EP1202021A1 - Dispositif pour l'harmonisation entre une voie d'émission laser et une voie passive d'observation - Google Patents

Dispositif pour l'harmonisation entre une voie d'émission laser et une voie passive d'observation Download PDF

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EP1202021A1
EP1202021A1 EP01402722A EP01402722A EP1202021A1 EP 1202021 A1 EP1202021 A1 EP 1202021A1 EP 01402722 A EP01402722 A EP 01402722A EP 01402722 A EP01402722 A EP 01402722A EP 1202021 A1 EP1202021 A1 EP 1202021A1
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EP
European Patent Office
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detector
harmonization
laser
scene
det
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EP01402722A
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German (de)
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EP1202021B1 (fr
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Christian c/o Thales Intellectual Propert Pepin
Francois-Xavier c/o Thales Intel. Prop. Doittau
Jean-Claude c/o Thales Intell Prop Fontanella
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/32—Devices for testing or checking
    • F41G3/326—Devices for testing or checking for checking the angle between the axis of the gun sighting device and an auxiliary measuring device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/14—Indirect aiming means
    • F41G3/145—Indirect aiming means using a target illuminator

Definitions

  • the invention relates to a device for the harmonization between a laser emission channel and a passive observation channel. harmonization consists in making the optical axes of these channels parallel so that they have a common line of sight.
  • the invention is particularly applicable to target designation systems comprising a laser rangefinder or illumination and a passive observation path with an imaging detector allowing to visualize and pursue the target. It also applies to active / passive imaging systems with a laser emission pathway scanning and a passive imaging channel. More generally, it applies to any system for which it is necessary to harmonize the emission channel laser and the passive observation path.
  • the target designation by laser is advantageously carried out thanks to a 'pod' (this term meaning nacelle in Anglo-Saxon language) arranged in external carriage of the aircraft.
  • a 'pod' this term meaning nacelle in Anglo-Saxon language
  • he can include an observation path including a visible imaging detector and / or an imaging detector with infrared detection, in band II or III, to locate the target, as well as a laser path, including the optical axis can be separated or confused with that of the observation channel, emitting for example in the near infrared and 'locked' on the channel observation.
  • This locking supposes the perfect 'alignment' between the two channels, i.e. the perfect parallelism of their optical axes (combined or not), then defining the same line of sight. This harmonization must be able to be checked during the mission.
  • the harmonization between the illumination laser and the line of sight of the imaging detector can be performed in different ways and in particular, when the detector has a spectral band compatible with the length waveform of the laser, by reinjecting part of the energy emitted by the laser in the entrance pupil of the imaging detector.
  • the position of the spot image laser thus obtained with respect to the center of the field of the imaging detector will indicate the harmonization error.
  • the means used to perform the reinjection returns the light in the incident direction, for example using a cube corner mirror.
  • Figure 1 illustrates by a simplified diagram an example of harmonization device according to the prior art.
  • the axis observation path optic ⁇ i (in solid lines in FIG. 1) includes in this example a AFocal AFO device, an OBJ focusing objective enabling training the image of a scene on a DET imaging detector, for example a Silicon detector operating in the visible and near infrared.
  • the way ⁇ l axis laser (short and long alternating dashed line) includes a LAS laser illumination emitting in the near infrared.
  • a MEL mixer of which transmission and reflection are adapted to the wavelength of the laser while transmitting the maximum of the flux emitted by the scene, allows overlap the two tracks.
  • the harmonization system includes in this example a CCB cube corner and a set of mirrors 11, 12 placed on the track laser, upstream of the MEL mixer, one of the two mirrors being movable in rotation (mirror 11).
  • the mirror 11 is oriented so as to send the laser pulse to the CCB cube corner is thus reinjected into the imaging path ⁇ i (optical path indicated in dashed line in Figure 1).
  • a flap (not shown), used to cut the stream from the scene is closed during the harmonization phase and the image of the laser pulse on the imaging detector can be viewed in order to determine the harmonization faults corresponding to the deviations angles between the axis of the detector's line of sight and the position of the laser image.
  • this harmonization device presents a certain number of drawbacks which lead to modest performance.
  • the imperfections of the cube corner related to the defects of realization lead to harmonization errors.
  • the cube corner is placed in front of the pupil common to the laser paths and of observation, as it is the case on figure 1, this one cannot cover that part of this pupil (for reasons of space), entraining an image of the laser pulse on the relatively dimensional detector important and limited harmonization precision.
  • the distribution of laser energy is not uniform throughout the pupil, not covering the whole pupil can lead to harmonization errors.
  • the effect of aberrations degrades the image and can induce a position error of its barycenter.
  • the present invention provides a very harmonizing device precise not having the drawbacks of the prior art. It consists of visualize using the same imaging detector used to image the scene, the image of the laser pulse retroreflected by the scene itself and no longer by a cube corner. To do this, the invention uses a detector which can operate in two modes, one imaging mode classical and a harmonization mode in which the flow from the retroreflected laser pulse can be detected in the continuous diffused flux by the stage.
  • the device according to the invention allows harmonization in real situations, since the laser spot imaged on the detector is the same as that which will have to follow, for example, a laser-guided weapon. It also allows to dispense with the use of a mixer whose specifications are binding, between the laser path and the observation path.
  • FIG. 2 represents, to illustrate the invention, the overall architecture of an optronic imaging and target tracking equipment in Air / Ground configuration, equipped with a harmonization device according to an exemplary embodiment.
  • the different sub-assemblies shown in the figure are mounted in a rigid supporting structure (equipped optical bench not shown) which is itself installed inside an envelope carried by an aircraft.
  • the equipment comprises an emission channel (of optical axis ⁇ l) of a laser pulse emitted by a LAS laser transmitter whose wavelength is compatible with the target illumination function to be achieved, with its optical collimation COL making it possible to obtain a beam of low divergence in the direction ⁇ l.
  • the laser emission channel is distinct from the imaging channel, which makes it possible to limit the laser flow backscattered in the imaging channel.
  • FIG. 2 it is an optic of the 'Cassegrain' type, produced by means of two mirrors M1, M2.
  • a dichroic mirror M3 separates the observation channel into an infrared channel, of axis ⁇ i IR and a visible / near infrared channel of axis ⁇ i VIS .
  • These two channels are respectively equipped with a DET IR imaging detector sensitive in the infrared and a DET VIS imaging detector sensitive in the visible and near infrared, on which the focusing optics OPT forms the image of the scene in each of the spectral bands.
  • the opto-mechanical assembly is mounted and adjusted at the factory so that the axes ⁇ l and ⁇ i are parallel.
  • this parallelism generally does not remain valid with sufficient precision in operational use, taking into account the environmental constraints supported by the equipment, which induce axis displacements, especially at the laser level. It is therefore necessary to harmonize in flight.
  • the device for the harmonization between the laser channel of axis ⁇ l and the observation channel of axis ⁇ i comprises a fast laser pulse detector DET IMP , making it possible to determine the instant of arrival of the laser pulse retroreflected by the scene on the detector (s) of the observation channel and delivering a signal S.
  • the rapid detector DET IMP is positioned in a focal plane of l multispectral optics thanks to an M 4 mirror taking part of the flux on the visible-near infrared channel. It further comprises a harmonization detector forming one of the imaging detectors (in the example of FIG.
  • the harmonization detector controlled by the control means MCD, can operate in two modes, a conventional imaging mode and a harmonization mode in which the flux coming from the laser pulse reflected by the scene can be detected. in the continuous stream broadcast by the stage, thus making it possible to detect harmonization faults.
  • the harmonization detector notably includes a set of photosensitive zones in the spectral band of the laser resignation.
  • the MCD means control the harmonization detector in imaging mode or in harmonization mode. They receive the signal S delivered by the rapid detector, and allow, in harmonization mode, the operation of the harmonization detector in two phases. In first waiting phase, the electrical charges from the conversion photons received by the photosensitive zones are integrated so quasi-continuous with a sufficiently short integration time to allow detection of the flux coming from a retroreflected laser pulse by the stage in the continuous stream broadcast by the stage.
  • a second reading phase triggered by the signal S received from the rapid detector at when a retroreflected laser pulse is detected by the scene, the integrated charges at the time of detection of said pulse are set in sequence in order to detect in the image thus obtained the position of the corresponding laser spot. Examples of detectors applicable to the harmonization device according to the invention will be described in more detail in the following.
  • optical filtering means FLT IMP and FLT HAR are positioned respectively in front of the pulse detector DET IMP and, during the harmonization phase, in front of the harmonization detector (DET VIS in the example of FIG. 2), in order to improve the detectivity of these detectors at the wavelength of the laser.
  • the FLT IMP filtering means are fixed, while the FLT HAR filter means are advantageously removable so that they can be removed in conventional imaging mode, outside of the periods of operation in harmonization mode.
  • the harmonization device furthermore comprises MCL calculation means making it possible to calculate, from the position of the laser spot in the image, the harmonization defects between the axis ⁇ i of the path of observation and that ⁇ l of the laser emission channel, these defects corresponding to the angular differences ⁇ x, ⁇ y between the center of the image and the position of the laser spot, image of the laser pulse retroreflected by the scene through the OPT focusing optics.
  • FIG. 3A thus illustrates by an example the position of the laser spot IML in the image, and the differences ⁇ x, ⁇ y between the laser spot IML and the center of the image IMC corresponding to the axis ⁇ i of the line of sight. of the harmonization detector.
  • the center of the IMC image corresponds to the tracking center and the correction of the harmonization error then consists for example in electronically moving the automatic tracking center from the opposite value of the measured deviation.
  • the filtering means FLT HAR are removed and the point of the target on which the imaging detector is hung is then confused, like this appears in Figure 3B, with the point of impact IML of the laser pulse.
  • the harmonization device thus allows a very precise harmonization between the axis of the line of sight of the laser and the reference center of the imaging detector of the observation channel because it directly uses the image of the laser spot formed on the observed scene, this which provides the best possible resolution. It provides a very precise harmonization between the illumination laser and the position of the point automatically continued on the stage, which allows a very large ammunition impact accuracy in the event of laser-guided weapon firing, or very high location accuracy for equipment observation or surveillance.
  • the use of multispectral optics common to the two near infrared and infrared channels allows the equipment to have this very precise harmonization capacity both in operation by day than by night.
  • the harmonization device can operate during the day, even with very strong illumination, thanks to the use of the specific harmonization detector, and it can also operate at night.
  • the harmonization detector near infrared imaging detector in the example in FIG. 2 is used during the harmonization phase to locate the laser spot on the scene, as described above, while the infrared detector for example pursues the target continuously, without being disturbed by the harmonization phase.
  • the correction is automatically applied to the position of the tracking center of the infrared detector DET IR , allowing harmonization to be carried out continuously, with each shot.
  • the tracking in infrared in order not to disturb the tracking of the target, it is also possible to carry out the tracking in infrared, with perhaps a slightly lower resolution, while the near infrared detector is used to effect the harmonization. .
  • harmonization detectors which, associated with the pulse detector, allow the device of the invention to operate.
  • a first privileged example consists in using as a detector harmonization of an integration and transfer type imaging detector CCD (initials of "Charge Coupled Device” in English terminology), located precisely in the focal plane of the focusing objective of the observation path, and comprising a set of photosensitive zones in silicon (or “pixels” according to Anglo-Saxon terminology), organized in a generally square matrix, typically 100x100 pixels.
  • CCD integration and transfer type imaging detector
  • pixels or "pixels” according to Anglo-Saxon terminology
  • Use of a photosensitive material in the visible and near infrared spectrum for example example Silicon, particularly suitable for the detection of a laser emitting in the near infrared, like the Nd: YAG laser, at 1.06 ⁇ m.
  • the CCD detector is controlled by the means of MCD command so as to operate in a mode of classic CCD operation when the harmonization detector is in imaging mode and in a so-called “treadmill” mode when the detector is in harmonization mode.
  • mode CCD detector acquires the scene (conversion of photons received as charges then integration into potential wells of charges released in proportion to the illumination received for a time integration, typically around 20 msec), then the charges are transferred in column and sampled by multiplexing line to line in order to form sequential signals which form the signal of visualization (image reading phase), during the acquisition of the following image.
  • a sensitivity calculation shows that, in the absence of noise due at the back of the stage, the system detects laser pulses with good performance.
  • FIG. 4 shows a diagram of an operating mode of a CCD detector in treadmill mode.
  • this is a so-called frame transfer detection matrix, conventionally comprising an image area 40 and a memory area 41.
  • the image area consists of 4x4 photosensitive areas (or pixels ) Pi and the memory area forms a CCD multiplexing circuit, composed of elementary memories Mi, produced in integrated CMOS circuitry.
  • the detector also comprises an output register R and an amplification stage A. It is controlled by the control means MCD of the device according to the invention, connected to the rapid pulse detector DET IMP .
  • the operation in conveyor belt mode applied to a CCD frame transfer matrix is divided into two phases: a detection waiting phase and a reading phase after detection.
  • the signal S delivered by the rapid detector DET IMP is zero, reflecting the absence of a pulse.
  • the CCD is in permanent transfer at high speed, which results in a very reduced integration time (typically 250 ⁇ sec) compared to the integration time in imaging mode. Thanks to the high vertical transfer rate, the acquisition of the background signal is therefore reduced to a minimum time, hence the minimum associated noise, allowing very low level pulse detection.
  • the transfer of the high-speed lines is then continued until the image area is brought into the memory area, then the memory area is read at a normal rate, the reading phase comprising the transfer of the charges to the multiplexing circuit integrated into the detector and to the output register R to form, after amplification by the amplification stage At an image, corresponding to a display signal SV to the desired video standard.
  • the MCL calculation means of the device according to the invention which can be produced by a processor common to the control means MCD, then allow to calculate, from the position of the pixel (s) illuminated in the image by the laser pulse, harmonization faults corresponding to the angular deviations between the axis of the line of sight of the harmonization detector and the axis of the laser emission channel.
  • a CCD detector in treadmill mode can for example replace the frame transfer detector, as illustrated in FIG. 4, a so-called full image detector (“full frame array” in English terminology) where the pixels occupy almost the entire surface of the matrix and in which the transfer is said per line, the charges of the same line being simultaneously transferred line to line.
  • the operation in treadmill mode includes a first waiting phase during which the transfer takes place at high speed, then a reading phase after a pulse has been detected by the rapid detector DET IMP .
  • a detector can be adapted to the device according to the invention. It is a matrix of photo-detectors, each photo-detector being connected to a reading circuit of the control means MCD of the matrix by an input circuit which provides for the photo-detector which is coupled, the functions of polarization and integration of the photoelectric signal, the reading circuit allowing the multiplexing of the signals issued for the formation of a video signal.
  • the matrix of photo-detectors is adapted to form the harmonization detector of the device according to the invention which can operate according to a conventional imaging mode and according to a harmonization mode.
  • the operation of the photo-detector matrix comprises, as previously, two phases, a detection standby phase, during which the photoelectric signal generated by each photo-detector is continuously integrated, and a phase of reading of the image, after detection by the rapid detector DET IMP of the laser pulse retroreflected by the scene.
  • the waiting phase includes for each photodetector a succession of very short integration cycles (of the order of a microsecond). During each integration cycle, the photodetector integrates only an infinitesimal quantity of charges which is transferred to a buffer memory and kept until the end of the next cycle is approached then rejected without prior reading if no signal from the fast detector is not detected.
  • the control means MCD When a laser pulse is detected by the fast detector, the control means MCD trigger in each photodetector the summation of the signal being integrated with the content of the associated memory cell, thus making it possible to avoid any loss of information.
  • Each memory cell then contains a negligible signal from the background, with the exception of that associated with the photodetector having received the laser pulse and for which the background signal is dominated by the detected signal originating from the pulse.
  • the control means MCD then trigger the second phase corresponding to the reading, at normal rate (typically a few milliseconds) of the contents of the memories, delivering an image from which one can know the position of the laser spot on the harmonization detector. formed of the matrix of photo-detectors.
  • the MCL calculation means then allow the evaluation of harmonization faults.
  • control means MCD In imaging mode, the control means MCD generate a much longer integration time for each photodetector (from the order of the millisecond for example), then trigger the reading phase, thus obtaining a normal image of the scene.
  • the detector array is more complex, and more expensive, than implement that the "conveyor belt" detector the fact that each photo-detector has its own charge integration circuit (circuit input).
  • the choice of photo-detectors preferably of the type photovoltaic, allows to adapt to other wavelengths of the laser resignation. So, for the usual wavelength of 1.06 ⁇ m or 1.56 ⁇ m for the telemetry application for example, detectors produced on InGaAs, InSb or HgCdTe will be privileged and may, depending on their nature and depending on the desired performance, operate strongly, little or not cooled.
  • quantum multi-well HgCdTe or AsGa type detectors strongly cooled, will be preferred.
  • material chosen for the detector is compatible with imaging in the infrared band, it is not necessary to add a second infrared imaging detector, such as this is the case in the example of figure 2, unless we want a total simultaneity between the harmonization and imagery modes.
  • the use of a matrix of photo-detectors as a harmonization detector allows also, in harmonization mode, to limit the photo-detectors used to those located near the center of the detector field (windowing of the matrix centered on the line of sight of the observation path).
  • harmonization detectors described above are preferred examples for the implementation of the harmonization device according to the invention, this is not limited to these examples.
  • Other detectors imagery are possible if, in addition to their imaging function, they can, in a particular operating mode, and associated with a rapid pulse detector, detecting a laser pulse in a flux of continuous background, in order to harmonize the emission laser path and the observation path in real conditions, i.e. thanks to the impulse laser retroreflected by the scene itself.
  • the detection surface of the rapid detector DET IMP can be reduced relative to the total field of the image, by centering it on the axis of the line of sight of the channel d 'observation.
  • the probability of detection of the retroreflected pulse by the scene during the harmonization procedure is maximum in the central part of the field.
  • By reducing the sensitive area of the detector its detectivity is increased, which further improves the performance of the harmonization device.
  • this same detector if necessary, as a telemetry detector.
  • the harmonization device further comprises electronic means for high-pass filtering of the signal delivered by the DET IMP pulse detector, making it possible to cut the signal corresponding to the light flux generated by the backscattering on the atmosphere of the laser pulse emitted.
  • electronic means for high-pass filtering of the signal delivered by the DET IMP pulse detector making it possible to cut the signal corresponding to the light flux generated by the backscattering on the atmosphere of the laser pulse emitted.
  • a laser pulse is emitted towards the scene then the retroreflected flux by the scene is detected as described above, in order to calculate the possible harmonization errors.
  • the function of the pulse detector is to detect the instant of arrival of the retroreflected pulse on the harmonization detector in order to trigger the reading phase of the image on which the laser impact appears.
  • FIG. 5 thus represents, according to an example, the shape of the signal delivered by the fast detector as a function of time. The origin of the times corresponds to the instant of emission of the laser pulse.
  • the signal S 1 corresponding to the flow backscattered by the atmosphere extends for a predetermined time T 1 , the duration of which is correlated with the distance over which the laser pulse can be backscattered to the equipment.
  • This time which can be a few tens of microseconds, is clearly greater than the time T 2 of the signal S 2 corresponding to the duration of the pulse reflected by the scene.
  • the electronic filtering means of the device according to the invention thus make it possible to cut off the low frequency spurious signal S 1 and to keep only the useful signal S 2 corresponding to the pulse reflected by the scene.
  • Another means of overcoming it consists in providing at the output of the fast detector DET IMP electronic means for inhibiting the signal delivered by the pulse detector for a predetermined time after the emission of a laser pulse, and corresponding to the luminous flux generated by the backscattering on the atmosphere of the emitted laser pulse.
  • This inhibition time during which the signal delivered will not be taken into account by the control means MCD, may be a few tens of microseconds for example.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour l'harmonisation entre une voie d'émission d'une impulsion laser vers une scène et une voie passive d'observation de la scène. Selon un exemple, il comprend : un détecteur rapide (DETIMP) d'impulsion laser permettant de déterminer l'instant d'arrivée de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène sur les détecteurs d'imagerie (DETIR, DETVIS) de la voie d'observation ; un détecteur d'harmonisation (DETVIS) formant l'un desdits détecteurs d'imagerie (DETVIS); des moyens de commande (MCD) du détecteur d'harmonisation permettant, en mode harmonisation, la détection du flux provenant de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène dans le flux continu diffusé par la scène, des moyens de calcul (MCL) permettant de calculer, à partir de la position de la tache laser dans l'image obtenue en mode harmonisation, les défauts d'harmonisation correspondant aux écarts angulaires (δx, δy) entre l'axe (Δi) de la voie d'observation et celui (Δℓ) de la voie d'émission laser. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un dispositif pour l'harmonisation entre une voie d'émission laser et une voie passive d'observation. L'harmonisation consiste à rendre parallèles les axes optiques de ces voies afin qu'elles aient une ligne de visée commune. L'invention s'applique notamment aux systèmes de désignation de cible comportant une voie laser de télémétrie ou d'illumination et une voie passive d'observation avec un détecteur d'imagerie permettant de visualiser et de poursuivre la cible. Elle s'applique aussi aux systèmes d'imagerie active/passive comportant une voie d'émission laser à balayage et une voie d'imagerie passive. Plus généralement, elle s'applique à tout système pour lequel il est nécessaire d'harmoniser la voie d'émission laser et la voie passive d'observation.
Dans des conditions d'environnement sévères, notamment de température et de vibration, la désignation de cible par laser est avantageusement effectuée grâce à un 'pod' (ce terme signifiant nacelle en langue anglo-saxonne) disposé en emport externe de l'aéronef. Il peut comporter une voie d'observation comprenant un détecteur d'imagerie visible et/ou un détecteur d'imagerie à détection infrarouge, en bande II ou III, permettant de localiser la cible, ainsi qu'une voie laser, dont l'axe optique peut être séparé ou confondu avec celui de la voie d'observation, émettant par exemple dans le proche infrarouge et 'verrouillée' sur la voie d'observation. Ce verrouillage suppose le parfait 'alignement' entre les deux voies, c'est à dire le parfait parallélisme de leurs axes optiques (confondus ou non), définissant alors une même ligne de visée. Cette harmonisation doit pouvoir être contrôlée en cours de mission.
Dans un équipement Air/Sol pour guidage laser de munitions par exemple, l'harmonisation entre le laser d'illumination et l'axe de visée du détecteur d'imagerie peut être réalisée de différentes façons et notamment, lorsque le détecteur possède une bande spectrale compatible de la longueur d'onde du laser, en réinjectant une partie de l'énergie émise par le laser dans la pupille d'entrée du détecteur d'imagerie. La position de l'image de la tache laser ainsi obtenue par rapport au centre du champ du détecteur d'imagerie indiquera l'erreur d'harmonisation. Pour procéder à l'harmonisation entre les voies, il est nécessaire que le moyen utilisé pour effectuer la réinjection renvoie la lumière selon la direction incidente, par exemple à l'aide d'un miroir en coin de cube.
La figure 1 illustre par un schéma simplifié un exemple de dispositif d'harmonisation selon l'art antérieur. La voie d'observation d'axe optique Δi (en trait continu sur la figure 1) comprend dans cet exemple un dispositif afocal AFO, un objectif de focalisation OBJ permettant de former l'image d'une scène sur un détecteur d'imagerie DET, par exemple un détecteur Silicium fonctionnant dans le visible et le proche infrarouge. La voie laser d'axe Δℓ (en trait pointillé alterné court et long) comprend un laser LAS d'illumination émettant dans le proche infrarouge. Un mélangeur MEL, dont la transmission et la réflexion sont adaptées à la longueur d'onde du laser tout en transmettant le maximum du flux émis par la scène, permet de superposer les deux voies. Le dispositif d'harmonisation comprend dans cet exemple un coin de cube CCB et un jeu de miroirs 11, 12 placés sur la voie laser, en amont du mélangeur MEL, l'un des deux miroirs étant mobile en rotation (miroir 11). Pour procéder à l'harmonisation, le miroir 11 est orienté de telle sorte à envoyer vers le coin de cube CCB l'impulsion laser qui se trouve ainsi réinjectée dans la voie d'imagerie Δi (chemin optique indiqué en trait pointillé sur la figure 1). Un volet (non représenté), permettant de couper le flux issu de la scène, est fermé pendant la phase d'harmonisation et l'image de l'impulsion laser sur le détecteur d'imagerie peut être visualisée afin de déterminer les défauts d'harmonisation correspondant aux écarts angulaires entre l'axe de la ligne de visée du détecteur et la position de l'image laser.
Dans la pratique, ce dispositif d'harmonisation présente un certain nombre d'inconvénients qui conduisent à des performances modestes. Notamment, les imperfections du coin de cube liées aux défauts de réalisation entraínent des erreurs d'harmonisation. D'autre part, lorsque le coin de cube est placé devant la pupille commune aux voies laser et d'observation, comme c'est le cas sur la figure 1, celui-ci ne peut couvrir qu'une partie de cette pupille (pour des raisons d'encombrement), entraínant une image de l'impulsion laser sur le détecteur de dimension relativement importante et une précision d'harmonisation limitée. En outre, si la répartition d'énergie laser n'est pas uniforme dans toute la pupille, le fait de ne pas couvrir toute la pupille peut induire des erreurs d'harmonisation. Enfin, dans le cas où le coin de cube n'est pas placé au centre de la pupille du détecteur, l'effet des aberrations dégrade l'image et peut induire une erreur de position de son barycentre.
La présente invention propose un dispositif d'harmonisation très précis ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur. Elle consiste à visualiser à l'aide du même détecteur d'imagerie utilisé pour imager la scène, l'image de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène elle-même et non plus par un coin de cube. Pour ce faire, l'invention met en oeuvre un détecteur spécifique pouvant fonctionner selon deux modes, un mode imagerie classique et un mode harmonisation dans lequel le flux provenant de l'impulsion laser rétroréfléchie peut être détecté dans le flux continu diffusé par la scène.
Plus précisément, l'invention concerne un dispositif pour l'harmonisation entre une voie d'émission d'une impulsion laser vers une scène et une voie passive d'observation de la scène, la voie d'observation comprenant notamment un objectif de focalisation pour former l'image de la scène sur au moins un détecteur d'imagerie, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend
  • un détecteur rapide d'impulsion laser permettant de déterminer l'instant d'arrivée de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène sur le ou les détecteur(s) d'imagerie,
  • un détecteur d'harmonisation formant l'un desdits détecteurs d'imagerie et comprenant notamment un ensemble de zones photosensibles dans la bande spectrale du laser d'émission,
  • des moyens de commande du détecteur d'harmonisation en mode imagerie ou en mode harmonisation, recevant le signal délivré par le détecteur rapide, et permettant, en mode harmonisation, le fonctionnement du détecteur d'harmonisation selon deux phases,
  • une première phase d'attente, pendant laquelle les charges électriques issues de la conversion des photons reçus par les zones photosensibles sont intégrées de façon quasi-continue avec un temps d'intégration suffisamment court pour permettre la détection du flux provenant d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène dans le flux continu diffusé par la scène,
  • une deuxième phase de lecture, déclenchée par le signal reçu du détecteur rapide au moment de la détection d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène, entraínant la mise en séquence des charges intégrées au moment de la détection de ladite impulsion afin de détecter dans l'image ainsi obtenue la position de la tache laser correspondante,
  • des moyens de calcul permettant de calculer, à partir de la position de la tache laser dans l'image, les défauts d'harmonisation correspondant aux écarts angulaires entre l'axe de la voie d'observation et celui de la voie d'émission laser.
Outre le fait qu'il apporte une très grande précision, le dispositif selon l'invention permet de faire l'harmonisation en situation réelle, puisque la tache laser imagée sur le détecteur est la même que celle que devra suivre, par exemple, une arme guidée par laser. Il permet en outre de s'affranchir de l'utilisation d'un mélangeur dont les spécifications sont contraignantes, entre la voie laser et la voie d'observation.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaítront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures qui représentent :
  • la figure 1 (déjà décrite), un dispositif d'harmonisation entre une voie laser et une voie d'imagerie, selon l'art antérieur ;
  • la figure 2, le schéma de l'architecture d'un système optique mettant en oeuvre un dispositif d'harmonisation selon l'invention ;
  • les figures 3A et 3B, des exemples illustrant la position de la tache laser dans l'image avant et après rectification des défauts d'harmonisation ;
  • la figure 4, un exemple précis de détecteur d'harmonisation ;
  • la figure 5, l'allure du signal délivré par le détecteur d'impulsion en fonction du temps, selon un exemple.
Sur ces figures, les éléments homologues sont repérés par les mêmes indices.
La figure 2 représente pour illustrer l'invention, l'architecture d'ensemble d'un équipement optronique d'imagerie et de poursuite de cible en configuration Air/Sol, équipé avec un dispositif d'harmonisation selon un exemple de réalisation. Les différents sous-ensembles représentés sur la figure sont montés dans une structure porteuse rigide (banc optique équipé non représenté) qui est elle-même installée à l'intérieur d'une enveloppe portée par un aéronef. L'équipement comprend une voie d'émission (d'axe optique Δℓ) d'une impulsion laser émise par un émetteur laser LAS dont la longueur d'onde est compatible avec la fonction d'illumination de cible à réaliser, avec son optique de collimation COL permettant d'obtenir un faisceau de faible divergence dans la direction Δℓ. Il s'agit par exemple dans le cas d'un équipement de poursuite de cible d'un laser Nd :YAG émettant des impulsions de quelques dizaines de nanosecondes, à 1,06 µm. Il comprend par ailleurs une voie d'observation (d'axe optique Δi) formée dans cet exemple d'un imageur multispectral, avantageusement équipé d'une optique de focalisation OPT catadioptrique à plusieurs miroirs dont l'achromatisme limite l'introduction de défauts d'harmonisation supplémentaire. Dans l'exemple de la figure 2, la voie d'émission laser est distincte de la voie d'imagerie, ce qui permet de limiter le flux laser rétrodiffusé dans la voie imagerie. Mais il est possible de concevoir un système dans lequel les impulsions laser à l'émission sont injectées dans la voie d'imagerie, au niveau de la partie afocale de l'optique de la voie d'imagerie. Cela permet, en utilisant une optique catadioptrique, de limiter l'introduction de défauts d'harmonisation liés au chromatisme. Dans l'exemple de la figure 2, il s'agit d'une optique de type 'Cassegrain', réalisée au moyen de deux miroirs M1, M2. Un miroir dichroïque M3 sépare la voie d'observation en une voie infrarouge, d'axe ΔiIR et une voie visible/proche infrarouge d'axe ΔiVIS. Ces deux voies sont équipées respectivement d'un détecteur d'imagerie DETIR sensible dans l'infrarouge et d'un détecteur d'imagerie DETVIS sensible dans le visible et le proche infrarouge, sur lesquels l'optique de focalisation OPT forme l'image de la scène dans chacune des bandes spectrales. L'ensemble opto-mécanique est monté et réglé en usine de façon à ce que les axes Δℓ et Δi soient parallèles. Cependant, malgré toutes les précautions prises lors de la conception, de la fabrication, et du réglage, ce parallélisme ne reste généralement pas valable avec une précision suffisante en utilisation opérationnelle, compte tenu des contraintes d'environnement supportées par l'équipement, qui induisent des déplacements d'axe, surtout au niveau du laser. II est donc nécessaire de procéder à une harmonisation en vol.
Selon l'invention, le dispositif pour l'harmonisation entre la voie laser d'axe Δℓ et la voie d'observation d'axe Δi comprend un détecteur rapide d'impulsion laser DETIMP, permettant de déterminer l'instant d'arrivée de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène sur le ou les détecteur(s) de la voie d'observation et délivrant un signal S. Dans l'exemple de la figure 2, le détecteur rapide DETIMP est positionné dans un plan focal de l'optique multispectrale OPT grâce à un miroir M4 prélevant sur la voie visible-proche infrarouge une partie du flux. Il comprend en outre un détecteur d'harmonisation formant l'un des détecteurs d'imagerie (dans l'exemple de la figure 2, il s'agit du détecteur DETVIS), et des moyens de commande MCD du détecteur d'harmonisation, recevant le signal S délivré par le détecteur rapide DETIMP. Selon l'invention, le détecteur d'harmonisation, commandé par les moyens de commande MCD, peut fonctionner selon deux modes, un mode imagerie classique et un mode harmonisation dans lequel le flux provenant de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène peut être détecté dans le flux continu diffusé par la scène, permettant ainsi de détecter les défauts d'harmonisation.
Pour ce faire, le détecteur d'harmonisation comprend notamment un ensemble de zones photosensibles dans la bande spectrale du laser d'émission. Les moyens MCD commandent le détecteur d'harmonisation en mode imagerie ou en mode harmonisation. Ils reçoivent le signal S délivré par le détecteur rapide, et permettent, en mode harmonisation, le fonctionnement du détecteur d'harmonisation selon deux phases. Dans une première phase d'attente, les charges électriques issues de la conversion des photons reçus par les zones photosensibles sont intégrées de façon quasi-continue avec un temps d'intégration suffisamment court pour permettre la détection du flux provenant d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène dans le flux continu diffusé par la scène. Dans une deuxième phase de lecture, déclenchée par le signal S reçu du détecteur rapide au moment de la détection d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène, les charges intégrées au moment de la détection de ladite impulsion sont mises en séquence afin de détecter dans l'image ainsi obtenue la position de la tache laser correspondante. Des exemples de détecteurs applicables au dispositif d'harmonisation selon l'invention seront décrits plus en détails dans la suite.
Avantageusement, des moyens de filtrage optique FLTIMP et FLTHAR, dont les transmissions sont centrées sur la bande spectrale du laser d'émission, sont positionnés respectivement devant le détecteur d'impulsion DETIMP et, pendant la phase d'harmonisation, devant le détecteur d'harmonisation (DETVIS dans l'exemple de la figure 2), afin d'améliorer la détectivité de ces détecteurs à la longueur d'onde du laser. Les moyens de filtrage FLTIMP sont fixes, tandis que les moyens de filtrage FLTHAR sont avantageusement amovibles afin de pouvoir être retirés en mode imagerie classique, en dehors des périodes de fonctionnement en mode harmonisation.
Le dispositif d'harmonisation selon l'invention comprend en outre des moyens de calcul MCL permettant de calculer, à partir de la position de la tache laser dans l'image, les défauts d'harmonisation entre l'axe Δi de la voie d'observation et celui Δℓ de la voie d'émission laser, ces défauts correspondant aux écarts angulaires δx, δy entre le centre de l'image et la position de la tache laser, image de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène à travers l'optique de focalisation OPT. La figure 3A illustre ainsi par un exemple la position de la tache laser IML dans l'image, et les écarts δx, δy entre la tache laser IML et le centre de l'image IMC correspondant à l'axe Δi de la ligne de visée du détecteur d'harmonisation. Dans le cas par exemple d'un équipement de poursuite automatique de cible, le centre de l'image IMC correspond au centre de poursuite et la correction de l'erreur d'harmonisation consiste alors par exemple à déplacer électroniquement le centre de poursuite automatique de la valeur opposé de l'écart mesuré. Ainsi, pendant la phase de fonctionnement normal, c'est-à-dire en mode imagerie, les moyens de filtrage FLTHAR sont retirés et le point de la cible sur lequel est accroché le détecteur d'imagerie se trouve alors confondu, comme cela apparaít sur la figure 3B, avec le point d'impact IML de l'impulsion laser.
Le dispositif d'harmonisation selon l'invention permet ainsi une harmonisation très précise entre l'axe de la ligne de visée du laser et le centre de référence du détecteur d'imagerie de la voie d'observation car elle utilise directement l'image de la tache laser formée sur la scène observée, ce qui permet d'avoir la meilleure résolution possible. Elle permet d'obtenir une harmonisation très précise entre le laser d'illumination et la position du point poursuivi automatiquement sur la scène, ce qui permet une très grande précision d'impact de la munition en cas de tir d'armement à guidage laser, ou une très grande précision de localisation pour les équipements d'observation ou de surveillance.
L'utilisation d'une optique multispectrale commune aux deux voies proche infrarouge et infrarouge, comme c'est le cas dans l'exemple de la figure 2, permet à l'équipement de posséder cette capacité d'harmonisation très précise aussi bien en fonctionnement de jour qu'en fonctionnement de nuit. En effet, le dispositif d'harmonisation peut fonctionner de jour, même par très fort éclairement, grâce à l'utilisation du détecteur d'harmonisation spécifique, et il peut également fonctionner de nuit. Dans ce cas, le détecteur d'harmonisation (détecteur d'imagerie proche infrarouge dans l'exemple de la figure 2), est utilisé pendant la phase d'harmonisation pour localiser la tache laser sur la scène, comme cela a été décrit précédemment, tandis que le détecteur infrarouge effectue par exemple la poursuite de la cible de façon continue, sans être perturbé par la phase d'harmonisation. A la fin de chaque cycle d'harmonisation, la correction est appliquée automatiquement sur la position du centre de poursuite du détecteur infrarouge DETIR, permettant d'effectuer l'harmonisation en permanence, à chaque tir. De jour, afin de ne pas perturber la poursuite de la cible, il est également possible d'effectuer la poursuite en infrarouge, avec peut-être une résolution un peu moins bonne, pendant que le détecteur proche infrarouge est utilisé pour effectuer l'harmonisation. Après la phase d'harmonisation, on peut revenir en poursuite proche infrarouge en faisant fonctionner le détecteur d'harmonisation en mode imagerie classique, afin de profiter éventuellement de la meilleure résolution inhérente à cette bande spectrale.
Notons que dans cet exemple de mise en oeuvre du dispositif d'harmonisation, il est nécessaire que les deux voies infrarouge et proche infrarouge soient parfaitement harmonisées, pour pouvoir transférer sur la voir infrarouge l'écart d'harmonisation mesuré sur la voie proche infrarouge. Cela est relativement aisé dans la mesure où ces deux voies utilisent la même optique multispectrale et que la structure commune portant l'optique et les détecteurs d'imagerie peut être assez compacte et donc très rigide. Si néanmoins, en présence de gradients thermiques an niveau de cette structure, des désalignements entre ces deux voies peuvent se produire, on peut mesurer ces gradients à l'aide de capteurs de température placés sur certaines parties de la structure, et appliquer des corrections d'harmonisation issues d'une table de valeurs préalablement établies par des simulations comportementales en thermique de la structure. En tout état de cause, ces corrections, lorsqu'elles sont nécessaires, restent du second ordre par rapport aux corrections mesurées grâce au détecteur d'harmonisation du dispositif d'harmonisation selon l'invention.
Nous décrivons maintenant plus en détails des exemples de détecteurs d'harmonisation, qui, associés au détecteur d'impulsion, permettent le fonctionnement du dispositif selon l'invention.
Un premier exemple privilégié consiste à utiliser comme détecteur d'harmonisation un détecteur d'imagerie à intégration et transfert de type CCD (initiales de « Charge Coupled Device » en terminologie anglo-saxonne), situé précisément dans le plan focal de l'objectif de focalisation de la voie d'observation, et comportant un ensemble de zones photosensibles en silicium (ou « pixels » selon la terminiologie anglo-saxonne), organisées en matrice généralement carrée, typiquement 100x100 pixels. L'utilisation d'un matériau photosensible dans le spectre visible et proche infrarouge, par exemple le Silicium, convient particulièrement à la détection d'un laser émettant dans le proche infrarouge, comme le laser Nd :YAG, à 1,06 µm. Selon l'invention, le détecteur CCD est commandé par les moyens de commande MCD de telle sorte à fonctionner selon un mode de fonctionnement CCD classique lorsque le détecteur d'harmonisation est en mode imagerie et selon un mode dit « tapis roulant » lorsque le détecteur est en mode harmonisation. Dans le mode de fonctionnement classique (mode imagerie), le détecteur CCD fait l'acquisition de la scène (conversion des photons reçus en charges puis intégration dans des puits de potentiel des charges libérées proportionnellement à l'éclairement reçu pendant un temps d'intégration prédéterminé, typiquement de l'ordre de 20 msec), puis les charges sont transférées en colonne et échantillonnées par multiplexage ligne à ligne afin de former des signaux séquentiels qui forment le signal de visualisation (phase de lecture de l'image), et ce, pendant l'acquisition de l'image suivante. Un calcul de sensibilité montre que, en absence de bruit dû au fond de scène, le système détecte des impulsions laser avec de bonnes performances. Par contre, de jour, la contribution de l'éclairement solaire perturbe de façon importante le signal, même après filtrage autour de la longueur d'onde du laser, car le temps d'intégration de l'image est long devant la durée de l'impulsion. Le mode « tapis roulant », décrit dans le brevet FR 2 740 558 au nom de la déposante, permet la détection du flux provenant de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène dans le flux continu diffusé par la scène.
La figure 4 montre un schéma d'un mode de fonctionnement d'un détecteur CCD en mode tapis roulant. Il s'agit dans cet exemple d'une matrice de détection dite à transfert de trames, comprenant de manière classique une zone image 40 et une zone mémoire 41. Pour simplifier la figure, la zone image est constituée de 4x4 zones photosensibles (ou pixels) Pi et la zone mémoire forme un circuit de multiplexage CCD, composée de mémoires élémentaires Mi, réalisées en circuiterie CMOS intégrée. Le détecteur comporte en outre un registre de sortie R et un étage d'amplification A. Il est commandé par les moyens de commande MCD du dispositif selon l'invention, reliés au détecteur rapide d'impulsion DETIMP.
Le fonctionnement en mode tapis roulant appliqué à une matrice CCD à transfert de trames se sépare en deux phases : une phase d'attente de détection et une phase de lecture après détection. Dans la première phase d'attente, le signal S délivré par le détecteur rapide DETIMP est nul, traduisant l'absence d'impulsion. Pendant ce temps, le CCD est en transfert permanent à haute cadence, ce qui se traduit par un temps d'intégration très réduit (typiquement 250 µsec) par rapport au temps d'intégration en mode imagerie. Grâce à la haute cadence de transfert vertical, l'acquisition du signal de fond est donc réduite à un temps minimum, d'où le bruit associé minimale, permettant la détection d'impulsion de très faible niveau. Dans la deuxième phase, lorsque l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène est détectée par le détecteur rapide, le transfert des lignes à haute cadence est alors poursuivi jusqu'à amener la zone image dans la zone mémoire, puis la zone mémoire est lue à une cadence normale, la phase de lecture comprenant le transfert des charges vers le circuit de multiplexage intégré au détecteur et vers le registre de sortie R pour former, après amplification par l'étage d'amplification A une image, correspondant à un signal de visualisation SV au standard video désiré.
Les moyens de calcul MCL du dispositif selon l'invention, pouvant être réalisés par un processeur commun aux moyens de commande MCD, permettent alors de calculer, à partir de la position du ou des pixels illuminé(s) dans l'image par l'impulsion laser, les défauts d'harmonisation correspondant aux écarts angulaires entre l'axe de la ligne de visée du détecteur d'harmonisation et l'axe de la voie d'émission laser.
D'autres modes de fonctionnement d'un détecteur CCD en mode tapis roulant sont possibles. On peut par exemple substituer au détecteur à transfert de trames, comme illustré sur la figure 4, un détecteur dit pleine image (« full frame array » en terminologie anglosaxonne) où les pixels occupent quasiment toute la surface de la matrice et dans lequel le transfert est dit par ligne, les charges d'une même ligne étant simultanément transférées ligne à ligne. Comme précédemment, le fonctionnement en mode tapis roulant comprend une première phase d'attente pendant laquelle le transfert se fait à haute cadence, puis une phase de lecture après qu'une impulsion a été détectée par le détecteur rapide DETIMP.
Un autre exemple de détecteur peut être adapté au dispositif selon l'invention. Il s'agit d'une matrice de photo-détecteurs, chaque photo-détecteur étant relié à un circuit de lecture des moyens de commande MCD de la matrice par un circuit d'entrée qui assure pour le photo-détecteur qui lui est couplé, les fonctions de polarisation et d'intégration du signal photo-électrique, le circuit de lecture permettant le multiplexage des signaux délivrés pour la formation d'un signal vidéo. Dans un mode de fonctionnement particulier de cette matrice, décrit dans le brevet FR 2 762 082 au nom de la déposante, il est possible de détecter une impulsion laser courte dans le flux continu diffusé par la scène. La matrice de photo-détecteurs est adaptée pour former le détecteur d'harmonisation du dispositif selon l'invention pouvant fonctionner selon un mode imagerie classique et selon un mode harmonisation.
En mode harmonisation, le fonctionnement de la matrice de photo-détecteurs comprend comme précédemment deux phases, une phase d'attente de détection, pendant laquelle le signal photo-électrique généré par chaque photo-détecteur est intégré de manière continue, et une phase de lecture de l'image, après détection par le détecteur rapide DETIMP de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène. La phase d'attente comprend pour chaque photodétecteur une succession de cycles d'intégration très courts (de l'ordre de la microseconde). Durant chaque cycle d'intégration, le photodétecteur n'intègre qu'une quantité de charges infinitésimale qui est transférée dans une mémoire tampon et conservée jusqu'à l'approche de la fin du cycle suivant puis rejeté sans lecture préalable si aucun signal provenant du détecteur rapide n'est détecté. Lorsqu'une impulsion laser est détectée par le détecteur rapide, les moyens de commande MCD déclenchent dans chaque photodétecteur la sommation du signal en cours d'intégration avec le contenu de la cellule mémoire associée, permettant d'éviter ainsi toute perte d'information. Chaque cellule mémoire contient alors un signal négligeable issu du fond de scène, à l'exception de celle associée au photodétecteur ayant reçu l'impulsion laser et pour lequel le signal de fond est dominé par le signal détecté provenant de l'impulsion. Les moyens de commande MCD déclenchent alors la seconde phase correspondant à la lecture, à cadence normale (typiquement quelques millisecondes) du contenu des mémoires, délivrant une image à partir de laquelle on peut connaítre la position de la tache laser sur le détecteur d'harmonisation formé de la matrice de photo-détecteurs. Les moyens de calcul MCL permettent alors l'évaluation des défauts d'harmonisation.
En mode imagerie, les moyens de commande MCD génèrent un temps d'intégration beaucoup plus long pour chaque photodétecteur (de l'ordre de la milliseconde par exemple), puis déclenchent la phase de lecture, permettant ainsi d'obtenir une image normale de la scène.
La matrice de détecteurs est plus complexe, et plus coûteuse, à mettre en oeuvre que le détecteur à « tapis roulant » du fait que chaque photo-détecteur a son propre circuit d'intégration des charges (circuit d'entrée). Elle présente cependant par rapport au détecteur CCD plusieurs avantages. Notamment, le choix des photo-détecteurs, de préférence de type photo-voltaïque, permet de s'adapter à d'autres longueurs d'onde du laser d'émission. Ainsi, pour la longueur d'onde usuelle de 1,06 µm ou de 1,56 µm pour l'application télémétrie par exemple, les détecteurs réalisés sur InGaAs, InSb ou encore HgCdTe seront privilégiés et pourront, selon leur nature et selon les performances recherchées, fonctionner fortement, peu ou non refroidis. Pour les longueurs d'onde situées dans l'infrarouge lointain, des détecteurs de type HgCdTe ou AsGa multipuits quantiques, fortement refroidis, seront préférés. Dans le cas où le matériau choisi pour le détecteur est compatible d'une imagerie dans la bande infrarouge, il n'est pas nécessaire de rajouter un second détecteur d'imagerie infrarouge, comme c'est le cas dans l'exemple de la figure 2, sauf si l'on veut une totale simultanéité entre les modes harmonisation et imagerie. L'utilisation d'une matrice de photo-détecteurs comme détecteur d'harmonisation permet également, en mode harmonisation, de limiter les photo-détecteurs utilisés à ceux situés à proximité du centre du champ du détecteur (fenêtrage de la matrice centré sur l'axe de visée de la voie d'observation). En effet, comme il s'agit d'harmonisation, les écarts entre les lignes de visée de la voie d'observation et de la voie laser sont a priori faibles et l'impulsion laser que l'on cherche à détecter ne peut pas apparaítre dans la partie centrale du champ. Cela permet de diminuer un peu la complexité de traitement du détecteur en mode harmonisation.
Bien que les détecteurs d'harmonisation décrits ci-dessus soient des exemples préférés pour la mise en oeuvre du dispositif d'harmonisation selon l'invention, celui-ci n'est pas limité à ces exemples. D'autres détecteurs d'imagerie sont envisageables si, en plus de leur fonction d'imageur, ils peuvent, dans un mode de fonctionnement particulier, et associés à un détecteur rapide d'impulsion, détecter une impulsion laser dans un flux de fond continu, afin de procéder à l'harmonisation entre la voie laser d'émission et la voie d'observation en conditions réelles, c'est à dire grâce à l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène elle-même.
Avantageusement, pour la même raison que celle invoquée plus haut, la surface de détection du détecteur rapide DETIMP peut être réduite par rapport au champ total de l'image, en la centrant sur l'axe de la ligne de visée de la voie d'observation. En effet, la probabilité de détection de l'impulsion rétroréfléchie par la scène lors de la procédure d'harmonisation est maximale dans la partie centrale du champ. En réduisant la zone sensible du détecteur, on augmente sa détectivité, ce qui améliore encore les performances du dispositif d'harmonisation. En améliorant ainsi la détectivité du détecteur rapide, on peut en outre utiliser ce même détecteur, le cas échéant, comme détecteur de télémétrie.
Avantageusement, le dispositif d'harmonisation selon l'invention comprend en outre des moyens électroniques de filtrage passe-haut du signal délivré par le détecteur d'impulsion DETIMP, permettant de couper le signal correspondant au flux lumineux généré par la rétrodiffusion sur l'atmosphère de l'impulsion laser émise. En effet, lors d'une procédure d'harmonisation, une impulsion laser est émise vers la scène puis le flux rétroréfléchi par la scène est détecté comme cela a été décrit précédemment, afin de calculer les éventuels erreurs d'harmonisation. Nous avons vu que la fonction du détecteur d'impulsion est de détecter l'instant d'arrivée de l'impulsion rétroréfléchie sur le détecteur d'harmonisation afin de déclencher la phase de lecture de l'image sur laquelle apparaít l'impact laser. Or suivant les conditions météorologiques, il est possible qu'il y ait un effet de rétrodiffusion de l'impulsion laser par l'atmosphère à sa sortie de l'équipement, entraínant une détection intempestive de flux lumineux à la longueur d'onde du laser d'émission par le détecteur rapide DETIMP. Cependant, le flux détecté par le détecteur rapide DETIMP et correspondant à la rétrodiffusion sur l'atmosphère s'étend pendant un temps beaucoup plus long que la durée de l'impulsion. La figure 5 représente ainsi, selon un exemple, l'allure du signal délivré par le détecteur rapide en fonction du temps. L'origine des temps correspond à l'instant d'émission de l'impulsion laser. Le signal S1 correspondant au flux rétrodiffusé par l'atmosphère s'étend pendant un temps T1 prédéterminé, dont la durée est corrélée à la distance sur laquelle l'impulsion laser peut être rétrodiffusée vers l'équipement. Ce temps, qui peut être de quelques dizaines de microsecondes, est nettement supérieur au temps T2 du signal S2 correspondant à la durée de l'impulsion rétroréfléchie par la scène. Les moyens de filtrage électroniques du dispositif selon l'invention permettent ainsi de couper le signal parasite basse fréquence S1 et de ne garder que le signal utile S2 correspondant à l'impulsion rétroréfléchie par la scène. Un autre moyen de s'en affranchir consiste à prévoir en sortie du détecteur rapide DETIMP des moyens électroniques d'inhibition du signal délivré par le détecteur d'impulsion pendant un temps prédéterminé après l'émission d'une impulsion laser, et correspondant au flux lumineux généré par la rétrodiffusion sur l'atmosphère de l'impulsion laser émise. Ce temps d'inhibition, pendant lequel le signal délivré ne sera pas pris en compte par les moyens de commande MCD, pourra être de quelques dizaines de microsecondes par exemple.

Claims (11)

  1. Dispositif pour l'harmonisation entre une voie d'émission d'une impulsion laser vers une scène et une voie passive d'observation de la scène, la voie d'observation comprenant notamment un objectif de focalisation (OBJ, OPT) pour former l'image de la scène sur au moins un détecteur d'imagerie (DETVIS, DETIR), le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend
    un détecteur rapide (DETIMP) d'impulsion laser permettant de déterminer l'instant d'arrivée de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène sur le ou les détecteur(s) d'imagerie,
    un détecteur d'harmonisation (DETVIS) formant l'un desdits détecteurs d'imagerie et comprenant notamment un ensemble de zones photosensibles dans la bande spectrale du laser d'émission,
    des moyens de commande (MCD) du détecteur d'harmonisation en mode imagerie ou en mode harmonisation, recevant le signal (S) délivré par le détecteur rapide, et permettant, en mode harmonisation, le fonctionnement du détecteur d'harmonisation selon deux phases,
    une première phase d'attente, pendant laquelle les charges électriques issues de la conversion des photons reçus par les zones photosensibles sont intégrées de façon quasi-continue avec un temps d'intégration suffisamment court pour permettre la détection du flux provenant d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène dans le flux continu diffusé par la scène,
    une deuxième phase de lecture, déclenchée par le signal reçu du détecteur rapide au moment de la détection d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène, entraínant la mise en séquence des charges intégrées au moment de la détection de ladite impulsion afin de détecter dans l'image ainsi obtenue la position de la tache laser correspondante,
    des moyens de calcul (MCL) permettant de calculer, à partir de la position de la tache laser dans l'image, les défauts d'harmonisation correspondant aux écarts angulaires (δx, δy) entre l'axe (Δi) de la voie d'observation et celui (Δℓ) de la voie d'émission laser.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de filtrage optiques (FLTIMP) de transmission centrée sur la bande spectrale du laser d'émission, positionné devant le détecteur rapide d'impulsion (DETIMP).
  3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur rapide est positionné à proximité d'un plan focal de l'objectif de focalisation de la voie d'observation, et présente une surface photosensible de dimension inférieure au champ total de l'image, centrée sur l'axe (Δi) de la voie d'observation.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la voie d'émission présentant une fonction de télémétrie, le détecteur rapide est également le récepteur laser pour réaliser la télémétrie.
  5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur d'harmonisation étant utilisé soit en mode harmonisation, soit en mode imagerie, il comprend en outre des moyens de filtrage optiques amovibles (FLTHAR), de transmission centrée sur la bande spectrale du laser d'émission, positionné devant le détecteur matriciel pendant la phase d'harmonisation et retiré pendant la phase d'imagerie.
  6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens électroniques de filtrage passe-haut du signal délivré par le détecteur d'impulsion, permettant de couper le signal correspondant au flux lumineux généré par la rétrodiffusion sur l'atmosphère de l'impulsion laser émise.
  7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens électroniques d'inhibition du signal délivré par le détecteur d'impulsion pendant un temps prédéterminé après l'émission d'une impulsion laser, et correspondant au flux lumineux généré par la rétrodiffusion sur l'atmosphère de l'impulsion laser émise.
  8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur d'harmonisation est un détecteur CCD fonctionnant en mode tapis roulant pendant la phase d'harmonisation, les moyens de commande (MCD) faisant fonctionner le détecteur CCD en transfert permanent à haute cadence pendant la phase d'attente.
  9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le détecteur d'harmonisation est formé d'une matrice de photo-détecteurs, chaque photodétecteur étant relié à un circuit de lecture appartenant aux moyens de commande (MCD) par un circuit d'entrée qui assure pour le photo-détecteur qui lui est couplé l'intégration des charges, les moyens (MCD) déclenchant pendant la phase d'attente, pour chaque photo-détecteur, une succession de cycles d'intégration très courts durant lesquels le photodétecteur intègre une quantité de charges infinitésimales qui est rejetée sans lecture préalable si aucun signal provenant du détecteur rapide (DETIMP) n'est détecté.
  10. Système optronique de poursuite d'une cible dans une scène, comprenant notamment un laser (LAS) d'illumination de la cible par l'émission d'impulsions et un imageur multispectral de poursuite de la scène comprenant notamment un détecteur sensible dans l'infrarouge (DETIR), un détecteur sensible dans le visible-proche infrarouge (DETVIS) et une optique (OPT) multispectrale pour former l'image de la scène simultanément sur chacun desdits détecteurs, le système étant caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif pour l'harmonisation entre la voie laser et la voie de l'imageur multispectral selon l'une des revendications précédentes, le détecteur d'harmonisation dudit dispositif étant le détecteur (DETVIS) sensible dans le visible-proche infrarouge, et caractérisé en ce qu'en mode harmonisation, une correction des défauts d'harmonisation est appliquée sur la position du centre de poursuite du détecteur infrarouge (DETIR) après chaque émission d'une impulsion laser vers la cible.
  11. Système optronique selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir dichroïque (M3), en ce que l'optique multispectrale est de type catadioptrique, réalisée au moyen de miroirs (M1, M2), qui, associés audit miroir dichroïque, permet d'imager la scène sur chacun desdits détecteurs.
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