detector devices, to deduce therefrom the instantaneous angular deviation between the direction of the lines and the direction of the apparent displacement of the image, this difference finally providing the signal which makes it possible to adjust the two aforementioned speeds.
An embodiment of the instrument according to the invention will be described below by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings in which:
- Figure 1 is a schematic drawing showing, in exploded view and in perspective, the essential components of the instrument according to the invention;
FIG. 2 schematically illustrates an embodiment of the photodetector device;
- Figure 3 schematically illustrates a variant of the embodiment of Figure 2;
FIG. 4 is a diagram illustrating an option for ensuring the continuous adjustment of the speed of the optical scanning and the speed of transfer of the photodetection signal from one element of the photodetector to the next element in the mode of execution of the figure 2.
As can be seen in FIG. 1, the instrument according to the invention essentially comprises a telescope 1, a mirror 2 placed in front of the objective of the telescope and a photodetector device 3 placed in the image plane of the telescope. This assembly and the associated command and control equipment are on board an air or space vehicle or vehicle.
(not shown) moving on a trajectory around the earth, part of the surface of which is represented by the line T. The arrow V symbolizes
the direction of movement of the carrier vehicle.
The telescope 1, with a low angular field, has the appropriate components to produce several materially separate image channels and
distinct spectral bands. It is directed to observe the surface of the earth reflected
through the mirror 2.
The. mirror 2 is mounted on an axis of rotation 4 not contained in its plane and not perpendicular to this plane. In the simplest embodiment, this axis is parallel to the direction of movement of the vehicle, carrier. In another embodiment, this axis makes, in the horizontal plane, an angle beta with the direction of movement of the carrier vehicle. A mechanical scanning device imparts to the mirror a periodic rotational movement around said axis 4 at a predetermined speed so as to cover the desired field of observation a in the direction transverse to the movement of the carrier vehicle.
This scanning thus produces an apparent transverse scrolling of each image point. The
arrow Vi indicates the direction of this apparent scrolling.
The photodetector device 3 comprises, for each image channel, several photodetector elements arranged so as to form several detector lines 31 parallel to the direction of apparent movement of the image points. This direction can advantageously
be made perpendicular to the image of the
ground track of the carrier vehicle. To do this, the axis 4 of the scanning mirror 2 must be inclined by a certain angle beta in the horizontal plane with respect to the direction of movement of the carrier vehicle, this angle beta being a function of both the speed of the machine and the sweep speed. Each
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killed by a device which generates an electrical detection signal when irradiated by an image beam. Excitation means are associated with the detector elements in order to transfer the detection signal from each element to the next along each detector line 31 at a speed equal to the speed of apparent movement of the image point;
the detection signal of each element is thus added to the signal formed by accumulation on the previous element of the line and an integrated signal is then obtained at the end of each detection line which only remains collect through a suitable reading medium.
Each detector line is advantageously constituted by a charge transfer device, a device known per se, connected to an excitation circuit intended to control the transfer of charges.
FIG. 2 shows an exemplary embodiment for three-phase excitation. The number n of phases could obviously be greater than three. The charge transfer devices are mounted to form a plate 32, one face of which is turned to be irradiated by the image beam I of the telescope. On the opposite face of the plate 32 are superimposed three isolated grids 33, 34, 35 to which are applied by lines 36, 37 and 38
recurring pulses to control the transfer of charges along each detector line. The pulses applied to the three grids are out of phase by 120 [deg.] With respect to each other.
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detector lines are connected to a multiplexing device which can be implemented in various ways. One embodiment is shown in Figure 3. A charge transfer device 42 is disposed at the end of the detector lines, transverse to the direction of these lines. With this device is associated an excitation device formed by the three sections 43, 44, 45 added to the grids 33, 34 and 35 respectively to ensure the transfer of the charges accumulated at the end of the detector lines to the control line.
<EMI ID = 9.1>
multiplex output. To multiplex the output signals of the photodetector devices of the different spectral channels by temporal intercalation, each photodetector device can also include a delay device, for example an additional charge transfer device (not shown),
to delay the signal by a predetermined self-tending period.
The parameters conditioning the function:
nement of the instrument according to the invention are the orientation of the axis of rotation of the mirror
scanning relative to the direction of carrier travel, the angular velocity of the scanning mirror, the orientation of the detector lines and the transfer speed
of the detection signal along each detector line. The values of these parameters are chosen such that the image of a point
of the observed landscape traverses a detecting line strictly at the same speed as the movement of transfer of the detection signal to the reading member. To ensure this equality, and the conformity of the orientations, various means can be envisaged. These means all involve the adjustment of the angular speed of the mirror and that of the transfer speed of the detection signal. Additional means may be provided to adjust the orientation of the axis of rotation of the mirror or that of the photodetector devices in their own.
plan.
As shown in Figure 4, an additional photodetector device 5 can
be associated with photodetector device 3
.
any spectral channel to allow continuous adjustment of the mirror scan speed and detection signal transfer rate. These two photodetectors 3 and 5 are located in the same plane so that their corresponding detector lines are in the extension of one another.
To the outputs of these two photodetectors 3 and 5 are connected the inputs 61 and 62 of a correlator device 6 in order to evaluate the identity or the non-identity of the signals generated successively in the homologous lines of the two photodetectors, to deduce therefrom the angular deviation snapshot between the common direction of the lines and the direction of the apparent displacement of the image. The measurement of this deviation E is used to adjust the scanning speed of the mirror and the speed of transfer of electric charges.
along the detector lines.
Means could also be provided for adjusting the angular position of the detector lines in the plane of each photodetector device.
In the instrument according to the invention, thanks to the use of the beam: narrow, the number of elements resolved in the width of the field of observation, transverse to the direction
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<EMI ID = 11.1>
mentioned about devices of the types
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it is then possible to combine a high geometrical resolution with a greater detection sensitivity, and this for a transverse field width as wide as one wishes thanks to the adjustment of the angular amplitude of the sweep e. This instrument makes it possible to obtain, from a satellite, a geometric resolution in the visible and near infrared: of the order of
25 meters, or even 10 to 15 meters, with transverse coverage of up to some
10 to 15 degrees, ie a transverse extent on the ground of some 180 to 250 km for an altitude of the carrier vehicle of the order of 800 km.
The spatial homogeneity of the detection sensitivity, intrinsic to the device, any consideration of atmospheric transparency being set aside, is excellent and is not affected neither by the value of the geometric resolution nor by that of the angular extent of the transverse field. . This quality is obtained by the combination of the two provisions:
scanning a narrow-field telescope in a wider angular range, -and adding the signals from, for the same object luminance, a large number of individual detectors.
Finally, the instrument according to the invention makes it possible to provide an overabundance of narrow spectral channels specific to various applications, for example by combining a large number of channels in the visible spectrum and
near infrared and some channels in the mid and thermal infrared spectrum. This instrument also allows hybrid modes of observation to produce a set of data that would be inconceivable with any import. what other currently known instrument. It would for example be possible with the instrument according to the invention to obtain a very high geometric resolution in a certain number
specific channels with high sensitivity and moderate geometric resolution in a few other spectral channels with very good sensitivity, and all this for a transverse field of desired extent.
In conclusion, it is clear that the instrument according to the invention makes it possible to carry out observations not only with improved performance compared to those of known instruments, but also with great flexibility to qualify the weighting of the performances.
relative to each other in a variety of applications.