La présente invention concerne un appareil de conversion d'image, par exemple pour fournir une image visible d'un champ de radiations infra-rouges.
Selon l'invention, l'appareil de conversion d'image est caractérisé par deux éléments supports déplaçables l'un par rapport à l'autre et pourvus d'ouvertures de transmission de radiations, ces ouvertures étant agencées de manière à former une intersection optique des moyens pour provoquer un mouvement relatif desdits éiéments supports de manière que l'intersection optique des ouvertures balayent un champ visuel, et un détecteur de radiations agencé pour recevoir des radiations venant du champ visuel à travers l'intersection optique desdites ouvertures.
Des formes d'exécution de l'invention seront expliquées en détail dans la description qui va suivre, avec référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple.
La fig. 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un appareil suivant l'invention;
la fig. 2 est une vue en perspective de l'appareil de la fig. 1 partiellement démonté;
la fig. 3 est une coupe schématique d'une partie de l'appareil des fig. 1 et 2, prise selon la ligne III-III de la fig. 1;
la fig. 4 est une coupe schématique correspondant à la fig. 3, un autre mode de réalisation selon l'invention;
les fig. 5 et 6 sont des schémas généraux de différents circuits électriques destinés aux appareils des fig. précédentes:
:
la fig. 7 est une coupe schématique, correspondant à la fig. 4. d'un autre mode encore de réalisation de l'appareil selon l'invention;
la fig. 8 est une coupe schématique, correspondant à la fig. 3, d'un autre appareil selon l'invention, et
la fig. 9 est une coupe schématique d'un autre mode de réalisation de l'appareil selon l'invention.
La caméra représentée aux fig. 1 à 3, comporte un boitier 6 muni d'un prolongement tubulaire creux 8 dans lequel est monté un moteur actionné par air comprimé, l'air comprimé étant amené par un tuyau 10 et une vanne de commande 12.
L'arbre du moteur pneumatique comporte une goupille 14 qui s'accouple à une fente 16 formée à l'extrémité d'un prolongement 17 fixée rigidement à un tambour 18.
Le tambour 18 a la forme d'un cylindre creux ouvert à une extrémité, et il est monté à rotation par son intérieur sur un palier porté par une colonnette centrale 20 faisant saillie vers le bas (fig. 3), fixée rigidement sous une plaque supérieure 22, elle-même fixée au boîtier 6 au moyen de vis espacées le long de la circonférence. La paroi courbe du tambour 18 comporte un certain nombre de fentes 23 dirigées axialement et disposées à intervalles réguliers.
Un trou circulaire est percé dans une partie de la paroi circulaire du boîtier 6, et un encadrement 24 ajouré contenant une lentille (non représentée) recevant les radiations provenant de la scène observée, est fixé en ce point à l'extérieur de la paroi du boîtier. A l'intérieur de la paroi, est fixée une mince bande opaque 26 (fig. 2) dans laquelle est ménagée une fente 28 étroite, se prolongeant sur tout le diamètre du trou de la paroi du boîtier. La lentille montée dans l'encadrement 24 concentre les radiations sur la surface du tambour 18.
Un détecteur 32 sensible aux radiations, d'un type agencé de manière à faire varier un paramètre électrique dans un circuit en fonction des radiations reçues, est monté dans un alésage 34 de la colonnette 20 et aligné sur un trou radial 35 (représenté en pointillés à la fig. 3), percé dans la paroi de la colonnette et débouchant dans l'alésage 34. Le trou 35 contient une lentille ou un guide cônique poli (non représenté) et il est aligné avec les ouvertures circulaires de la paroi du boîtier 6 et de l'encadrement 24. Les connexions électriques avec le détecteur 32 passent dans l'alésage 3e et dans un trou 36 percé dans la plaque supérieure 22.
Le détecteur 32, peut être, par exemple, photo-voltaïque ou photo-résistant et il est connecté électriquement à un circuit convenable tel que celui qui sera décrit en détails ci-après en regard des fig. 5 et 6, de manière à commander l'intensité du faisceau d'électrons d'un tube à rayons cathodiques.
Une cellule photo-électrique 37 séparée, sensible à la lumière (fig. 2), est logée dans un trou borgne axial de la paroi circulaire du boîtier 6 et sa zone sensible est aligné sur un trou radial 38 qui traverse une partie de la paroi du boîtier 6 pour déboucher dans le trou borgne. Le trou 38 est placé près d'une extrémité de la fente 28 de la bande 26 et il est aligné avec une lampe 40 qui est fixée sur la plaque supérieure 22 du boîtier de manière à se trouver à l'intérieur de la paroi circulaire du tambour 18. Les connexions électriques (non représentées) avec la cellule photo-électrique 37 et la lampe 40 passent dans le trou 36 (fig. 3) de la plaque supérieure 22 et sont connectées de manière à commander la base de temps d'un tube à rayons cathodiques, par l'intermédiaire de circuits convenables (non représentés).
En fonctionnement. l'appareil est placé de manière que l'encadrement 24 ajouré soit tourné vers la scène à observer.
Le tambour 18 est ensuite mis en rotation au moyen du moteur pneumatique placé dans le prolongement 8 du boîtier, à une vitesse commandée par la vanne 12. Les fentes 23 disposées axialement sur le tambour 18 passent donc successivement devant la fente 28 depuis une extrémité de cette dernière jusqu'à l'autre. Une très petite ouverture est donc formée à l'intersection de la fente 28 avec chacune des fentes 23 et cette ouverture se déplace devant le champ de vision, d'une extrémité de la fente 28 jusqu'à l'autre. Les radiations concentrées sur la surface du tambour par la lentille montée dans l'encadrement 24 traversent cette très petite ouverture et sont ensuite concentrées par la lentille ou le guide monté dans le trou 35, et tombent sur le détecteur 32 monté au centre.
Le signal de sortie du détecteur varie donc en fonction de l'intensité des radiations qui le frappent et il module, de manière correspondante, l'intensité du faisceau d'électrons du tube à rayons cathodiques afin de produire sur son écran une image de radiations de la scène observée. L'appareil effectue en réalité un balayage linéaire de la scène observée. La cellule photo-électrique 37 délivre un signal au moment où chaque fente 23 commence à passer devant la fente 28, et ce signal peut être utilisé pour synchroniser la base de temps du tube à rayons cathodiques.
Si le détecteur 32 est sensible aux radiations infra-rouges invisibles par l'oeil humain, l'appareil décrit peut servir d'instrument portatif par exemple pour observer une maison enfumée afin de localiser des points chauds qui pourraient se révéler comme sources de feu.
Selon une variante de l'appareil, représenté sur la fig. 4, (dans laquelle les éléments correspondant à ceux de la fig. 3 portent les mêmes références numériques) le tambour 18 du mode de réalisation décrit en référence aux fig. 1 à 3 est remplacé par deux tambours 50 et 52 montés concentriques dans le boîtier 6. Ces deux tambours ont la même forme générale que le tambour 18 et le tambour extérieur 50 comporte des fentes axiales 53 correspondant aux fentes 23 (voir fig. 3) du tambour 18. Mais le tambour intérieur 52 comporte, dans sa paroi circulaire, un certain nombre de fentes 54 disposées suivant un angle de 45 par rapport à l'axe des tambours. Le tambour extérieur 50 comporte un tourillon 56 prolongé par un tube axial 58.
La périphérie externe du tourillon 56 est montée à rotation dans un coussinet 59 placé dans un trou ménagé dans le fond du boîtier 6. La périphérie interne du tourillon 56 supporte le tambour intérieur 52 auquel est fixé rigidement un arbre 60 qui passe, avec un jeu, dans le tube 58.
L'intérieur du tambour 52 est positionné par un palier supporté par la colonnette 20.
Le tube 58 et l'arbre 60 sont accouplés au moyen de pignons 62, 64, 65, 66, de manière que le tambour extérieur 50 tourne à une vitesse égale à une fraction (1/50 par exemple) de la vitesse du tambour intérieur 52 et ces tambours sont entraînés par un moteur 68 qui peut être par exemple un moteur électrique synchrone.
L'appareil représenté à la fig. 4 ne comporte pas la bande 26 ni la fente 28 placée devant l'ouverture circulaire de la paroi du boîtier 6.
Comme ci-dessus, l'appareil comporte une lentille dans l'encadrement ajouré 24 et une lentille ou un guide poli dans le trou 35.
Comme dans le cas de l'appareil représenté aux fig. 1 à 3, le détecteur 32 de l'appareil de la fig. 4 est connecté électriquement à des circuits convenables, tels que ceux qui seront décrits en référence aux fig. 5 et 6, de manière à commander l'intensité du faisceau d'électrons d'un tube à rayons cathodiques, et la cellule photo-électrique 37 est connectée de manière à commander la base de temps du tube à rayons cathodiques.
En fonctionnement, les tambours 50 et 52 sont mis en rotation par le moteur 68. A l'intersection de chaque fente 54 avec une fente correspondante 53, une très petite ouverture est formée, sur laquelle les radiations provenant de la scène observée sont concentrées par la lentille de l'encadrement 24 si l'ouverture est placée en alignement avec le trou circulaire de la paroi du boîtier 6 et de l'encadrement 24. Ces radiations traversent l'ouverture et sont concentrées par la lentille ou le guide du trou 35 sur le détecteur 32. Lorsque le tambour intérieur se déplace par rapport au tambour extérieur (de manière que la fente inclinée 54 se déplace par rapport à la fente axiale 53), la très petite ouverture se déplace dans une direction générale axiale dans le champ visuel.
Il sera supposé que le sens de rotation du tambour 52 est tel que l'ouverture se déplace vers le bas, vu sur la fig. 4. Pendant ce mouvement axial descendant, l'ouverture se déplace également très lentement dans une direction perpendiculaire en raison de la rotation lente du tambour extérieur 50. Lorsque l'ouverture a atteint la limite inférieure extrême de son mouvement axial, la fente inclinée 54 suivante commence à traverser le champ de vision et coupe la fente axiale 53 à son extrémité supérieure de manière à former une autre très petite ouverture qui se déplace axialement vers le bas dans le champ visuel, comme précédemment. Ce processus se répète continuellement et le résultat en est qu'une très petite ouverture forme une série de lignes de balayage sensiblement parallèles recouvrant le champ visuel.
Une trame de balayage est terminée lorsque la fente axiale 53 a entièrement traversé le champ visuel, la trame de balayage suivante commençant à l'arrivée de la fente axiale 53 suivante.
Pendant ce processus de balayage, le détecteur 32 module l'intensité du faisceau d'électrons du tube à rayons cathodiques en fonction de l'intensité des radiations qui passent dans la très petite ouverture et l'écran montre donc une représentation vidéo du champ balayé par l'appareil. La cellule photo-électrique 37 est positionnée de manière à délivrer son signal au commencement de chaque trame de balayage, c'est-à-dire lorsque chaque fente 53 axiale commence à passer devant le champ visuel, l'intersection avec la fente inclinée 54 étant placée à ce moment dans une position telle que la très petite ouverture formée se trouve à l'extrémité supérieure extrême de la fente axiale 53. Ce signal provenant de la cellule photoélectrique peut donc être utilisé pour synchroniser la base de temps du tube à rayons cathodiques avec chaque trame de balayage de l'appareil.
Au lieu de cette disposition, une lampe peut être montée entre les tambours 50, 52 de manière à coopérer avec deux cellules photo-électriques montées respectivement à l'extérieur du tambour extérieur 50 et à l'intérieur du tambour intérieur 53 par l'intermédiaire des fentes ménagées dans ce tambour; les cellules photo-électriques sont agencées de manière à synchroniser le tube à rayons cathodiques avec chaque ligne de balayage et avec chaque trame de balayage de l'appareil.
Le nombre de lignes par trame et le nombre de trames par seconde de l'appareil peuvent être réglés en modifiant les vitesses relatives des tambours intérieur et extérieur 50 et 52 et les dimensions et positions relatives des fentes.
Si l'accouplement par engrenages entre les tambours 50 et 52 est tel que la vitesse du tambour intérieur n'est pas un multiple entier de la vitesse du tambour extérieur, un balayage entrelacé peut être produit. Par exemple, si le tambour extérieur 50 tourne à 1/25,5 de la vitesse du tambour intérieur 52, (au lieu de 1/50 indiqué dans l'exemple donné ci-dessus) les lignes de chaque trame seront entrelacées avec les lignes de la trame précédente, donnant un total de 51 lignes pour deux trames successives.
Le type du détecteur 32 utilisé dans une forme quelconque d'appareil décrit dépend de la longueur d'onde des radiations à détecter. Le détecteur peut avoir à réagir aux radiations infrarouges, auquel cas un serpentin d'arséniure d'indium, par exemple, peut être utilisé; dans ce cas, l'appareil peut comporter un dispositif de refroidissement d'un type convenable.
Dans un autre exemple, le détecteur peut consister en une cellule sensible aux radiations ultraviolettes et de même, pour n'importe quelle autre longueur d'onde, un détecteur convenable peut être choisi.
La fig. 5 représente un mode de réalisation d'un circuit qui peut être utilisé avec une forme quelconque d'appareil décrit.
Dans ce circuit, le signal de sortie du détecteur 32 est amplifié par un préamplificateur 70 et un amplificateur 72 et appliqué à un modulateur 74 dans lequel il module le signal de sortie d'un oscillateur 76 à haute fréquence. Le signal de sortie modulé provenant du modulateur 74 est ensuite appliqué au circuit de commande Z 77 du tube à rayons cathodiques 78 afin de commander l'intensité de son faisceau d'électrons. Le signal de sortie provenant de la cellule photo-électrique 37 est connecté aux circuits de déclenchement X et Y 79 du tube à rayons cathodiques de manière à en synchroniser la base de temps.
La fig. 6 représente un autre circuit qui peut être utilisé avec une forme quelconque d'appareil décrit ci-dessus et il comporte un amplificateur hacheur 80 à haute fréquence (fonctionnant dans la plage du mégacycle par exemple) qui découpe directement le signal de sortie provenant du détecteur 32. Le signal amplifié et découpé est alors appliqué aux circuits 77 de commande Z du tube à rayons cathodiques 78 et il est utilisé pour commander l'intensité de son faisceau d'électrons.
Comme ci-dessus, le signal provenant de la cellule photoélectrique 37 commande les circuits de déclenchement X et Y du tube à rayons cathodiques.
Au lieu de prévoir un amplificateur hacheur 80 pour découper le signal de sortie provenant du détecteur 32, le détecteur peut produire directement un signal de sortie découpé en réalisant les fentes de l'un ou des deux tambours sous forme de rangées de perforations. L'expression ouverture allongée désigne ici aussi bien des fentes que des rangées de perforations comme le permet le contexte.
Au lieu des circuits représentés sur les fig. 5 et 6, il est possible d'utiliser un amplificateur vidéo pour amplifier le signal de sortie du détecteur 32 et pour attaquer un tube à rayons cathodiques du type télévision. Le signal de sortie de la cellule photo-électrique 37 (ou des deux cellules photo-électriques proposées en remplacement dans l'appareil de la fig. 4) peut, au lieu de servir à synchroniser la base du temps du tube, servir à produire un signal en dents de scie répété qui com mande les amplificateurs X et Y du tube.
Des circuits basculeurs de Schmitt ou autre peuvent être introduits dans les circuits entre le détecteur et le tube de manière que l'image n'apparaisse sur le tube que lorsque les radiations qui atteignent le détecteur 32 se trouvent entre des limites supérieure et inférieure.
Si on le désire, la lentille logée dans l'encadrement 24 et la lentille ou le guide du trou 35 peuvent être supprimées de manière que l'appareil fonctionne sur le même principe qu'une chambre sans objectif. L'absence de lentille, miroirs ou autres, est particulièrement avantageuse dans le cas où l'appareil doit être sensible aux radiations infra-rouges ou ultraviolettes car des matériaux spéciaux doivent être utilisés pour des lentilles et autres destinées à ces radiations. En outre, le fonctionnement sans objectif élimine la nécessité d'une concentration, permet une grande profondeur de champ et une vision à grand angle sans complication majeure; cependant, il nécessite un détecteur sensible, ou un niveau élevé de radiations.
Les positions de la cellule photo-électrique 37 et de la lampe 40 peuvent être inversées.
Afin d'augmenter la longueur du trajet entre l'ouverture formée à l'intersection des fentes et le détecteur 32, et d'obtenir une meilleure adaptation entre la dimension de la zone sensible du détecteur et la dimension de l'image produite par l'ouverture, le détecteur 32 peut être monté à l'extrémité d'un prolongement axial du boîtier 6, les radiations étant dirigées sur le détecteur au moyen d'un miroir incliné ou autre réflecteur, placé au centre.
La fig. 7 montre une variante à l'appareil de la fig. 4 qui permet d'obtenir de cet appareil un affichage direct c'est-àdire évitant la nécessité d'un tube à rayons cathodiques ou autre. Sur la fig. 7, les éléments correspondant aux éléments de la fig. 4 portent les mêmes références. Dans l'appareil de la fig. 7, le détecteur 32 est positionné de manière légèrement différente (un peu en dehors de l'axe) comparée à l'appareil de la fig. 4, et une source lumineuse susceptible d'être modulée à haute fréquence, telle qu'une diode 90 à phosphure de gallium, et positionnée dans l'alésage 34 avec le détecteur 32.
La diode 90 est alignée sur un autre trou radial 92 (représenté en pointillés), et ce dernier est aligné avec une ouverture (non visible sur la fig. 7) qui est positionnée dans le boîtier 6 en un point diamétralement opposé au trou faisant face à l'encadrement 24 et en alignement avec un écran 94 de verre dépoli ou autre.
La sortie du détecteur 32 est connectée à un amplificateur 96 dont la sortie attaque la diode 90.
La fig. 7 ne montre pas le moteur d'entraînement 68 qui entraîne les pignons 62 à 66; ce moteur pourrait être placé d'une manière similaire à celle représentée sur la fig. 4 mais dans une position périphérique différente par rapport au boîtier 6.
En fonctionnement, le moteur 68 fait tourner les tambours 50 et 52 de la manière expliquée en référence à la fig. 4, les fentes 53 et 54 forment un balayage de trame sur la scène observée et les radiations qui proviennent de cette scène sont projetées sur le détecteur 32 de la manière précédemment décrite. Le signal de sortie électrique résultant du détecteur 32 est amplifié par l'amplificateur 96 et excite la photo-diode 90 de manière correspondante. La lumière produite par la diode 90 est alors projetée sur l'écran 94 de verre dépoli par l'intermédiaire des fentes qui se coupent 53 et 54; ces dernières font apparaître sur l'écran de verre dépoli un point lumineux qui trace un balayage de trame correspondant à celui de la scène observée.
L'écran 94 de verre dépoli montre donc une image optique de la scène observée, l'image étant bien entendu liée au type particulier de radiations auxquelles le détecteur 32 est sensible. Si le détecteur 32 est sensible aux radiations infrarouges, l'image sur l'écran 94 constitue un thermogramme de la scène observée. Si la source lumineuse 90 était susceptible de produire trois faisceaux de lumière de couleurs différentes en fonction de l'intensité du signal provenant de l'amplificateur 96, l'image projetée sur l'écran 94 constituerait un thermogramme coloré dont les différentes couleurs représenteraient les différents niveaux de radiations.
La fig. 8 représente un autre mode de réalisation de la caméra des fig. 1 à 3 et, sur cette figure, les éléments qui correspondent à ceux des fig. 1 à 3 portent les mêmes références. Dans la caméra de la fig. 8, le détecteur 32 est placé à l'extérieur du boîtier 6 et il est aligné avec l'ouverture de l'encadrement 24. Un miroir 98 est monté par tout moyen convenable (non représenté pour des raisons de clarté) de manière à être suspendu à l'intérieur du tambour 18 et à pouvoir osciller ou balancer suivant un mouvement de va-et-vient, (ce mouvement n'étant pas affecté par la rotation du tambour).
Ce mouvement oscillatoire est provoqué par un arbre d'entraînement 100 qui est couplé au miroir au moyen d'une boîte à engrenages 102. Un objectif convenable à lentille 104, représenté schématiquement, est disposé de manière à projeter, sur le miroir 98, la lumière provenant de la scène observée.
En fonctionnement, chaque fente 23 du tambour 18 passe devant la fente fixe 28 (fig. 2) lorsque le tambour 18 tourne et les radiations passant par l'ouverture formée à l'intersection de la fente 23 avec la fente 28 sont projetées sur le détecteur 32 au moyen d'un dispositif convenable à lentille monté dans l'encadrement 24. Lorsque le miroir 98 oscille, le point particulier de la scène observée et qui est projeté sur le détecteur 32, change continuellement. La rotation du tambour 18 et l'oscillation du miroir 98 se combinent donc pour produire un balayage de trame de la scène. Le détecteur 32 peut être connecté à l'un des circuits des fig. 5 et 6 afin de produire une image sur un tube à rayons cathodiques.
Le dispositif de la fig. 4, peut être modifié en plaçant un miroir à l'intérieur du tambour intérieur 52. Ce miroir peut être monté de manière généralement semblable à celle du miroir 98 du dispositif de la fig. 8 à l'exception près qu'il serait fixe par rapport au boîtier 6 et incapable d'osciller. Le détecteur 32 serait monté à l'extérieur de l'appareil comme dans la caméra de la fig. 8, et le miroir fixe réfléchirait sur le détecteur 32 les radiations provenant de la scène observée. Les tambours rotatifs 50 et 52 formeraient un balayage de trame de la scène de la manière décrite en référence à la fig. 4. Les appareils comportant un détecteur 32 à l'extérieur du boîtier et un miroir (fixe ou rotatif) à l'intérieur sont avantageux en ce qu'un dispositif optique de plus grande ouverture peut être plus facilement incorporé dans l'ensemble de la réalisation.
Le refroidissement du détecteur est également plus facile.
La fig. 9 montre un tel agencement qui combine également certaines caractéristiques de l'appareil de la fig. 7, les éléments de la fig. 9 correspondant à ceux des autres figures portant les mêmes références. Ainsi que le montre la fig. 9, l'appareil comporte deux tambours concentriques 50, 52 (les fentes 53 et 54 n'étant pas représentées sur figure pour des raisons de clarté). Les radiations venant du champ visuel sont reçues par le dispositif à lentille 104 comportant une lentille d'objectif 105 et elles sont réfléchies par un miroir fixe 120 vers la surface intérieure du tambour 52. Après avoir traversé la très petite ouverture définie par l'intersection entre les fentes des deux tambours, les radiations traversent une fenêtre 123 qui contient une lentille de champ 122, et tombent sur le détecteur 32.
Le signal produit par le détecteur 32 est amplifié par l'amplificateur 96 et commande la sortie lumineuse d'une lampe 90 à l'état solide, telle qu'une cellule à phosphure de gallium. Les connexions électriques provenant et allant vers l'amplificateur 96 n'ont pas été représentées sur la figure pour des raisons de clarté. La lampe 90 est montée fixe sur le boîtier 6 et la lumière qu'elle émet est réfléchie par un miroir fixe 124 vers la surface intérieure du tambour 52, en un point diamétralement opposé à la fenêtre 123. La lumière émise passe à travers la très petite ouverture définie par l'intersection des fentes 53 et 54, à une fenêtre 126 dans laquelle se trouve une lentille de champ 128, et elle est réfléchie par un miroir 130 vers une lentille d'oculaire 131 par l'intermédiaire d'un miroir semiargenté 132.
En outre, l'appareil comporte une lentille d'objectif 134 qui reçoit la lumière visible provenant de la scène observée par l'appareil, cette lumière atteignant à son tour la lentille d'oculaire 131 par le miroir semi-argenté 132 et le miroir argenté 136. Les lentilles 131 et 134 et les miroirs 130, 132 et 136 sont convenablement supportés par le boîtier 6 de l'appareil.
En supposant donc que le détecteur 32 est sensible aux radiations infra-rouges, l'opérateur voit par la lentille 131 une image montrant la scène vue par l'appareil et sur laquelle est superposée une image en infra-rouge de la même scène. Si la diode 90 est une diode à phosphure de gallium, elle émet une lumière de couleur rouge en réponse aux radiations infrarouges reçues par le détecteur 32 et les points chauds de la scène observée apparaîtront colorés en rouge sur l'image combinée que voit l'opérateur par la lentille 131. Par ce moyen, le pouvoir de résolution nécessaire de l'appareil est réduit. L'utilisation de la lentille 126 est plus avantageuse que celle de l'écran 94 en verre dépoli représenté sur la fig. 7 car ce dernier nécessite une intensité lumineuse élevée pour produire une image adéquate.
Le mécanisme qui entraîne les tambours 50 et 52 de l'appareil de la fig. 9 n'est pas représenté pour des raisons de clarté et pourrait être généralement le même que celui de l'appareil de la fig. 7.
The present invention relates to an image conversion apparatus, for example for providing a visible image of a field of infrared radiation.
According to the invention, the image conversion apparatus is characterized by two support elements movable relative to each other and provided with openings for transmitting radiation, these openings being arranged so as to form an optical intersection means for causing relative movement of said supporting members so that the optical intersection of the apertures scan a visual field, and a radiation detector arranged to receive radiation from the visual field through the optical intersection of said apertures.
Embodiments of the invention will be explained in detail in the description which follows, with reference to the accompanying drawings, given by way of example only.
Fig. 1 is a perspective view of an embodiment of an apparatus according to the invention;
fig. 2 is a perspective view of the apparatus of FIG. 1 partially disassembled;
fig. 3 is a schematic sectional view of part of the apparatus of FIGS. 1 and 2, taken along line III-III of FIG. 1;
fig. 4 is a schematic section corresponding to FIG. 3, another embodiment according to the invention;
figs. 5 and 6 are general diagrams of various electrical circuits intended for the devices of FIGS. previous ones:
:
fig. 7 is a schematic section, corresponding to FIG. 4. of yet another embodiment of the apparatus according to the invention;
fig. 8 is a schematic section, corresponding to FIG. 3, of another apparatus according to the invention, and
fig. 9 is a schematic sectional view of another embodiment of the apparatus according to the invention.
The camera shown in fig. 1 to 3, comprises a housing 6 provided with a hollow tubular extension 8 in which is mounted a motor actuated by compressed air, the compressed air being supplied by a pipe 10 and a control valve 12.
The shaft of the air motor has a pin 14 which mates with a slot 16 formed at the end of an extension 17 rigidly attached to a drum 18.
The drum 18 has the shape of a hollow cylinder open at one end, and it is rotatably mounted internally on a bearing carried by a central column 20 projecting downward (Fig. 3), rigidly fixed under a plate. upper 22, itself fixed to the housing 6 by means of screws spaced along the circumference. The curved wall of the drum 18 has a number of slits 23 directed axially and arranged at regular intervals.
A circular hole is drilled in a part of the circular wall of the housing 6, and a perforated frame 24 containing a lens (not shown) receiving the radiation from the observed scene, is fixed at this point outside the wall of the housing. housing. Inside the wall, is fixed a thin opaque strip 26 (Fig. 2) in which is formed a narrow slot 28, extending over the entire diameter of the hole in the wall of the housing. The lens mounted in the frame 24 concentrates the radiation on the surface of the drum 18.
A radiation sensitive detector 32, of a type arranged to vary an electrical parameter in a circuit as a function of the radiation received, is mounted in a bore 34 of the post 20 and aligned with a radial hole 35 (shown in dotted lines in fig. 3), drilled in the wall of the column and opening into the bore 34. The hole 35 contains a lens or a polished conical guide (not shown) and it is aligned with the circular openings of the wall of the housing 6 and the frame 24. The electrical connections with the detector 32 pass through the bore 3e and through a hole 36 drilled in the top plate 22.
The detector 32 can be, for example, photo-voltaic or photo-resistant and it is electrically connected to a suitable circuit such as that which will be described in detail below with reference to FIGS. 5 and 6, so as to control the intensity of the electron beam of a cathode ray tube.
A separate light sensitive photocell 37 (Fig. 2) is housed in an axial blind hole in the circular wall of the housing 6 and its sensitive area is aligned with a radial hole 38 which passes through part of the wall. of the housing 6 to emerge in the blind hole. Hole 38 is placed near one end of slot 28 in strip 26 and is aligned with a lamp 40 which is attached to top plate 22 of the housing so as to be inside the circular wall of the housing. drum 18. The electrical connections (not shown) with the photocell 37 and the lamp 40 pass through the hole 36 (fig. 3) of the top plate 22 and are connected so as to control the time base of a cathode ray tube, via suitable circuits (not shown).
Operating. the apparatus is placed so that the openwork frame 24 faces the scene to be observed.
The drum 18 is then rotated by means of the pneumatic motor placed in the extension 8 of the housing, at a speed controlled by the valve 12. The slots 23 arranged axially on the drum 18 therefore pass successively in front of the slot 28 from one end of the cylinder. the latter to the other. A very small opening is therefore formed at the intersection of the slit 28 with each of the slits 23 and this opening moves in front of the field of view, from one end of the slit 28 to the other. The radiation concentrated on the surface of the drum by the lens mounted in frame 24 passes through this very small opening and is then concentrated by the lens or guide mounted in hole 35, and falls on detector 32 mounted in the center.
The output signal of the detector therefore varies according to the intensity of the radiations which strike it and it modulates, in a corresponding manner, the intensity of the electron beam of the cathode ray tube in order to produce on its screen an image of radiations. of the observed scene. The device actually performs a linear scan of the observed scene. Photocell 37 outputs a signal as each slit 23 begins to pass past slit 28, and this signal can be used to synchronize the time base of the cathode ray tube.
If the detector 32 is sensitive to infrared radiation invisible to the human eye, the apparatus described can serve as a portable instrument for example to observe a smoky house in order to locate hot spots which could turn out to be sources of fire.
According to a variant of the device, shown in FIG. 4, (in which the elements corresponding to those of FIG. 3 bear the same reference numerals) the drum 18 of the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3 is replaced by two drums 50 and 52 mounted concentrically in the housing 6. These two drums have the same general shape as the drum 18 and the outer drum 50 has axial slots 53 corresponding to the slots 23 (see fig. 3). of the drum 18. But the inner drum 52 has, in its circular wall, a number of slots 54 arranged at an angle of 45 with respect to the axis of the drums. The outer drum 50 has a journal 56 extended by an axial tube 58.
The outer periphery of the journal 56 is rotatably mounted in a bearing 59 placed in a hole made in the bottom of the housing 6. The internal periphery of the journal 56 supports the inner drum 52 to which is rigidly fixed a shaft 60 which passes, with a clearance. , in tube 58.
The interior of the drum 52 is positioned by a bearing supported by the post 20.
The tube 58 and the shaft 60 are coupled by means of pinions 62, 64, 65, 66, so that the outer drum 50 rotates at a speed equal to a fraction (1/50 for example) of the speed of the inner drum 52 and these drums are driven by a motor 68 which may for example be a synchronous electric motor.
The apparatus shown in FIG. 4 does not include the strip 26 or the slot 28 placed in front of the circular opening in the wall of the housing 6.
As above, the apparatus has a lens in the perforated frame 24 and a lens or polished guide in the hole 35.
As in the case of the apparatus shown in Figs. 1 to 3, the detector 32 of the apparatus of FIG. 4 is electrically connected to suitable circuits, such as those which will be described with reference to FIGS. 5 and 6, so as to control the intensity of the electron beam of a cathode ray tube, and the photoelectric cell 37 is connected so as to control the time base of the cathode ray tube.
In operation, the drums 50 and 52 are rotated by the motor 68. At the intersection of each slit 54 with a corresponding slit 53, a very small opening is formed, on which the radiation from the observed scene is concentrated by the lens of the frame 24 if the opening is placed in alignment with the circular hole in the wall of the housing 6 and of the frame 24. This radiation passes through the opening and is concentrated by the lens or the guide of the hole 35 on detector 32. As the inner drum moves relative to the outer drum (so that the inclined slot 54 moves relative to the axial slot 53), the very small opening moves in a general axial direction in the field of view. .
It will be assumed that the direction of rotation of the drum 52 is such that the opening moves downwards, seen in FIG. 4. During this downward axial movement, the opening also moves very slowly in a perpendicular direction due to the slow rotation of the outer drum 50. When the opening has reached the extreme lower limit of its axial movement, the inclined slot 54 The next one begins to pass through the field of view and intersects the axial slit 53 at its upper end so as to form another very small opening which moves axially downward in the field of view, as before. This process is repeated over and over and the result is that a very small opening forms a series of substantially parallel scan lines covering the visual field.
A scan frame is complete when the axial slit 53 has passed completely through the field of view, the next scan frame starting upon arrival of the next axial slit 53.
During this scanning process, detector 32 modulates the intensity of the electron beam from the cathode ray tube according to the intensity of the radiation passing through the very small aperture, and the screen therefore shows a video representation of the scanned field. by the device. The photocell 37 is positioned so as to deliver its signal at the start of each scanning frame, that is to say when each axial slit 53 begins to pass in front of the visual field, the intersection with the inclined slit 54 being placed at this moment in a position such that the very small opening formed is at the extreme upper end of the axial slit 53. This signal coming from the photocell can therefore be used to synchronize the time base of the ray tube cathode rays with each frame scan of the device.
Instead of this arrangement, a lamp can be mounted between the drums 50, 52 so as to cooperate with two photoelectric cells mounted respectively outside the outer drum 50 and inside the inner drum 53 via slots formed in this drum; the photoelectric cells are arranged to synchronize the cathode ray tube with each scan line and with each scan frame of the apparatus.
The number of lines per frame and the number of frames per second of the apparatus can be adjusted by varying the relative speeds of the inner and outer drums 50 and 52 and the relative sizes and positions of the slots.
If the gear coupling between the drums 50 and 52 is such that the speed of the inner drum is not an integer multiple of the speed of the outer drum, an interlaced sweep can be produced. For example, if the outer drum 50 rotates at 1 / 25.5 the speed of the inner drum 52, (instead of 1/50 shown in the example given above) the lines of each weft will be interlaced with the lines of the previous frame, giving a total of 51 lines for two successive frames.
The type of detector 32 used in any form of apparatus described depends on the wavelength of the radiation to be detected. The detector may have to react to infrared radiation, in which case an indium arsenide coil, for example, may be used; in this case, the apparatus may include a cooling device of a suitable type.
In another example, the detector may consist of a cell sensitive to ultraviolet radiation and likewise, for any other wavelength, a suitable detector may be chosen.
Fig. 5 shows one embodiment of a circuit which can be used with any form of apparatus described.
In this circuit, the output signal from detector 32 is amplified by a preamplifier 70 and amplifier 72 and applied to a modulator 74 where it modulates the output signal of a high frequency oscillator 76. The modulated output signal from modulator 74 is then applied to Z control circuit 77 of cathode ray tube 78 to control the intensity of its electron beam. The output signal from the photoelectric cell 37 is connected to the X and Y trigger circuits 79 of the cathode ray tube so as to synchronize the time base thereof.
Fig. 6 shows another circuit which can be used with any form of apparatus described above and it includes a high frequency chopper amplifier 80 (operating in the megacycle range for example) which directly cuts the output signal from the detector 32. The amplified and chopped signal is then applied to the Z control circuits 77 of the cathode ray tube 78 and is used to control the intensity of its electron beam.
As above, the signal from photocell 37 drives the X and Y trigger circuits of the cathode ray tube.
Instead of providing a chopper amplifier 80 to clip the output signal from detector 32, the detector can directly produce a chopped output signal by making the slits of one or both drums as rows of perforations. The expression elongated opening here designates both slits and rows of perforations as the context allows.
Instead of the circuits shown in Figs. 5 and 6, it is possible to use a video amplifier to amplify the output signal of the detector 32 and to drive a cathode ray tube of the television type. The output signal of the photocell 37 (or of the two photocells proposed as replacement in the apparatus of FIG. 4) can, instead of serving to synchronize the time base of the tube, be used to produce a repeated sawtooth signal which drives the X and Y amplifiers of the tube.
Schmitt or other rocker circuits can be introduced into the circuits between the detector and the tube so that the image appears on the tube only when the radiation reaching the detector 32 is between upper and lower limits.
If desired, the lens housed in the frame 24 and the lens or guide of the hole 35 can be omitted so that the apparatus operates on the same principle as a chamber without an objective. The absence of lens, mirrors or the like, is particularly advantageous in the case where the apparatus must be sensitive to infrared or ultraviolet radiations because special materials must be used for lenses and others intended for these radiations. In addition, lens-less operation eliminates the need for focus, enables great depth of field and wide-angle viewing without major complications; however, it requires a sensitive detector, or a high level of radiation.
The positions of the photocell 37 and of the lamp 40 can be reversed.
In order to increase the length of the path between the opening formed at the intersection of the slits and the detector 32, and to obtain a better match between the size of the sensitive area of the detector and the size of the image produced by the Opening, the detector 32 can be mounted at the end of an axial extension of the housing 6, the radiation being directed onto the detector by means of an inclined mirror or other reflector, placed in the center.
Fig. 7 shows a variant of the apparatus of FIG. 4 which makes it possible to obtain from this apparatus a direct display, that is to say avoiding the need for a cathode ray tube or the like. In fig. 7, the elements corresponding to the elements of FIG. 4 have the same references. In the apparatus of FIG. 7, the detector 32 is positioned in a slightly different manner (a little off the axis) compared to the apparatus of FIG. 4, and a light source capable of being modulated at high frequency, such as a gallium phosphide diode 90, and positioned in the bore 34 with the detector 32.
Diode 90 is aligned with another radial hole 92 (shown in dotted lines), and the latter is aligned with an opening (not visible in Fig. 7) which is positioned in housing 6 at a point diametrically opposite the facing hole. to the frame 24 and in alignment with a screen 94 of frosted glass or the like.
The output of detector 32 is connected to an amplifier 96 whose output drives diode 90.
Fig. 7 does not show the drive motor 68 which drives the pinions 62 to 66; this motor could be placed in a manner similar to that shown in fig. 4 but in a different peripheral position with respect to the housing 6.
In operation, the motor 68 rotates the drums 50 and 52 in the manner explained with reference to FIG. 4, the slits 53 and 54 form a raster scan on the observed scene and the radiation which originates from this scene is projected onto the detector 32 in the manner previously described. The resulting electrical output signal from detector 32 is amplified by amplifier 96 and energizes photodiode 90 correspondingly. The light produced by the diode 90 is then projected onto the ground glass screen 94 through the intersecting slits 53 and 54; the latter cause a luminous point to appear on the ground glass screen which traces a frame scan corresponding to that of the observed scene.
The ground glass screen 94 therefore shows an optical image of the observed scene, the image being of course linked to the particular type of radiation to which the detector 32 is sensitive. If the detector 32 is sensitive to infrared radiation, the image on the screen 94 constitutes a thermogram of the observed scene. If the light source 90 were capable of producing three beams of light of different colors depending on the intensity of the signal from the amplifier 96, the image projected on the screen 94 would constitute a colored thermogram, the different colors of which would represent the different levels of radiation.
Fig. 8 shows another embodiment of the camera of FIGS. 1 to 3 and, in this figure, the elements which correspond to those of FIGS. 1 to 3 bear the same references. In the camera of fig. 8, the detector 32 is placed outside the housing 6 and it is aligned with the opening of the frame 24. A mirror 98 is mounted by any suitable means (not shown for reasons of clarity) so as to be suspended inside the drum 18 and to be able to oscillate or swing in a reciprocating movement, (this movement not being affected by the rotation of the drum).
This oscillatory movement is caused by a drive shaft 100 which is coupled to the mirror by means of a gearbox 102. A suitable lens objective 104, shown schematically, is arranged so as to project, on the mirror 98, the lens. light from the observed scene.
In operation, each slot 23 of drum 18 passes in front of fixed slot 28 (Fig. 2) as drum 18 rotates and radiation passing through the opening formed at the intersection of slot 23 with slot 28 is projected onto the tube. detector 32 by means of a suitable lens device mounted in frame 24. As mirror 98 oscillates, the particular point in the scene observed and which is projected onto detector 32 continuously changes. The rotation of drum 18 and the oscillation of mirror 98 therefore combine to produce a raster scan of the scene. The detector 32 can be connected to one of the circuits of FIGS. 5 and 6 to produce an image on a cathode ray tube.
The device of FIG. 4, can be modified by placing a mirror inside the inner drum 52. This mirror can be mounted in a manner generally similar to that of the mirror 98 of the device of FIG. 8 except that it would be fixed with respect to the housing 6 and unable to oscillate. The detector 32 would be mounted outside the apparatus as in the camera of FIG. 8, and the fixed mirror would reflect on the detector 32 the radiations coming from the observed scene. The rotating drums 50 and 52 would form a raster scan of the scene as described with reference to FIG. 4. Apparatus with a detector 32 on the outside of the housing and a mirror (fixed or rotating) on the inside are advantageous in that an optical device with a larger aperture can be more easily incorporated into the assembly. production.
Cooling the detector is also easier.
Fig. 9 shows such an arrangement which also combines certain features of the apparatus of FIG. 7, the elements of FIG. 9 corresponding to those of the other figures bearing the same references. As shown in fig. 9, the apparatus comprises two concentric drums 50, 52 (the slots 53 and 54 not being shown in the figure for reasons of clarity). Radiation from the visual field is received by the lens device 104 having an objective lens 105 and is reflected by a fixed mirror 120 towards the interior surface of the drum 52. After passing through the very small opening defined by the intersection between the slits of the two drums, the radiation passes through a window 123 which contains a field lens 122, and falls on the detector 32.
The signal produced by detector 32 is amplified by amplifier 96 and controls the light output of a solid state lamp 90, such as a gallium phosphide cell. The electrical connections to and from amplifier 96 have not been shown in the figure for the sake of clarity. The lamp 90 is fixedly mounted on the housing 6 and the light it emits is reflected by a fixed mirror 124 towards the interior surface of the drum 52, at a point diametrically opposite the window 123. The emitted light passes through the very small aperture defined by the intersection of slits 53 and 54, to a window 126 in which a field lens 128 is located, and it is reflected by a mirror 130 to an eyepiece lens 131 via a mirror semi-silver 132.
In addition, the apparatus has an objective lens 134 which receives visible light from the scene observed by the apparatus, this light in turn reaching the eyepiece lens 131 through the semi-silver mirror 132 and the mirror. silver 136. The lenses 131 and 134 and the mirrors 130, 132 and 136 are suitably supported by the housing 6 of the apparatus.
Assuming therefore that the detector 32 is sensitive to infrared radiations, the operator sees through the lens 131 an image showing the scene seen by the apparatus and on which is superimposed an infrared image of the same scene. If diode 90 is a gallium phosphide diode, it emits a red colored light in response to infrared radiation received by detector 32, and hot spots in the observed scene will appear colored red in the combined image the camera sees. operator through the lens 131. By this means, the necessary resolving power of the apparatus is reduced. The use of the lens 126 is more advantageous than that of the frosted glass screen 94 shown in FIG. 7 because the latter requires a high light intensity to produce an adequate image.
The mechanism which drives the drums 50 and 52 of the apparatus of FIG. 9 is not shown for the sake of clarity and could be generally the same as that of the apparatus of FIG. 7.