FR2468134A1 - Detecteur de cible a rayons infrarouges a exploration lineaire - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un détecteur de cible à rayons infrarouges à exploration linéaire comprenant un appareil optique produisant une image de la scène à surveiller et un miroir explorateur balayant les éléments de l'image au moyen d'un détecteur d'infrarouge, ainsi qu'un appareil produisant, dans des écouteurs 12, des signaux acoustiques indiquant la détection d'une source de radiation thermique et sa proximité du centre de la scène.

Description

D".BECTEUR DE CIBLE A RAYONS INFRAROUGES A E.xPa RATIo
LINEAIRE
La présente invention concerne les appareils de surveil lance sans radar et, plus spécialement, los détecteurs de cible à rayons infrarouges à exploration linéaire
Dans les détecteurs d'infrarouge à exploration linéaire connus, le champ de vision optique d'un télescope ou d'une jumelle, généralement associé à un amplificateur d'image pour opérations nocturnes, est balayé par un miroir explorateur qui dirige la radiation infrarouge, provenant d'une zone réduite située dans le champ de vision, sur un dispositif détecteur d'infrarouge
Chaque fois qu'une radiation thermique provenant d'uno cible chaude est reçue de la zone réduite constamment vbalayée par le miroir explorateur, le détecteur d'infr rouge réagit et donne un signal électrique de sortie à un moment correspondant du cycle d'exploration
Ce signal de sortie est généralement utilisé à commande une lampe disposée de façon à éclairer le miroir explorateur pour qu'une tache lumineuse apparaisse, dans le champ de vision du système optique, au meme emplacement que la cible chaude . Généralement, le miroir explorateur est disposé de façon à osciller autour d'un point de repère fixe et son mouvement de balayage est sinusoldal . L'inconvénient de ces dispositifs connus est que, de nuit, la tache lumineuse éclipse l'exposition visuelle intensifiée et que, de jour, elle est difficilement perceptible en raison des conditions diurnes d'éclairealent de fond .Il serait évidemment possible d'utiliser un réglage de la brillance mais ceci ne fait qutajouter aux difficultés de conduite de l'appareil
La présente invention a pour objet de réaliser un détecteur d'infrarouge à exploration linéaire fournissant une indication de la détection d'une cible par rapport au centre du champ de vision d'un système optique sans en éclipser l'exposition visuelle
Le détecteur de cible à rayons infrarouges à exploration linéaire selon l'invention comporte un organe de production de l'image d'une scène, un organe d'exploration des éléments de ladite image par un détecteur d'infrarouge, et un organe de production d'un signal audible distinct en réponse à la détection d'une source de rau diation thermique et en dépendance de la proximité de cette source du centre de la scène
Dans un mode de réalisation de l'invention, le détecteur de cible à rayons infrarouges à exploration linéaire comporte un organe de production d'une image de la scène, un organe d'exploration des élélbents de ladite image par un détecteur d'infrarouge, un organe de production d-'un signal audible d'un premier genre chaque fois que le détecteur d'infrarouge détecte la présence d'une source de radiation thermique d'intensité supérieure à une intensité prédéterminée, un organe de mesure des intervallos de temps entre des indications successives audibles d'une cible, et un indicateur audible produisant un signal audible d'un second genre chaque fois que des intervalles de temps successivement mesurés sont essentiellement égaux
Le détecteur de cible à rayons infrarouges à exploration linéaire sera de préférence une unité différente d'un système associé de surveillance optique, mais montée de façon à être délacée en synchronisme avec tous les mouvements du système optique et disposée de façon à couvrir la meme scène avec le même champ de vision que le système optique Da-ns un autre mode de réalisation de l'invention, organe explorateur est un miroir explorateur usuel disposé de façon à osciller autour d'un point d repère fixe selon un mouvement sinusoïdal pour que les éléments d'image d'une bande étroite traversant le champ de vision soient successivement projetés sur le détecteur d'infrarouge .De cette façon, du fait du mouvement sinusoïdal d'exploration, si la cible est située vers le bord supérieur ou inférieur du champ de vision, les incervalles de temps entre les signaux électriques de sortie produits par le détecteur d'infrarouge seront alternativement petits ou grands ou, en d'autres termes, le détecteur d'infrarouge donnera un signal de sortie à double impulsion séparé d'un autre signal de sortie à double impulsion d'un peu plus de la moitié d'une demi-période du balayage sinusoïdal .Mais, lorsque la cible se déplace vers le centre du champ de vision, soit d'elle-même soit plus vraisemblablement du fait que l'opérateur déplace le champ de vision optique pour amener la cible au centre, l'intervalle de temps entre les signaux successifs de sortie du détecteur d'infrarouge se rapproche de la moitié de la période du balayage sinusoïdal et les signaux de sortie successifs sont également espacés dans le temps a Un signal audible distinct est émis par l'appareil lorsque ceci se produit . En effet, l'appareil mesure les inrervalles de temps entre des impulsions successives du détecteur d'infrarouge .

L'organe de mesure des intervalles de temps entre des indications audibles de cible successives peut comporter un circuit uistable connecté de façon à recevoir des signaux provenant du détecteur d infrarouge, ayant une sortie normale connectée à une entrée d'un premier circuit discriminateur et une sortie inversée connectée à une entrée d'un second circuit discriminateur, une source d'impulsions périodiques connectée à d'autres entrées du premier et du second circuits discriminaters, un premier organe de comptage ayant une entrée de comptage connectée à une sortie du premier circuit discriminatour, un second organe de comptage ayant une entrée de comptage connectée à une sortie du second circuit discriminateur, et un organe com;;, rateur connecté de façon à comparer les décomptes lesdits premier et second circuits de comptage et à donner à la sortie un signal de commande de l'indicateur audible chaque fois que les deux décomptes sont essentiellement identiques
Les impulsions de sortie du détecteur d'infrarouge peuvent également être dirigés sur un amplificateur audible connecté à des écouteurs portés par l'opérateur de façon que, chaque fois que le miroir explorateur reçoit une radiation provenant d'une cible thermique en quelque point que ce soit du champ de vision, un signal audible sera perçu dans les écouteurs
En outre, chaque fois que la sortie du comparateur indiquera l'égalité de décompte des deux compteurs, un signal audible différent sera transmis aux écouteurs
Une difficulté pourra surgir au cas où plus d'une cible se trouverait dans le champ de vision .Il pourrait, par exemple, arriver qu'il y ait plusieurs cibles également espacées sur la bande étroite du champ de vision du détecteur exploré par le miroir, ce qui produirait des décomptes égaux dans les compteurs et indiquerait à tort qutune cible se trouve au centre du champ de vision . Pour éviter cet inconvénient, la sortie du détecteur d'infrarouge connectée au circuit bistable pourra etre inhibée sauf en ce qui concerne une portion du balayage centrée autor de la partie médiane du champ de vision . En particulier, ceci peut être réalisé, par exemple, en détectant un point approprié de ltoscillation du miroir explorateur tel qu'une des extrémités ou le point d'intersection de la ligne de référence et à produire une impulsion qui sera appliquée à une porte ET pour inhiber le signal, sauf en présence de cette impulsion
L'invention est décrite ci-après en détail en se référa à un mode préféré, non limitatif, de réalisation représ té sur les dessins annexes dans lesquels - la Figure 1 est un schéma-bloc de montage d'un dispo
sitif détecteur à infra-rouges à exploration linéaire
et - la Figure 2 est un schéma-bloc de montage d'un mode
deBréalisation de l'invention considéré comme optimal
au moment du dépôt de la demande du présent brevet
Sur les deux Figures, les éléments de construction et de fonctions identiques sont designés par les momes chiffres de référence
Sur la Figure 1, un détecteur d'infra-rouge 1 est monta de façon à recevoir la radiation réfléchie par un miroil explorateur (non représenté) balayant l'image, formée par un système optique, d'une scene d'intérêt . Une sortie du détecteur d'infra-rouge 1 est connectée, par une entrée d'un circuit discriminateur OU 2, à l'entrée d'un circuit amplificateur d'audio-fréqllences 3, et également, par une porte ET 4, à l'entrée de commutatif d'un circuit bistable 5 .La sortie normale Q du circui bistable 5 est connectée, par une entrée dtune porte ET à l'entrée d'un circuit de comptage 7, et la sortie in- versée Q du circuit bistable 5 est connectée, par une entrée d'une porte ET 8, à centrée d'un circuit de comptage 9 . Un circuit générateur d'impulsions 10 est connecté à d'autres entrées des portes ET 6 et 8 ainsi qu'à une entrée d'une porte ET 11 . Les sorties des cirez cuits de comptage 7 et 9 sont représentés schématiquement car les diverses connexions sont jointes à des entrées séparées d'un circuit comparateur 12 . La sorti du circuit comparateur 12 est connectée à une autre entrée de la porte ET 11 .La sortie de la porte sT 11 est connectée à une autre entrée de la porte OU 2
Des écouteurs 14 sontconnectés à l'amplificateur d'audit fréquences 3 .

En cours de fonctionnement, le système optique (non représenté) est braqué sur une scène d'intérêt et l'image formée par le système optique est balayée par le miroir explorateur (non représenté), et la radiation d'un élément d'image de la scène est focalisée sur le détecteur d'infrarouge 1 . Si une cible chaude, pouvant être indistincte ou indiscernable dans l'image visuelle mais donnant naissance à une radiation thermique supérieure à une intensité prédéterminée, se trouve dans l'élément d'image de la scène en cours d'examen continu par le miroir explorateur, le détecteur d'infrarouge 1 émet un signal électrique de sortie . Chaque fois que le miroir explorateur (non représenté) balaie cette partie de la scène, le détecteur d'infrarouge 1 émet un signal électrique de sortie .Ce dernier est transmis, par ia porte OU 2, à l'amplificateur d'audio-fréquences 3 et produit, par exemple, un bruit sec dans les écouteurs 14, avertissant l'opérateur qui les porte de la présence d'une cible dans le champ de vision du système optique . En supposant, pour l'instant, qu'il n'y a qu'une cible dans le champ de vision, que cette cible n'est pas placée aux extrémités de ce champ, et que la porte ST 4 est activée, le signal électrique de sortie du détecteur d'infrarouge 1 est appliqué simultanément à l'entrée du circuit bistable 5 . Ce dernier est donc mis dans un etat déterminé tel que, par exemple, la sortie Q de ce circuit activera le circuit discriminateur 6 et que les impulsions du générateur d'impulsions 10 seront transmises au circuit de comptage 7 .En rême temps, la sortie Q du circuit bistable 5 inhibera les impulsions transmises au circuit de comptage 9 . Lorsque le miroir explorateur passe une seconde fois sur la cible, le circuit bistable 5 changera d'état et les impulsions du générateur 10 seront maintenant transmises au circuit de comptage 9 par la porte ET 8 . Le troisième signal reçu du détecteur d'infrarouge 1 entraînera la comparaison, dans le comparateur 12, des décomptes des circuits de comptage 7 et 9 et leur remise à zéro . Si les décomptes des circuits ce comptage 7 et 9 sont identiques, ceci indique que les intervalles de temps entre des signaux successifs du détecteur d'infrarouge 1 sont identiques .Le circuit comparateur 12 émettra alors un signal de sortie permettant aux impulsions du généra- teur 10 de s'appliquer au circuit amplificateur d'audiofréquences 3 par la porte ET 11 et la porte OU 2 . Ce circuit amplificateur d'audio-fréquences 3 est disposé de façon à produire un signal audible distinct différent dans les écouteurs 14 lorsque ceci se produit et l'opérateur sera ainsi averti que la cible est non seulement dans le champ de vision mais essentiellement au centre de son champ de vision
En pratique, les circuits de comptage 7 et 9 et la vitesse de répétition d'impulsions du générateur d'impulsions 10 peuvent être fixés de façon que, pendant une dexr.i-période du mouvement de balayage du miroir explorateur, il sera compté un très grand nombre d'impulsions . Par exemple, impulsions pourront être produites pendant ce laps de temps . Les circuits de comptage 7 et. 9 doivent donc être des circuits à huit bits . L'avantage de cette disposition est que le circuit comparateur 12 peut servir à ne comparer que les sept bits les plus caractéristiques, par exemple, des circuits de comptage 7 et 9 et donnera donc un signal de sortie indiquant une cible centrée, même si elle est, en fait, légèrement décentree
Si les intervalles temporisés entre les signaux successifs du détecteur d'infrarouge 1 ne sont pas identiques, les décomptes les plus significatifs des circuits de comptage 7 et 9 ne seront pas identiques et le circuit comparateur 12 n'émettra pas cie signal de sortie
Les deux circuits de comptage sont alors dégagés et le cycle de mesure se répète . Le résultat, pour l'opéra- teur, est qu'il perçoit, par exemple, un bruit sec chaque fois qu'une cible est repérée .Il déplace alors le système optique jusqu'à ce qutil perçoie, par exemple, un ronflement, ce qui indique que la cible est désormais centrée dans le champ de vision
Si plusieurs cibles se trouvaient dans le champ de vision, il pourrait se faire qu'elles produisent des intervalles de temps entre les signaux de sortie du détecteur d'infrarouge 1 qui seraient identiques et engendreraient un signal de sortie parasite du circuit comparateur 12
Pour éviter ceci, le signal du détecteur d'infrarouge est transmis, par une entrée de la porte ET 4, à l'en- trée de commutation du circuit bistable 5 . Un systeme de balayage 13, généralement une bobine déflectrice entraînant, lorsqu'elle fonctionne, le miroir explorateur (non représenté), a une de ses sorties connectée à une autre entrée de la porte ET 4 .Cette sortie peut être dérivée des pièces électriques ou mécaniques du système de balayage 13 et indique seulement un point quelconque de référence sur le mouvement sinusoïdal de balayage du miroir explorateur (non représenté) . Par exemple, la sortie du système de balayage 13 peut être dérivée d'une bobine de vérification adjacente à la bobine déflectrice et donnant un signal de sortie lorsque le miroir explorateur coupe la ligne médiane du champ de vision du système optique . Cette disposition sert à inhiber les signaux du détecteur d'infrarouge 1 sauf sur une partie spécifique de l'opération de balayage du miroir explorateur (non représenté) . De cette façon, seules les cibles se trouvant à l'origine bien dans le champ de vision du système optique sont prises en considération ce qui réduit le risque d'une prise en considération de plusieurs cibles par le dispositif
Le circuit assez simple de la Figure 1 ne donne pas à ltop rateur utilisant le détecteur une indication audible positive qutil vient de capter une cible, ni l'in dication du sens dans lequel il doit deplacer ses jumel- les pour maintenir le centrage sur la cible
Le circuit perfectionné de la Figure 2 donne des signaux audibles supplémenLaires distincts pour venir en aide à l'opérateur
Sur la Figure 2, la sortie du détecteur d'infrarouge 1 est connectée à une entrée d'un circuit monostable 15 produisant une impulsion de 4 mS pour chaque impulsion produite par le détecteurd'infrarouge 1 . La sortie du circuit monostable 15 est connectée, par la porte ET 4, à l'entrée de commutation du circuit bistable 5
Les sorties Q et Q du circuit bi.staole sont connectées, -par les premières entrées des portes ET 6 et 8, aux circuits de comptage 7 et 9, et le circuit générateur d'impulsions 10 est connecté aux secondes entrées des portes ET 6 et 8 comme dans le montage de la Figure 1
Les sorties des circuits de comptage 7 et 9 sont, ellesmêmes, connectées aux diverses.entrées du comparateur 12 mais, dans ce cas, le comparateur 12 possède trois sorties : A B ;A > B ; et A < B, auxquelles des impulsions apparaitront, selon que les décomptes des circuits de comptage 7 et 9 sont identiques, ou que celui du circuit 7 est plus grand que celui du circuit 9, ou que celui du circuit 7 est plus petit que celui du circuit 9, respectivement
La sortie du circuit monostable 15 est connectée à l1en- trée d'un circuit monostable redéclenchable 16 produisanL une impulsion oe 400 ms pour chaque impulsion de 4 ms appliquée à son entrée, les 400 ms commençant avec le début de la dernière impulsion de 4 ms qui lui est appliquée, même si une impulsion précédente de 400 ms n'est pas terminée à ce moment .La sortie du circuit monostable 16 est connectée à un circuit monostable à déclenchement marginal 17 produisant une impulsion de 200 ms au aébut de toute impulsion produite par le circuit monostable 16 . Avec cette disposition, lorsqu'une cible est détectée d'abord par le détecteur d'infrarouge 1, l'impulsion de 4 ms du circuit monostable 15 engendrera une impulsion de 400 ms du circuit monostable 16 qui, à son tour, fera produire au circuit monostable 17 une impulsion unique de 200 ms . Si la cible est maintenue dans le champ de vision du système explorateur, le détecteur d'infrarouge produira une série d'impulsions à intervalles réguliers, espacees de moins de 400 ms,.

et le circuit monostable 15 produira une série corres pondante d'impulsions de 4 ms . Le circuit monostable 16 restera donc dans son état instable et le circuit monostable 17 ne produira plus d'autres impulsions de 200 ms
Une autre impulsion de 200 ms ne sera produite par le circuit monostable 17 que si la cible s'échappe du champ de vision pendant plus de 400 ms puis qu'elle y est ramenée . On voit donc que les impulsions de 200 ms produites par le circuit monostable 17 indiquent une première capture d'une cible . Pour transmettre cette information de façon audible à l'opérateur, les impulsions de 200 ms sont transmises, par les premières entrées des portes. OU 18, 19 et 20, à une première entrée d'une porte
ET 21 dont la seconde entrée est connectée à la sortie du circuit générateur d'impulsions 10 par un circuit diviseur 22 .Le circuit diviseur 10 produit des impulsions à une audio-fréquence f . La sortie de la porte
ET 21 est connectée, par l'amplificateur d'audio-fréquences 3, aux écouteurs 14 . Par conséquent, lorsqu'une cible est captée pour la première fois, un signal d'une durée de 200 ms et de fréquence f sera perçu dans les écouteurs 14
La sortie du circuit monostable 15 est également connectée directement à la seconde sortie de la porte OU 18
De cette façon, toute détection ultérieure d'une cible en un point quelconque, mais non centré, du champ de vision produira un signal de 4 ms à une fréquence f dans les écouteurs 14
La sortie de la porte zT 4 est connectée à une première entrée d'une porte ET 23 à la seconde entrée de laquelle est connectée la sortie A=B du comparateur 12 .La sortie de la porte ET 23 est connectée, par un circuit monostable de 20 ms 24, à une seconde entrée de la porte
OU 19 . Cette disposition donne à l'opérateur un signal bref et intense de 20 ms à une fréquence f dans ses couteurs lorcqusil a réussi à centrer la cible dans le champ de vision, et elle est semblable au circuit simple de la Figure 1 . Mais les portes ET 4 et 23 éliminent le risque d'une indication erronée de la présence d'une cible centrée lorsque les décomptes des circuits de comptage 7 et 9 sont tous deux égaux à zéro, comme ce sera le cas lorsqu'aucune cible n'est dans le champ de vision
Les sorties A) B et A(B du comparateur 12 sont connectées, respectivement, aux entrées des circuits monostables à déclenchement marginal de 200 ms 25 et 26 .Les sorties des circuits monostables 25 et 26 sont connectées, respectivement, à une première et à une seconde entrées d'une porte OU 27 dont la sortie est connectée à la seconde entrée de la porte OU 20 . Avec cette disposition, lorsqu'une cible se trouve dans la partie centrale étroite du champ de vision choisie par la porte ET 4 et la sortie du système explorateur 13 décrits à propos de la Figure 1, mais que cette cible n'est pas centrée, l'opérateur percevra une série de signaux de 200 ms à une fréquence f .Si ltopérateur déplace las jumelles pour centrer la cible, il percevra un signal de 20 ms, comme précédemment décrit, mais s'il les déplace dans un mazais sens de telle sorte que la cible soit toujours dans le champ de vision mais en dehors de la partie centrale étroite, il percevra une série de signaux de 4 ms et comprendra qu'il doit inverser le sens dans lequel il déplace les jumelles
Lorsque le système de balayage 13 comporte un miroir explorateur, un dispositif commode (non représenté)pour la s-lection de la partie centrale étroite du champ de vision comportera un bras fixé au miroir, portant une plaque percée d'un trou allongé .

La plaque est placée de façon à interrompre la lumière provenant d'une diode à lueurs tombant sur une photodiode, sauf lorsque le miroir explore la partie centrale étroite choisie du champ de vision, moment où la photodiode recevra la lumière de la diode à lueurs par la perforation de la plaque . La sortie de la photodiode est connectée à l'entrée d'activation de la porte ET 4
On voit donc que le dispositif selon la Figure 2 donne des signaux audibles distincts renseignant ltopérateur sur la capture d'une cible, sur la présence de cette cible dans le champ de vision, sur sa proximité du centre de ce champ, et sur son centrage dans ce champ

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Détecteur de cible à rayons infrarouges à exploration

linéaire comprenant un appareil optique pour produire

une image d'une scène et un miroir explorateur pour

balayer les éléments de l'image par un détecteur d'infra

rouge, cacactérisé en ce qu'il comporte en outre un

appareil produisant un signal audible distinct en re-

ponse à la déjection d'une source de radiation thermique

et en dépendance de la proximité de la source du centre

de la scène

2.Détecteur de cible à rayons infrarouges à exploration

linéaire selon la Revendication 1, caractérise en ce

que l'appareil de production d'un signal audible dis

tinct comporte un appareil produisant un signal audible

d'un premier genre lorsque le détecteur dtinfrarouge

détecte la présence d'une source de radiation thermique

d'intensité supérieure à une intensité prédéterminée,

un appareil mesurant les intervalles de temps entre

des indications audibles successives de cible, et un

appareil produisant un signal audible d'un second genre

lorsque des intervalles de temps mesurés consécutivement

sont essentiellement égaux

3.Détecteur de cible à rayons infrarouges à exploration

linéaire selon la Revendication 2, caractérisé en ce

que l'appareil de mesure des intervalles de temps entre

des indications audibles successives de cible comporte

un circuit bistable connecté de façon à recevoir des

signaux d'un détecteur d'infrarouge dont une sortie

normale est connectée à une entrée d'un premier circuit

discriminateur et une sortie inversée est connectée à une entrée 'un second circuit discriminateur, une source

d'impulsions périodiques connectée à d'autres entrées

du premier etdu second circuits discriminateurs, un

premier circuit de comptage dont une entrée est connec

tée à une sortie du premier circuit discriminateur,

un second- circuit de comptage dont une entrée est con

nectée à une sortie du second circuit discriminateur,

et un circuit comparateur connecté de maçon à comparer

les décomptes du premier et du second circuits de comp

tage et à produire un signal de sortie commandant le

fonctionnement d'un amplificateur d'audio-fréquences.

de façon à produire le signal audible du second genre

4. Détecteur de cible à rayons infrarouges à exploration

linéaire selon la Revendication 3, caractérisé en ce

que l'appareil de mesure des intervalles de temps entre

des indications audibles successives de cible comporte

en outre un appareil répondant à une sortie d'un cir

cuit d'entraînement du miroir explorateur de façon à

ne permettre la réception des signaux du détecteur

dtinfrarouge par le circuit bistable qutà des moments

correspondant essentiellement à deux pendant lesquels

les éléments centraux de l'image de la scène sont ex

plorés par le détecteur d'infrarouge