FR2553882A1 - Dispositif de detection thermique de points chauds - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION SE RAPPORTE A UN DISPOSITIF PERMETTANT DE DETECTER, DE NUIT COMME DE JOUR ET QUELLES QUE SOIENT LES CONDITIONS ATMOSPHERIQUES, UN POINT DIT "CHAUD" PRESENTANT UNE TEMPERATURE SUPERIEURE DE QUELQUES DEGRES A CELLE DU FOND. LE DISPOSITIF SELON L'INVENTION COMPORTE UN SYSTEME OPTIQUE CONVERGENT 2 QUI FOCALISE UN FAISCEAU DE RAYONNEMENT VENANT DU CHAMP OBSERVE SUR UNE GRILLE DE MODULATION 6 COMPORTANT DES ZONES 61, 62 ALTERNATIVEMENT OPAQUES ET TRANSPARENTES QUI S'ETENDENT RADIALEMENT ET EN ARRIERE DE LAQUELLE EST PLACE UN DETECTEUR DE RAYONNEMENT INFRAROUGE 7 ET IL EST ESSENTIELLEMENT CARACTERISE PAR LE FAIT QUE LA GRILLE DE MODULATION 6 EST FIXE ET QUE SES ZONES 61, 62 PRESENTENT DES BORDS DENTELES DE MANIERE A AVOIR DES FORMES EN CHEVRONS ET PAR LE FAIT QUE LE FAISCEAU EST REFLECHI SUR LADITE GRILLE PAR UN REFLECTEUR ROTATIF 3 DONT LA SURFACE REFLECHISSANTE EST INCLINEE SUR L'AXE OPTIQUE 8 DU SYSTEME OPTIQUE. CE DISPOSITIF EST NOTAMMENT DESTINE A FOURNIR UN SIGNAL D'ALARME A UN INSTRUMENT DE VISION DE NUIT A INTENSIFICATION DE LUMIERE.
Description
Dispositif de détection thermique de points chauds
La présente invention se rapporte à un dispositif permettant de détecter, de nuit comme de jour et quelles que soient les conditions atmos sphériques, un point dit "chaud" présentant une température supérieure de quelques degrés à celle du fond. I1 est notamment destiné à détecter la présence d'un point chaud de manière à fournir dans ce cas un signal d'alarme par exemple à un instrument de vision de nuit à intensification de lumière (lunette de tir ou jumelle d'observation), qui permet éventuellement d'en voir plus distinctement la forme.
La présente invention se rapporte à un dispositif permettant de détecter, de nuit comme de jour et quelles que soient les conditions atmos sphériques, un point dit "chaud" présentant une température supérieure de quelques degrés à celle du fond. I1 est notamment destiné à détecter la présence d'un point chaud de manière à fournir dans ce cas un signal d'alarme par exemple à un instrument de vision de nuit à intensification de lumière (lunette de tir ou jumelle d'observation), qui permet éventuellement d'en voir plus distinctement la forme.
Les dispositifs à intensification de lumière permettent de détecter une source de lumière visible mais leurs possibilités de détection sont limitées en particulier lorsque l'obscurité est très poussée ou lorsque la source est camouflée.
Les dispositifs de détection thermique détectent des sources de rayonnement infrarouge. Dans les signaux fournis par le détecteur de rayonnement infrarouge, la composante caractéristique du point chaud se superpose à un bruit qu'il faut éliminer par filtrage. A cet effet le rayonnement, avant d'arriver sur le détecteur, passe par une grille de modulation présentant des plages alternativement opaques et transparentes. Cette grille module le flux de rayonnement émis par un point chaud.
La présente invention a pour but de fournir un dispositif de détection thermique permettant de détecter des points chauds (c'est-à-dire présentant une différence de quelques degrés par rapport au fond) ayant. de petites dimensions par rapport au champ observé et ne présentant pas de partie verticale (ce qui exclut certaines cibles telles que les bords des maisons et les arbres). A titre indicatif, le dispositif permet de détecter, dans un champ d'environ 4" un point chaud ayant une dimension angulaire de l'ordre d'un milliradian.
Le dispositif selon l'invention comporte un système optique convergent qui focalise un faisceau de rayonnement venant du champ observé sur une grille de modulation comportant des zones alternativement opaques et transparentes qui s'étendent radialement et en arrière de laquelle est placé un détecteur de rayonnement infrarouge et il est essentiellement ca ractérisé par le fait que la grille de modulation est fixe et que ses zones présentent des bords dentelés de manière à avoir des formes en chevrons et par le fait que le faisceau est réfléchi sur ladite grille par un réflec teur rotatif dont la surface réfléchissante est inclinée sur l'axe optique du système optique.
Selon une caractéristique, le dispositif comporte des moyens pour amplifier et filtrer le signal du détecteur, des moyens de traitement du signal pour détecter si ledit signal amplifié et filtré contient ou non une modulation dont la fréquence correspond à la modulation du flux de rayonnement émis par un point chaud pour fournir un signal pouvant prendre deux états dont l'un traduit la présence d'une modulation suffisante du flux de rayonnement et dont l'autre traduit l'absence de ladite modulation, des moyens capables de comparer la durée du signal logique traduisant la présence d'une modulation à la durée d'un tour de rotation du réflecteur de manière à donner, si ladite durée de ce signal logique est au moins égale à ladite durée de rotation, un signal servant à la signalisation ou à l'alarme.
Selon une caractéristique de l'invention, une lentille de champ est située à l'avant de la grille de modulation.
L'invention va maintenant etre décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés.
La figure 1 représente un mode de réalisation du dispositif.
La figure 2 est une coupe partielle selon II-II qui montre le détail de la grille de modulation.
La figure 3 illustre le mouvement du champ de détection sur la surface du détecteur.
La figure 4 représente le bloc diagramme se rapportant à l'électronique du dispositif.
Le rayonnement infrarouge émis par le fond observé est collecté par un système optique convergent 2 de type objectif qui est monté dans le boitier 1. Cet objectif se compose à l'avant d'une lentille 21 servant de hublot et à l'arrière d'une lentille 22.
En arrière de l'objectif 2, le faisceau de rayonnement infrarouge est réfléchi par un réflecteur 3 de type miroir. Le faisceau réfléchi est envoyé vers une grille de modulation 6 qui est centrée sur l'axe optique 8.
Le détecteur de rayonnement infrarouge 7 est placé derrière la grille de modulation.
Une lentille de champ 5 est placée à l'avant de la grille de modulation 6 pour focaliser le faisceau sur le détecteur 7.
La grille de modulation 6 est située dans le plan focal image de l'objectif de focalisation 2. Le miroir de balayage 3 est situé, par rap port à l'objectif, à une distance sensiblement égale à la moitié de la focale de cet objectif.
La grille de modulation 6 est fixe. La surface réfléchissante du miroir 3 fait un angle différent de 90 par rapport à l'axe optique 8. Le miroir 3 tourne en rotation selon l'axe 8. L'entrainement en rotation est effectué par un moteur 4. Du fait de la rotation du miroir, l'image d'un point chaud sur la fenêtre d'entrée du détecteur décrit une trajectoire circulaire.
A cause du montage adopté, le détecteur 7 est placé au centre de l'objectif qui a une forme annulaire. Le boitier du détecteur 7 est fixé au boitier 1 par l'intermédiaire d'un support 71 réalisé en cuivre ce qui assure un bon contact thermique entre ledit boitier de détecteur et ledit boitier 1.
La lentille de champ 5 présente à l'arrière, c'est-à-dire du côté du détecteur, une face plane sur laquelle est déposée la grille de modulation.
La grille de modulation 6 est représentée en détail par la figure 2. Elle présente des zones 61 transparentes au rayonnement infrarouge et des zones 62 opaques au rayonnement infrarouge qui s'étendent radialement et sont disposées alternativement. Elles sont limitées par des bords radiaux dentelés qui leur donnent des formes en chevrons. Ces chevrons s'étendent à l'intérieur d'une couronne circulaire dont le diamètre extérieur a un rayon sensiblement égal à celui de la fenêtre d'entrée du détecteur,
Le détecteur 7 est constitué par un détecteur quantique refroidi par un dispositif thermo-électrique incorporé. I1 est choisi de manière à ne pas trop obturer le faisceau d'entrée.
Le détecteur 7 est constitué par un détecteur quantique refroidi par un dispositif thermo-électrique incorporé. I1 est choisi de manière à ne pas trop obturer le faisceau d'entrée.
Le signal du détecteur est envoyé à un dispositif d'amplificationfiltrage 91 comportant un préamplificateur de faible facteur de bruit, des amplificateurs ainsi qu'un filtre passe-haut. En sortie de cet élément le signal est envoyé à un dispositif 96 comportant une boucle d'asservissement de phase 92 et une détection synchrone 93. La boucle d'asservissement de phase comprend un détecteur de phase 921, un amplificateur et des filtres 922 et un oscillateur commandé en tension 923. La détection synchrone est constituée par un multiplieur 931 et par un filtre passe-bas 932 dont la sortie est connectée à un comparateur à seuil 94. En sortie du comparateur le signal attaque un dispositif 95 dit comparateur de temps comportant un intégrateur 951, un comparateur 952 et une logique de remise à zéro 953.
Le dispositif 95 fournit un signal de signalisation qui sert par exemple à déclencher l'allumage d'une diode électroluminescente dans, par exemple, l'oculaire d'un instrument de vision de nuit.
Le fonctionnement du dispositif va maintenant être expliqué.
L'objectif 2 focalise le faisceau infrarouge sur la grille de modulation 6. Ce faisceau infrarouge est réfléchi entre l'objectif 2 et la grille 6 par le miroir de balayage 3. La lentille de champ 5 corrige le défaut de focalisation -dû à l'inclinaison du miroir de balayage- sur la grille de modulation. Le champ de détection ou champ utile (partie centrale du champ dont les dimensions sont limitées par la géométrie de la grille et la surface du détecteur) se matérialise sur la surface d'entrée du détecteur 7 par une surface circulaire. Lors de la rotation du miroir de balayage 3, la surface circulaire tourne autour de l'axe 5 (en restant incluse dans la surface du détecteur) et en conservant un objet du champ observé parallèlement à lui-meme.Le mouvement de l'image d'un point chaud sur la grille de modulation donne une modulation du flux thermique émis par ce point chaud.
Tout point chaud situé dans le champ utile donne une image qui reste sur le détecteur pendant une rotation d'un tour du miroir de balayage. Tout point chaud situé en bord du champ utile donne une image dont la trajectoire passe de M en M" pour un demi-tour du miroir de balayage. Tout point chaud situé dans le champ de l'instrument mais en dehors du champ utile qui est plus petit donne une image qui ne reste sur la surface du détecteur que pendant une fraction de tour du miroir de balayage. Ainsi, toute modulation persistant pendant au moins un tour de rotation du miroir de balayage traduit l'existence d'un point chaud dans le champ utile.
Le signal de sortie du détecteur est composé d'un signal non modulé da au fond et de bruit et éventuellement d'un signal modulé dû à la présence d'un point chaud. Les variations possibles de la fréquence du signal modulé sont dues au fait que les trajectoires d'images de points chauds non situés sur l'axe ne sont pas des cercles concentriques au centre de la grille de modulation et que les points chauds peuvent être mobiles. La fréquence est constante dans le cas où le point chaud est immobile sur l'axe optique et variable dans les autres cas.
Le signal du détecteur est amplifié et filtré par le dispositif 91, le filtrage éliminant la composante continue du fond. Le signal amplifié et filtré contient une modulation si et seulement si un point chaud est présent dans le champ.
Le signal amplifié et filtré fourni par 91 est appliqué a la bouche d'asservissement de phase 92. Celle-ci fournit, dans une bande de fré @@@@ correspondant aux variations possibles de la fréquence détectée et
@@@@@ @@@ fréquence centrale correspondant à la fréquence d'un point chaud immobile situé au centre du champ, un signal en phase avec l'éventuelle modulation du signal amplifié et filtré (donné par 91) et moins bruité que ce dernier. Ce signal de la boucle 92 est appliqué en même temps que le signal donné par 91 à la détection synchrone 93.Lorsqu'un point chaud est présent dans le champ, les deux signaux appliqués à la détection synchrone sont en phase et le signal de sortie est proportionnel à l'amplitude de la modulation éventuellement contenue dans le signal amplifié et filtré. Lorsqu'il nly a pas de point chaud, le signal amplifié et filtré ne contient que du bruit dans la bande de fréquence considérée et le signal délivré par la boucle 92 est à la fréquence centrale. Le signal de sortie donné par 93 est alors nul.
@@@@@ @@@ fréquence centrale correspondant à la fréquence d'un point chaud immobile situé au centre du champ, un signal en phase avec l'éventuelle modulation du signal amplifié et filtré (donné par 91) et moins bruité que ce dernier. Ce signal de la boucle 92 est appliqué en même temps que le signal donné par 91 à la détection synchrone 93.Lorsqu'un point chaud est présent dans le champ, les deux signaux appliqués à la détection synchrone sont en phase et le signal de sortie est proportionnel à l'amplitude de la modulation éventuellement contenue dans le signal amplifié et filtré. Lorsqu'il nly a pas de point chaud, le signal amplifié et filtré ne contient que du bruit dans la bande de fréquence considérée et le signal délivré par la boucle 92 est à la fréquence centrale. Le signal de sortie donné par 93 est alors nul.
Le comparateur à seuil 94 délivre un niveau logique lorsque la modulation existe et a un certain niveau et l'autre niveau logique dans le cas contraire. Il permet de régler la sensibilité de détection.
En définitive le dispositif 96 de traitement du signal bruité (constitué par la détection synchrone, l'asservissement de phase et le comparateur à seuil) permet de détecter si le signal amplifié et filtré contient ou non une modulation dont la fréquence correspond à la modulation par la grille du flux de rayonnement émis par un point chaud pour donner un signal pouvant prendre deux états dont l'un traduit la présence d'une modulation suffisante du flux de rayonnement et dont l'autre traduit l'absence de ladite modulation.
Le dispositif 95 dit comparateur de temps compare la durée de présence du signal traduisant la présence d'une modulation à la durée d'un tour de rotation du miroir de balayage de manière à donner, si la durée dudit signal logique est au moins égale à la durée d'un tour de rotation, un signal servant à la signalisation ou à l'alarme sur sa sortie 954.
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de lin- vention, imaginer des variantes et des perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.
Claims (5)
1.- Dispositif de détection de points chauds comportant un système optique convergent (2) qui focalise un faisceau de rayonnement venant du champ observé sur une grille de modulation (6) comprenant des zones (61, 62) alternativement opaques et transparentes qui s'étendent radialement et en arrière de laquelle est placé un détecteur de rayonnement infrarouge (7), caractérisé par le fait que la grille de modulation (6) est fixe et que les zones (61, 62) présentent des bords dentelés de manière à avoir des formes en chevrons, et par le fait que le faisceau est réfléchi sur ladite grille par un réflecteur rotatif (3) dont la surface réfléchissante est inclinée sur l'axe optique (8) du système optique.
2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (91) pour amplifier et filtrer le signal du détecteur, des moyens (96) de traitement du signal pour détecter si ledit signal amplifié et filtré contient ou non une modulation dont la fréquence correspond à la modulation du flux de rayonnement émis par un point chaud pour fournir un signal pouvant prendre deux états dont l'un traduit la présence d'une modulation suffisante du flux de rayonnement et dont l'autre traduit l'absence de ladite modulation, des moyens (95) capables de comparer la durée du signal logique traduisant la présence d'une modulation à la durée d'un tour de rotation du réflecteur (3) de manière à donner, si ladite durée de ce signal logique est au moins égale à ladite durée de rotation, un signal servant à la signalisation ou a l'alarme.
3.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une lentille de champ (5) située à l'avant de la grille de modulation (6).
4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la lentille de champ (5) présente, du côté du détecteur (6) une face plane sur laquelle est déposée, la grille de modulation.
5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens (96) de traitement du signal compren nent une boucle d'asservissement de phase (92), une détection synchrone (93) et un comparateur à seuil (94).
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