ES2234789T3 - Dispositivos para la armonizacion entre una via de emision laser y una via pasiva de observacion. - Google Patents
Dispositivos para la armonizacion entre una via de emision laser y una via pasiva de observacion.Info
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Abstract
Dispositivo para la armonización entre una vía de emisión de un impulso láser hacia una escena y una vía pasiva de observación de la escena, comprendiendo la vía de observación particularmente un objetivo de focalización (OBJ, OPT) para formar la imagen de la escena en al menos un detector de formación de imagen (DETVIS, DETIR), caracterizándose el dispositivo porque comprende - un detector rápido (DETIMP) de impulso láser que permite determinar el instante de llegada del impulso láser retrorreflejado por la escena sobre el o los detector(es) de formación de imagen, - un detector de armonización (DETVIS) que forma uno de los indicados detectores de formación de imagen y que comprende particularmente un conjunto de zonas fotosensibles en la banda espectral del láser de emisión, - medios de control (MCD) del detector de armonización en la modalidad de formación de imagen o en la modalidad de armonización, que recibe la señal (S) proporcionada por el detector rápido, y que permite, en la modalidad de armonización, el funcionamiento del detector de armonización según dos fases, - una primera fase de espera, durante la cual las cargas eléctricas procedentes de la conversión de los fotones recibidos por las zonas fotosensibles se integran de forma casi-continua con un tiempo de integración lo suficientemente corto para permitir la detección del flujo procedente de un impulso láser retrorreflejado por la escena en el flujo continuo difundido por la escena, - una segunda fase de lectura, desencadenada por la señal recibida del detector rápido en el momento de la detección de un impulso láser retrorreflejado por la escena, produciendo la puesta en secuencia de las cargas integradas en el momento de la detección del indicado impulso con el fin de detectar en la imagen así obtenida la posición de la mancha láser correspondiente, - medios de cálculo (MCL) que permiten calcular, a partir de la posición de la mancha láser en la imagen, los defectos de armonización que corresponden a las diferencias angulares (deltax, deltay) entre el eje (Deltai) de la vía de observación y el del (Deltal) de la vía de emisión láser.
Description
Dispositivos para la armonización entre una vía
de emisión láser y una vía pasiva de observación.
La invención se refiere a un dispositivo para la
armonización entre una vía de emisión láser y una vía pasiva de
observación. La armonización consiste en hacer paralelos los ejes
ópticos de estas vías con el fin de que las mismas tengan una línea
de mira común. La invención se aplica particularmente a los sistemas
de designación de blanco que comprenden una vía láser de telemetría
o de iluminación y una vía pasiva de observación con un detector de
formación de imagen que permite visualizar y perseguir el blanco.
También se aplica a los sistemas de formación de imagen
activa/pasiva que comprenden una vía de emisión láser de barrido y
una vía de formación de imagen pasiva. Más generalmente, la
invención se aplica a cualquier sistema para el cual sea necesario
armonizar la vía de emisión láser y la vía pasiva de
observación.
En condiciones de entorno severas,
particularmente de temperatura y vibración, la designación de blanco
por láser se realiza ventajosamente gracias a un "pod"
(significando este término compartimiento en lengua anglosajona)
situado en transporte externo de la aeronave. Puede incluir una vía
de observación que comprende un detector de formación de imagen
visible y/o un detector de formación de imagen de detección por
infrarrojos, en banda II o III, que permite localizar el blanco, así
como una vía láser, cuyo eje óptico puede separarse o confundirse
con el de la vía de observación, emitiendo por ejemplo en el próximo
al infrarrojo y "enclavado" en la vía de observación. Este
enclavamiento supone el perfecto "alineamiento" entre las dos
vías, es decir el perfecto paralelismo de sus ejes ópticos
(confundidos o no), que definen entonces una misma línea de mira.
Esta armonización debe poder ser controlada en el transcurso de la
misión.
En un equipo de Aire/Tierra para el guiado por
láser de municiones por ejemplo, la armonización entre el láser de
iluminación y el eje de mira del detector de formación de imagen
puede realizarse de diferentes modos y particularmente, cuando el
detector tiene una banda espectral compatible con la longitud de
onda del láser, reinyectando una parte de la energía emitida por el
láser en la pupila de entrada del detector de formación de imagen.
La posición de la imagen de la mancha láser así obtenida con
relación al centro del campo del detector de formación de imagen
indicará el error de armonización. Para proceder a la armonización
entre las vías, es necesario que el medio utilizado para realizar la
reinyección reenvíe la luz según la dirección incidente, por ejemplo
con la ayuda de un espejo en cuña de cubo.
La figura 1 ilustra mediante un esquema
simplificado un ejemplo de dispositivo de armonización según la
técnica anterior. La vía de observación de eje óptico \Deltai (con
línea de trazo continuo en la figura 1) comprende en este ejemplo un
dispositivo afocal AFO, un objetivo de focalización OBJ que permite
formar la imagen de una escena en un detector de formación de imagen
DET, por ejemplo un detector de silicio que funciona en el visible y
el próximo al infrarrojo. La vía láser de eje \Delta\ell (con
línea de trazo interrumpido alterno corto y largo) comprende un
láser LAS de iluminación que emite en el próximo al infrarrojo. Un
mezclador MEL, cuya transmisión y reflexión se adaptan a la longitud
de onda del láser transmitiendo el máximo del flujo emitido por la
escena, permite superponer las dos vías. El dispositivo de
armonización comprende en este ejemplo una cuña de cubo CCB y un
juego de espejos 11, 12 situados sobre la vía láser, río arriba del
mezclador MEL, siendo uno de los dos espejos móvil en rotación
(espejo 11). Para proceder a la armonización, el espejo 11 se
orienta de tal forma que envíe hacia la cuña de cubo CCB el impulso
láser que se encuentra así reinyectado en la vía de formación de
imagen \Deltai (camino óptico indicado con línea de trazo
interrumpido en la figura 1). Una aleta (no representada), que
permite cortar el flujo procedente de la escena, se cierra durante
la fase de armonización y la imagen del impulso láser sobre el
detector de formación de imagen puede visualizarse con el fin de
determinar los defectos de armonización correspondiente a las
desviaciones angulares entre el eje de la línea de mira del detector
y la posición de la imagen láser.
En la práctica, este dispositivo de armonización
presenta un cierto número de inconvenientes que conducen a
rendimientos modestos. Particularmente, las imperfecciones de la
cuña de cubo unidos a los defectos de realización producen errores
de armonización. Por otra parte, cuando la cuña de cubo se coloca
delante de la pupila común a las vías láser y de observación, como
es el caso en la figura 1, esta solo puede cubrir una parte de esta
pupila (por motivos de voluminosidad), produciendo una imagen del
impulso láser sobre el detector de dimensión relativamente
importante y una precisión de armonización limitada. Además, si el
reparto de energía láser no es uniforme en toda la pupila, el hecho
de no cubrir toda la pupila puede inducir a errores de armonización.
Por último, en el caso en que la cuña del cubo no se coloque en el
centro de la pupila del detector, el efecto de las aberraciones
degrada la imagen y puede inducir a un error de posición de su
baricentro.
La presente invención propone un dispositivo de
armonización muy preciso que no presenta los inconvenientes de la
técnica anterior. La invención consiste en visualizar con la ayuda
del mismo detector de formación de imagen utilizado para poner en
imagen la escena, la imagen del impulso láser retrorreflejado por la
escena propiamente dicha y ya no por una cuña de cubo. Para ello, la
invención utiliza un detector específico que puede funcionar según
dos modos, un modo de formación de imagen clásica y un modo de
armonización en el cual el flujo procedente del impulso láser
retrorreflejado puede detectarse en el flujo continuo difundido por
la escena.
Más precisamente, la invención se refiere a un
dispositivo para la armonización entre una vía de emisión de un
impulso láser hacia una escena y una vía pasiva de observación de la
escena, comprendiendo la vía de observación particularmente un
objetivo de focalización para formar la imagen de la escena sobre al
menos un detector de formación de imagen, caracterizándose el
dispositivo porque comprende
- un detector rápido de impulsos láser que
permite determinar el instante de llegada del impulso láser
retrorreflejado por la escena sobre el o los detector(es) de
formación de imagen.
- un detector de armonización que forma uno de
los indicados detectores de formación de imagen y que comprende
particularmente un conjunto de zonas fotosensibles en la banda
espectral del láser de
emisión,
emisión,
- medios de control del detector de armonización
en la modalidad de formación de imagen o en la modalidad de
armonización, que reciben las señal suministrada por el detector
rápido, y que permiten, en la modalidad de armonización, el
funcionamiento del detector de armonización según dos fases,
- una primera fase de espera, durante la cual las
cargas eléctricas procedentes de la conversión de los fotones
recibidos por las zonas fotosensibles se integran de forma casi
continua con un tiempo de integración lo suficientemente corto para
permitir la detección del flujo procedente de un impulso láser
retrorreflejado por la escena en el flujo continuo difundido por la
escena,
- una segunda fase de lectura, desencadenada por
la señal recibida del detector rápido en el momento de la detección
de un impulso láser retrorreflejado por la escena, produciendo la
puesta en secuencia de las cargas integradas en el momento de la
detección del mencionado impulso con el fin de detectar en la imagen
así obtenida la posición de la mancha láser correspondiente,
- medios de cálculo que permiten calcular, a
partir de la posición de la mancha láser en la imagen, los defectos
de armonización que corresponden a las desviaciones angulares entre
el eje de la vía de observación y el de la vía de emisión láser.
Además del hecho de que aporta una precisión muy
grande, el dispositivo según la invención permite realizar la
armonización en situación real, ya que la mancha láser formada sobre
el detector es la misma que la que deberá seguir, por ejemplo, un
arma guiada por láser. Permite además eximir la utilización de un
mezclador cuyas especificaciones son fastidiosas, entre la vía láser
y la vía de observación.
Otras ventajas y características de la invención
aparecerán con la lectura de la descripción que sigue, ilustrada por
las figuras que representan:
- la figura 1 (ya descrita), un dispositivo de
armonización entre una vía láser y una vía de formación de imagen,
según la técnica anterior;
- la figura 2, el esquema de arquitectura de un
sistema óptico que utiliza un dispositivo de armonización según la
invención;
- las figuras 3A y 3B, ejemplos que ilustran la
posición de la mancha láser en la imagen antes y después de la
rectificación de los defectos de armonización;
- la figura 4, un ejemplo preciso de detector de
armonización;
- la figura 5, el comportamiento de la señal
proporcionada por el detector de impulsos en función del tiempo,
según un ejemplo.
En estas figuras, los elementos homólogos se
indican por los mismos índices.
La figura 2 representa para ilustrar la
invención, la arquitectura de conjunto de un equipo optrónico de
formación de imagen y de seguimiento de blanco en configuración
Aire/Tierra, equipado con un dispositivo de armonización según un
ejemplo de realización. Los diferentes subconjuntos representados en
la figura están montados en una estructura portadora rígida (blanco
óptico equipado no representado) que está por si misma instalada en
el interior de una cubierta transportada por una aeronave. El equipo
comprende una vía de emisión (de eje óptico \Delta\ell) de un
impulso láser emitido por un emisor láser LAS cuya longitud de onda
es compatible con la función de iluminación del blanco a realizar,
con su óptica de colimación COL que permite obtener un haz de escasa
divergencia en la dirección \Delta\ell. Se trata por ejemplo en
el caso de un equipo de seguimiento de blanco de un láser Nd:YAG que
emite impulsos de algunas decenas de nanosegundos, a 1,06 \mum.
Comprende por otro lado una vía de observación (de eje óptico
\Deltai) formada en este ejemplo por un formador de imagen
multiespectral, ventajosamente equipado con una óptica de
focalización OPT catadióptrica de varios espejos cuyo acromatismo
limita la introducción de defectos de armonización suplementarios.
En el ejemplo de la figura 2, la vía de emisión láser es distinta de
la vía de formación de imagen, lo cual permite limitar el flujo
láser retrodifundido en la vía de formación de imagen. Pero es
posible concebir un sistema en el cual los impulsos láser en la
emisión se inyectan en la vía de formación de imagen, a nivel de la
parte afocal de la óptica de la vía de formación de imagen. Ello
permite, utilizando una óptica catadióptrica, limitar la
introducción de defectos de armonización relacionados con el
cromatismo. En el ejemplo de la figura 2, se trata de una óptica de
tipo "Cassegrain", realizada por medio de dos espejos M1, M2.
Un espejo dicroico M3 separa la vía de observación en una vía
infrarroja, de eje \Deltai_{IR} y una vía visible/próxima al
infrarrojo de eje \Deltai_{VIS}. Estas dos vías están equipadas
respectivamente de un detector de formación de imagen DET_{IR}
sensible en el infrarrojo y un detector de formación de imagen
DET_{VIS} sensible en el visible y el próximo al infrarrojo, en
los cuales la óptica de focalización OPT forma la imagen de la
escena en cada una de las bandas espectrales. El conjunto
opto-mecánico está montado y ajustado en fábrica de
forma que los ejes \Delta\ell y \Deltai sean paralelos. Sin
embargo, no obstante de todas las precauciones tomadas en la
concepción, la fabricación, y el ajuste, este paralelismo no es
generalmente valedero con una precisión suficiente en utilización
operacional, habida cuenta de las tensiones del entorno soportadas
por el equipo, que conducen a desplazamientos de eje, sobre todo a
nivel del láser. Por consiguiente es necesario proceder a una
armonización en vuelo.
Según la invención, el dispositivo para la
armonización entre la vía láser de eje \Delta\ell y la vía de
observación de eje \Deltai comprende un detector rápido de
impulsos láser DET_{IMP}, que permite determinar el momento de la
llegada del impulso láser retrorreflejado por la escena sobre el o
los detector(es) de la vía de observación y que proporciona
una señal S. En el ejemplo de la figura 2, el detector rápido
DET_{IMP} está colocado en un plano focal de la óptica
multiespectral OPT gracias a un espejo M_{4} obteniendo de la vía
visible-próxima al infrarrojo una parte del flujo.
Comprende además un detector de armonización que forma uno de los
detectores de formación de imagen (en el ejemplo de la figura 2, se
trata del detector DET_{VIS}), y de los medios de control MCD del
detector de armonización, que recibe la señal S proporcionada por el
detector rápido DET_{IMP}. Según la invención, el detector de
armonización, controlado por los medios de control MCD, puede
funcionar según dos modos, un modo de formación de imagen clásico y
un modo de armonización en el cual el flujo procedente del impulso
láser retrorreflejado por la escena puede detectarse en el flujo
continuo difundido por la escena, permitiendo así detectar los
defectos de armonización.
Para ello, el detector de armonización comprende
particularmente un conjunto de zonas fotosensibles en la banda
espectral del láser de emisión. Los medios MCD controlan el detector
de armonización en la modalidad de formación de imagen o en la
modalidad de armonización. Reciben la señal S proporcionada por el
detector rápido, y permiten, en la modalidad de armonización, el
funcionamiento del detector de armonización según dos fases. En una
primera fase de espera, las cargas eléctricas procedentes de la
conversión de los fotones recibidos por las zonas fotosensibles se
integran de forma casi-continua con un tiempo de
integración lo suficientemente corto para permitir la detección del
flujo procedente de un impulso láser retrorreflejado por la escena
en el flujo continuo difundido por la escena. En una segunda fase de
lectura, desencadenada por la señal S recibida del detector rápido
en el momento de la detección de un impulso láser retrorreflejado
por la escena, las cargas integradas en el momento de la detección
del mencionado impulso se ponen en secuencia con el fin de detectar
en la imagen así obtenida la posición de la mancha láser
correspondiente. Ejemplos de detectores aplicables en el dispositivo
de armonización según la invención se describirán con más detalle
en lo que sigue.
Ventajosamente, medios de filtrado óptico
FLT_{IMP} y FLT_{HAR}, cuyas transmisiones se centran en la
banda espectral del láser de emisión, se encuentran posicionados
respectivamente delante del detector de impulsos DET_{IMP} y,
durante la fase de armonización, delante del detector de
armonización (DET_{VIS} en el ejemplo de la figura 2), con el fin
de mejorar la detectividad de estos detectores en la longitud de
onda del láser. Los medios de filtrado FLT_{IMP} son fijos,
mientras que los medios de filtrado FLT_{HAR} son ventajosamente
amovibles con el fin de poder ser retirados en la modalidad de
formación de imagen clásica, fuera de los períodos de funcionamiento
en la modalidad de armonización.
El dispositivo de armonización según la invención
comprende además medios de cálculo MCL que permiten calcular, a
partir de la posición de la mancha láser en la imagen, los defectos
de armonización entre el eje \Deltai de la vía de observación y el
de \Delta\ell de la vía de emisión láser, correspondiendo estos
defectos a los desvíos angulares \deltax, \deltay entre el
centro de la imagen y la posición de la mancha láser, imagen del
impulso láser retrorreflejado por la escena a través de la óptica de
focalización OPT. La figura 3A ilustra así mediante un ejemplo la
posición de la mancha láser IML en la imagen, y los desvíos
\deltax, \deltay entre la mancha láser IML y el centro de la
imagen IMC correspondiente al eje \Deltai de la línea de mira del
detector de armonización. En el caso por ejemplo de un equipo de
seguimiento automático de blanco, el centro de la imagen IMC
corresponde al centro de seguimiento y la corrección del error de
armonización consiste entonces por ejemplo en desplazar
electrónicamente el centro de seguimiento automático del valor
opuesto del desvío medido. Así, durante la fase de funcionamiento
normal, es decir en la modalidad de formación de imagen, los medios
de filtrado FLT_{HAR}son retirados y el punto del blanco al cual
se engancha el detector de imagen se encuentra entonces confundido,
como aparece en la figura 3B, con el punto de impacto IML del
impulso láser.
El dispositivo de armonización según la invención
permite así una armonización muy precisa entre el eje de la línea de
mira del láser y el centro de referencia del detector de formación
de imagen de la vía de observación pues utiliza directamente la
imagen de la mancha láser formada sobre la escena observada, lo cual
permite tener la mejor resolución posible. Permite obtener una
armonización muy precisa entre el láser de iluminación y la posición
del punto perseguido automáticamente en la escena, lo cual permite
una precisión de impacto de la munición muy elevada en caso de tiro
de armamento guiado por láser, o una precisión muy grande de
localización para los equipos de observación o de vigilancia.
La utilización de una óptica multiespectral común
para los dos vías próxima al infrarrojo e infrarrojo, como es el
caso en el ejemplo de la figura 2, permite al equipo disponer de
esta capacidad de armonización muy precisa tanto en funcionamiento
de día como en funcionamiento de noche. En efecto, el dispositivo de
armonización puede funcionar de día, incluso con iluminación muy
fuerte, gracias a la utilización del detector de armonización
específico, y puede igualmente funcionar de noche. En este caso, el
detector de armonización (detector de formación de imagen próxima al
infrarrojo en el ejemplo de la figura 2), se utiliza durante la fase
de armonización para localizar la mancha de láser sobre la escena,
como se ha descrito anteriormente, mientras que el detector de
infrarrojos realiza por ejemplo el seguimiento del blanco de forma
continua, sin ser perturbado por la fase de armonización. Al final
de cada ciclo de armonización, la corrección se aplica
automáticamente sobre la posición del centro de seguimiento del
detector de infrarrojos DET_{IR}, permitiendo realizar la
armonización de forma permanente, en cada tiro. De día, con el fin
de no perturbar el seguimiento del blanco, es igualmente posible
realizar el seguimiento en infrarrojos, con puede ser una resolución
un poco menos buena, mientras que el detector próximo al infrarrojo
se utiliza para realizar la armonización. Después de la fase de
armonización, se puede volver en seguimiento próximo al infrarrojo
poniendo en funcionamiento el detector de armonización en la
modalidad de formación de imagen clásica, con el fin de aprovechar
eventualmente la mejor resolución inherente a esta banda
espectral.
Obsérvese que en este ejemplo de realización del
dispositivo de armonización, es necesario que las dos vías de
infrarrojos y próxima al infrarrojo estén perfectamente armonizadas,
para poder transferir a la vía de infrarrojos el desvío de
armonización medida sobre la vía próxima al infrarrojo. Esto es
relativamente fácil en la medida en que estas dos vías utilicen la
misma óptica multiespectral y que la estructura común que lleva la
óptica y los detectores de formación de imagen pueda ser bastante
compacta y por consiguiente muy rígida. Con todo, en presencia de
gradientes térmicos a nivel de esta estructura, pueden producirse
desalineamientos entre estas dos vías, se pueden medir estos
gradientes con la ayuda de captadores de temperatura colocados en
ciertas partes de la estructura, y aplicar correcciones de
armonización procedentes de una tabla de valores previamente
establecidos por estímulos comportamentales en térmica de la
estructura. De todas formas, estas correcciones, cuando son
necesarias, son de segundo orden con relación a las correcciones
medidas gracias al detector de armonización del dispositivo de
armonización según la invención.
Se describen ahora más en detalle ejemplos de
detectores de armonización, que asociados con el detector de
impulsos, permiten el funcionamiento del dispositivo según la
invención.
Un primer ejemplo privilegiado consiste en
utilizar como detector de armonización un detector de formación de
imagen de integración y transferencia del tipo CCD (iniciales de
"Charge Coupled Device" en terminología anglosajona), situado
precisamente en el plano focal del objetivo de focalización de la
vía de observación, e incluyendo un conjunto de zonas fotosensibles
de silicio (o "pixels" según la terminología anglosajona),
organizadas en matriz generalmente cuadrada, típicamente 100x100
pixels. La utilización de un material fotosensible en el espectro
visible y próximo al infrarrojo, por ejemplo el silicio, es adecuado
particularmente para la detección de un láser que emite en el
próximo al infrarrojo, como el láser Nd:YAG a 1,06 \mum. Según la
invención, el detector CCD es controlado por los medios de control
MCD de tal forma que funcione según un modo de funcionamiento CCD
clásico cuando el detector de armonización se encuentra en la
modalidad de formación de imagen y según un modo denominado "cinta
transportadora" cuando el detector se encuentra en la modalidad
de armonización. En la modalidad de funcionamiento clásico
(modalidad de formación de imagen), el detecto CCD toma la escena
(conversión de los fotones recibidos en cargas y luego integración
en pocillos de potencial de las cargas liberadas proporcionalmente a
la iluminación recibida durante un tiempo de integración
predeterminado, típicamente del orden de 20 mseg), luego las cargas
se transfieren en columna y se muestrean por multiplexado línea por
línea con el fin de formar señales secuenciales que forman la señal
de visualización (fase de lectura de la imagen), y esto, durante la
adquisición de la imagen siguiente. Un cálculo de sensibilidad
muestra que, en ausencia de ruido debido al fondo de escena, el
sistema detecta impulsos láser con buenos rendimientos. Por el
contrario, de día, la contribución de la iluminación solar perturba
de modo importante la señal, incluso después del filtrado alrededor
de la longitud de onda del láser, pues el tiempo de integración de
la imagen es largo ante el tiempo de duración del impulso. La
modalidad de "cinta transportadora", descrita en la patente FR
2 740 558 a nombre de la firma solicitante, permite la detección del
flujo procedente del impulso láser retrorreflejado por la escena en
el flujo continuo difundido por la escena.
La figura 4 muestra un esquema de un modo de
funcionamiento de un detector CCD en la modalidad de cinta
transportadora. Se trata en este ejemplo de una matriz de detección
llamada de transferencia de tramas, que comprende de forma clásica
una zona de imagen 40 y una zona de memoria 41. Para simplificar la
figura, la zona de imagen está constituida por 4x4 zonas
fotosensibles (o pixeles) Pi y la zona de memoria forma un circuito
de multiplexado CCD, compuesta por memorias elementales Mi,
realizadas en circuiteria CMOS integrada. El detector comprende
además un registro de salida R y una fase de amplificación A. Es
accionado por los medios de control MCD del dispositivo según la
invención, conectados con el detector rápido de impulso
DET_{IMP}.
El funcionamiento en la modalidad de cinta
transportadora aplicado a una matriz CCD de transferencia de tramas
se separa en dos fases: una fase de espera de detección y una fase
de lectura después de la detección. En la primera fase de espera, la
señal S proporcionada por el detector rápido DET_{IMP} es nula,
traduciendo la ausencia de impulso. Durante este tiempo, el CCD se
encuentra en transferencia permanente a cadencia elevada, lo cual se
traduce por un tiempo de integración muy reducido (típicamente 250
\museg) con relación al tiempo de integración en la modalidad de
formación de imagen. Gracias a la elevada cadencia de transferencia
vertical, la adquisición de la señal de fondo se reduce por
consiguiente a un tiempo mínimo, de ahí el ruido asociado mínimo,
que permite la detección de impulsos de muy bajo nivel. En la
segunda fase, cuando el impulso láser retrorreflejado por la escena
es detectado por el detector rápido, la transferencia de líneas de
alta cadencia es entonces seguida hasta traer la zona de imagen a la
zona de memoria, luego la zona de memoria es leída a una cadencia
normal, comprendiendo la fase de lectura la transferencia de las
cargas hacia el circuito de multiplexado integrado en el detector y
hacia el registro de salida R para formar, después de la
amplificación por la fase de amplificación A una imagen, que
corresponde a una señal de visualización SV en el standard de vídeo
deseado.
Los medios de cálculo MCL del dispositivo según
la invención, que pueden ser realizados por un procesador común a
los medios de control MCD, permiten entonces calcular, a partir de
la posición del o de los píxeles iluminado(s) en la imagen
por el impulso láser, los defectos de armonización correspondientes
a los desvíos angulares entre el eje de la línea de mira del
detector de armonización y el eje de la vía de emisión láser.
Otros modos de funcionamiento de un detector CCD
en la modalidad de cinta transportadora son posibles. Se puede por
ejemplo sustituir en el detector de transferencia de tramas, como se
ha ilustrado en la figura 4, un detector llamado de plena imagen
("full frame array" en terminología anglosajona) donde los
pixeles ocupan casi toda la superficie de la matriz y en el cual la
transferencia se dice por línea, siendo las cargas de una misma
línea simultáneamente transferidas línea por línea. Como
anteriormente, el funcionamiento en la modalidad de cinta
transportadora comprende una primera fase de espera durante la cual
la transferencia se realiza a cadencia elevada, luego una fase de
lectura después que se ha detectado un impulso por el detector
rápido DET_{IMP}.
Otro ejemplo de detector puede adaptarse al
dispositivo según la invención. Se trata de una matriz de
foto-detectores, estando cada fotodetector conectado
con un circuito de lectura de los medios de control MCD de la matriz
por un circuito de entrada que asegura para el
foto-detector que le es acoplado, las funciones de
polarización y de integración de la señal fotoeléctrica, permitiendo
el circuito de lectura el multiplexado de las señales proporcionadas
para la formación de una señal de video. En un modo de
funcionamiento particular de esta matriz, descrito en la patente FR
2 762 082 a nombre de la firma solicitante, es posible detectar un
impulso láser corto en el flujo continuo difundido por la escena. La
matriz de fotodetectores se adapta para formar el detector de
armonización del dispositivo según la invención que puede funcionar
según un modo de formación de imagen clásico y según un modo de
armonización.
En la modalidad de armonización, el
funcionamiento de la matriz de fotodetectores comprende como
anteriormente dos fases, una fase de espera de detección, durante la
cual la señal fotoeléctrica generada por cada
foto-detector se integra de forma continua, y una
fase de lectura de la imagen, después de la detección por el
detector rápido DET_{IMP} del impulso láser retrorreflejado por la
escena. La fase de espera comprende para cada fotodetector una
sucesión de ciclos de integración muy cortos (del orden del
microsegundo). Durante cada ciclo de integración el fotodetector
solo integra una cantidad de cargas infinitesimales que es
transferida a una memoria tampón y conservada hasta el acercamiento
del final del ciclo siguiente luego desechada sin lectura previa si
no se detecta ninguna señal procedente del detector rápido. Cuando
se detecta un impulso láser por el detector rápido, los medios de
control MCD desencadenan en cada fotodetector la suma de la señal en
curso de integración con el contenido de la célula de memoria
asociada, permitiendo así evitar toda pérdida de información. Cada
célula de memoria contiene entonces una señal despreciable
procedente del fondo de la escena, a excepción de la asociada con el
fotodetector que ha recibido el impulso láser y para el cual la
señal de fondo está dominada por la señal detectada procedente del
impulso. Los medios de control MCD desencadenan entonces la segunda
fase correspondiente a la lectura, en cadencia normal (típicamente
algunos milisegundos) del contenido de las memorias, proporcionando
una imagen a partir de la cual se puede conocer la posición de la
mancha láser sobre el detector de armonización formado por la matriz
de fotodetectores. Los medios de cálculo MCL permiten entonces la
evaluación de los defectos de armonización.
En la modalidad de formación de imagen, los
medios de control MCD generan un tiempo de integración mucho más
largo para cada fotodetector (del orden del milisegundo por
ejemplo), luego desencadenan la fase de lectura, permitiendo así
obtener una imagen normal de la escena.
La matriz de detectores es más compleja, y más
costosa, de realizar que el detector de "cinta transportadora",
debido a que cada fotodetector tiene su propio circuito de
integración de cargas (circuito de entrada). La misma presenta sin
embargo con relación al detector CCD varias ventajas.
Particularmente, la elección de fotodetectores, de preferencia de
tipo foto-voltáico, permite adaptarse a otras
longitudes de onda del láser de emisión. Así, para la longitud de
onda usual de 1,06 \mum o de 1,56 \mum para la aplicación de
telemetría por ejemplo, los detectores realizados en InGaAs, InSb o
también HgCdTe tendrán preferencia y podrán, según su naturaleza y
según los rendimientos buscados, funcionar fuertemente, poco o sin
refrigeración. Para las longitudes de onda situadas en el infrarrojo
lejano, se preferirán detectores de tipo HgCdTe o AsGa de pozos
múltiples cuánticos, fuertemente refrigerados. En el caso en que el
material seleccionado para el detector sea compatible con una
formación de imagen en la banda infrarroja, no es necesario añadir
un segundo detector de formación de imagen infrarrojo, como es el
caso en el ejemplo de la figura 2, salvo si se desea una total
simultaneidad entre las modalidades de armonización y de formación
de imagen. La utilización de una matriz de fotodetectores como
detector de armonización permite igualmente, en la modalidad de
armonización, limitar los fotodetectores utilizados a los situados
en la proximidad del centro del campo del detector (ventanaje de la
matriz centrado en el eje de mira de la vía de observación). En
efecto, como se trata de armonización, los desvíos entre las líneas
de mira de la vía de observación y de la vía láser son a priori
pequeños y el impulso láser que se trata de detectar no puede
aparecer en la parte central del campo. Ello permite disminuir un
poco la complejidad de tratamiento del detector en la modalidad de
armonización.
Aunque los detectores de armonización descritos
anteriormente sean ejemplos preferidos para la realización del
dispositivo de armonización según la invención, este no se limita a
estos ejemplos. Otros detectores de formación de imagen se pueden
considerar si, además de su función de formador de imagen, pueden,
en una modalidad de funcionamiento particular, y asociados con un
detector rápido de impulso, detectar un impulso láser en un flujo de
fondo continuo con el fin de proceder a la armonización entre la vía
láser de emisión y la vía de observación en condiciones reales, es
decir gracias al impulso láser retrorreflejado por la escena
propiamente dicha.
Ventajosamente, por el mismo motivo que el
mencionado más arriba, la superficie de detección del detector
rápido DET_{IMP} puede reducirse con relación al campo total de la
imagen, centrándola sobre el eje de la línea de mira de la vía de
observación. En efecto, la probabilidad de detección del impulso
retrorreflejado por la escena durante el procedimiento de
armonización es máxima en la parte central del campo. Reduciendo la
zona sensible del detector, se aumenta su detectividad, lo cual
mejora todavía los rendimientos del dispositivo de armonización.
Mejorando así la detectividad del detector rápido, se puede además
utilizar este mismo detector, llegado el caso, como detector de
telemetría.
Ventajosamente, el dispositivo de armonización
según la invención comprende además medios electrónicos de
filtración pasa-alto de la señal proporcionada por
el detector de impulsos DET_{IMP}, que permite cortar la señal
correspondiente al flujo luminoso generado por la retrodifusión en
la atmósfera del impulso láser emitido. En efecto, durante un
procedimiento de armonización, un impulso láser es emitido hacia la
escena luego el flujo retrorreflejado por la escena es detectado
como se ha descrito anteriormente, con el fin de calcular los
eventuales errores de armonización. Se ha visto que la función del
detector de impulsos es detectar el instante de llegada del impulso
retrorreflejado en el detector de armonización con el fin de
desencadenar la fase de lectura de la imagen sobre la cual aparece
el impacto láser. Ahora bien siguiendo las condiciones
meteorológicas, es posible que se produzca un efecto de
retrodifusión del impulso láser por la atmósfera a su salida del
equipo, produciendo una detección intempestiva de flujo luminoso en
la longitud de onda del láser de emisión por el detector rápido
DET_{IMP}. Sin embargo, el flujo detectado por el detector rápido
DET_{IMP} y correspondiente a la retrodifusión en la atmósfera se
extiende durante un tiempo mucho más largo que el tiempo de duración
del impulso. La figura 5 representa así, según un ejemplo, el
comportamiento de la señal suministrada por el detector rápido en
función del tiempo. El origen de los tiempos corresponde al instante
de emisión del impulso láser. La señal S_{1} correspondiente al
flujo retrodifundido por la atmósfera se extiende durante un tiempo
T_{1} predeterminado, cuya duración está en correlación con la
distancia sobre la cual el impulso láser puede retrodifundirse hacia
el equipo. Este tiempo, que puede ser de algunas decenas de
microsegundos, es claramente superior al tiempo T_{2} de la señal
S_{2} correspondiente al tiempo de duración del impulso
retrorreflejado por la escena. Los medios de filtración electrónicos
del dispositivo según la invención permiten así cortar la señal
parásita de baja frecuencia S_{1} y guardar solo la señal útil
S_{2} correspondiente al impulso retrorreflejado por la escena.
Otro medio a eximirse con ello consiste en prever a la salida del
detector rápido DET_{IMP} medios electrónicos de inhibición de la
señal proporcionada por el detector de impulsos durante un tiempo
predeterminado después de la emisión de un impulso láser, y que
corresponde al flujo luminoso generado por la retrodifusión en la
atmósfera del impulso láser emitido. Este tiempo de inhibición,
durante el cual la señal proporcionada no será tenida en cuenta por
los medios de control MCD, podrá ser de algunas decenas de
microsegundos por ejemplo.
Claims (11)
1. Dispositivo para la armonización entre una vía
de emisión de un impulso láser hacia una escena y una vía pasiva de
observación de la escena, comprendiendo la vía de observación
particularmente un objetivo de focalización (OBJ, OPT) para formar
la imagen de la escena en al menos un detector de formación de
imagen (DET_{VIS}, DET_{IR}), caracterizándose el
dispositivo porque comprende
- un detector rápido (DET_{IMP}) de impulso
láser que permite determinar el instante de llegada del impulso
láser retrorreflejado por la escena sobre el o los
detector(es) de formación de imagen,
- un detector de armonización (DET_{VIS}) que
forma uno de los indicados detectores de formación de imagen y que
comprende particularmente un conjunto de zonas fotosensibles en la
banda espectral del láser de emisión,
- medios de control (MCD) del detector de
armonización en la modalidad de formación de imagen o en la
modalidad de armonización, que recibe la señal (S) proporcionada
por el detector rápido, y que permite, en la modalidad de
armonización, el funcionamiento del detector de armonización según
dos
fases,
fases,
- una primera fase de espera, durante la cual las
cargas eléctricas procedentes de la conversión de los fotones
recibidos por las zonas fotosensibles se integran de forma
casi-continua con un tiempo de integración lo
suficientemente corto para permitir la detección del flujo
procedente de un impulso láser retrorreflejado por la escena en el
flujo continuo difundido por la escena,
- una segunda fase de lectura, desencadenada por
la señal recibida del detector rápido en el momento de la detección
de un impulso láser retrorreflejado por la escena, produciendo la
puesta en secuencia de las cargas integradas en el momento de la
detección del indicado impulso con el fin de detectar en la imagen
así obtenida la posición de la mancha láser correspondiente,
- medios de cálculo (MCL) que permiten calcular,
a partir de la posición de la mancha láser en la imagen, los
defectos de armonización que corresponden a las diferencias
angulares (\deltax, \deltay) entre el eje (\Deltai) de la vía
de observación y el del (\Delta\ell) de la vía de emisión
láser.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende además medios de filtración
ópticos (FLT_{IMP}) de transmisión centrada sobre la banda
espectral del láser de emisión, posicionados delante del detector
rápido de impulsos (DET_{IMP}).
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el detector rápido está
posicionado en la proximidad de un plano focal del objetivo de
focalización de la vía de observación, y presenta una superficie
fotosensible de dimensión inferior al campo total de la imagen,
centrada sobre el eje (\Deltai) de la vía de observación.
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque la vía de emisión que presenta una
función de telemetría, el detector rápido es igualmente el receptor
láser para realizar la telemetría.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores caracterizado porque el detector de armonización
al ser utilizado bien sea en la modalidad de armonización, o en la
modalidad de formación de imagen, comprende además medios de
filtración ópticos amovibles (FLT_{HAR}), de transmisión centrada
sobre la banda espectral del láser de emisión, posicionado delante
del detector matricial durante la fase de armonización y retirado
durante la fase de formación de imagen.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque comprende además medios
electrónicos de filtración pasa alto de la señal proporcionada por
el detector de impulsos, que permite cortar la señal correspondiente
al flujo luminoso generador por la retrodifusión en la atmósfera del
impulso láser emitido.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque comprende además medios
electrónicos de inhibición de la señal proporcionada por el detector
de impulsos durante un tiempo predeterminado después de la emisión
de un impulso láser, y que corresponde al flujo luminoso generado
por la retrodifusión en la atmósfera del impulso láser emitido.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el detector de armonización
es un detector CCD que funciona en la modalidad de cinta
transportadora durante la fase de armonización, haciendo funcionar
los medios de control (MCD) el detector CCD en transferencia
permanente a elevada cadencia durante la fase de espera.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizado porque el detector de armonización está
formado por una matriz de fotodetectores, estando cada fotodetector
conectado con un circuito de lectura perteneciente a los medios de
control (MCD) por un circuito de entrada que asegura para el
foto-detector que le es acoplado la integración de
las cargas, desencadenando los medios (MCD) durante la fase de
espera, para cada foto-detector, una sucesión de
ciclos de integración muy cortos durante los cuales el fotodetector
integra una cantidad de cargas infinitesimales que es desechada sin
lectura previa si no se detecta ninguna señal procedente del
detector rápido (DET_{IMP}).
10. Sistema optrónico de seguimiento de un blanco
en una escena, que comprende particularmente un láser (LAS) de
iluminación del blanco por la emisión de impulsos y un formador de
imagen multiespectral de seguimiento de la escena que comprende
particularmente un detector sensible en el infrarrojo (DET_{IR}),
un detector sensible en el visible-próximo al
infrarrojo (DET_{VIS}) y una óptica (OPT) multiespectral para
formar la imagen de la escena simultáneamente en cada uno de los
indicados detectores, caracterizándose el sistema porque está
equipado con un dispositivo para la armonización entre la vía láser
y la vía del formador de imagen multiespectral según una de las
reivindicaciones anteriores, siendo el detector de armonización de
dicho dispositivo el detector (DET_{VIS}) sensible en el
visible-próximo al infrarrojo, y
caracterizado porque en la modalidad de armonización, se
aplica una corrección de los defectos de armonización en la posición
del centro de seguimiento del detector de infrarrojos (DET_{IR})
después de cada emisión de un impulso láser hacia el blanco.
11. Sistema optrónico según la reivindicación 10,
caracterizado porque comprende un espejo dicroico (M_{3}),
porque la óptica multiespectral es de tipo catadióptrico, realizada
por medio de espejos (M_{1}, M_{2}), que, asociados con el
mencionado espejo dicroico, permiten formar la escena en cada uno de
los indicados detectores.
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