FR2669111A1 - Simulateur de scene infrarouge. - Google Patents
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Abstract
La scène simulée, pour caméra infrarouge (IR), est constituée par un fond (champ simulé) et une cible chaude mobile sur ce fond. Le simulateur comporte un modulateur LCLV (1) à deux faces (2, 3), des moyens d'affichage d'images en lumière visible (4, 5, 6) sur une face (2), des premiers moyens d'éclairement en IR froid (22, 19, 18) sur l'autre face (3) et des moyens optiques (17) de projection d'une image de sortie en IR froid. Selon l'invention, les moyens d'affichage sont constitués par un tube TITUS (4, 9) et le simulateur comporte en outre: des deuxièmes moyens d'éclairement en IR chaud d'un champ réduit mobile entourant la cible (27, 28, 21, 16), des moyens de superposition (19) des faisceaux IR chaud et froid et des moyens d'harmonisation électroniques (7). Application au test des caméras de prise de vues infrarouges.
Description
Simulateur de scène infrarouge
Description
La présente invention concerne un simulateur de scène infrarouge pour tester des caméras de prise de vues infrarouges, la scène comportant un fond qui couvre la totalité du champ simulé et au moins une cible chaude simulée mobile dans le champ simulé , comportant au moins un modulateur LCLV pour transformer des images en lumière visible de la scène sur sa première face en une configuration de biréfringence de cristaux liquides sur sa deuxième face, des moyens d'affichage pour engendrer lesdites images en lumière visible, des pre miers moyens d'éclairement infrarouge pour illuminer par un faisceau de rayonnement infrarouge froid ladite deuxième face et des moyens optiques de conjugaison et de projection, de fa çon à fournir une image de sortie en rayonnement infrarouge modulé de la scène.
Description
La présente invention concerne un simulateur de scène infrarouge pour tester des caméras de prise de vues infrarouges, la scène comportant un fond qui couvre la totalité du champ simulé et au moins une cible chaude simulée mobile dans le champ simulé , comportant au moins un modulateur LCLV pour transformer des images en lumière visible de la scène sur sa première face en une configuration de biréfringence de cristaux liquides sur sa deuxième face, des moyens d'affichage pour engendrer lesdites images en lumière visible, des pre miers moyens d'éclairement infrarouge pour illuminer par un faisceau de rayonnement infrarouge froid ladite deuxième face et des moyens optiques de conjugaison et de projection, de fa çon à fournir une image de sortie en rayonnement infrarouge modulé de la scène.
La simulation de scène infrarouge est une technique connue qui consiste à réaliser par des moyens appropriés un champ de luminance dont les caractéristiques radiométriques soient aussi voisines que possible de celles d'une scène réelle, dans le domaine spectral du rayonnement infrarouge. La scène à simuler peut être par exemple une scène naturelle (terrestre, maritime, spatiale), dans laquelle peuvent se déplacer des personnes et des véhicules (navire, avion, missile, satellite, véhicule terrestre). L'intérêt d'une telle simulation est de permettre d'effectuer en laboratoire des essais d'équipements ou systèmes comportant un dispositif sensible aux rayonnements infrarouges.Contrairement à des essais effectués en extérieur sur des scènes réelles, les essais en laboratoire présentent de nombreux avantages dont en particulier une plus grande maîtrise et donc une plus grande reproductibilité des conditions d'essai ainsi qu'un coût unitaire très inférieur permettant une plus vaste exploration du domaine de fonctionnement d'un équipement. Ceci est en particulier le cas des caméras infrarouges (dénommées auto-directeurs infrarouges) qui équipent de nombreux missiles, et dont la fonction est de mesurer la direction de la cible vers laquelle ils doivent se diriger pour la détruire. L'utilisation d'un tel autodirecteur suppose que la température de la cible est au moins localement différente de celle de l'environnement ou plus précisément du fond de la scène devant laquelle elle se déplace.
En général, la température de la cible est supérieure, voire très supérieure, à celle de l'environnement. C'est le cas notamment des véhicules motorisés dont le système propulsif est source de chaleur.
Les caractéristiques que doit avoir un simulateur infrarouge dépendent de la nature de la scène à simuler et du type de caméra à tester. Dans le cas des autodirecteurs infrarouges que vise plus particulièrement l'invention, la scène est décomposable selon deux éléments qui sont le fond, dont la température est faible, et la cible dont la température et donc aussi le rayonnement infrarouge peuvent être très élevés. De plus, la cible peut se déplacer sur le fond de scène, avoir des mouvements de rotation, se rapprocher ou s éloigner rapidement. Un autodirecteur infrarouge est composé d'un ou plusieurs éléments sensibles au rayonnement infrarouge, placés dans le plan focal d'un système optique qui fournit une image de la scène. Un dispositif de balayage permet une exploration séquentielle et périodique de l'ensemble des points de l'image.Les principales caractéristiques requises pour un simulateur infrarouge sont les suivantes - champ : supérieur au champ des autodirecteurs - domaine spectral : une ou plusieurs bandes spectrales cor
respondant aux bandes de sensibilité des autodirecteurs - dynamique de luminance : très élevée pour simuler une vaste
plage de températures allant de la température ambiante à
la température des parties les plus chaudes d'un moteur
d'avion - fréquence temporelle : la fréquence avec laquelle l'ensemble
du champ de luminance est renouvelé doit être supérieure à
la fréquence de balayage d'une image par un autodirec
teur - fluctuations temporelles : compte tenu du dispositif de ba
layage d'un autodirecteur infrarouge, la luminance simulée
ne doit pas varier entre deux renouvellements successifs - fréquences spatiales : les détails d'une scène doivent être
suffisamment fins vis à vis de la résolution géométrique
des autodirecteurs.
respondant aux bandes de sensibilité des autodirecteurs - dynamique de luminance : très élevée pour simuler une vaste
plage de températures allant de la température ambiante à
la température des parties les plus chaudes d'un moteur
d'avion - fréquence temporelle : la fréquence avec laquelle l'ensemble
du champ de luminance est renouvelé doit être supérieure à
la fréquence de balayage d'une image par un autodirec
teur - fluctuations temporelles : compte tenu du dispositif de ba
layage d'un autodirecteur infrarouge, la luminance simulée
ne doit pas varier entre deux renouvellements successifs - fréquences spatiales : les détails d'une scène doivent être
suffisamment fins vis à vis de la résolution géométrique
des autodirecteurs.
Avec les premiers systèmes de simulation de scène infrarouge cités ici au titre de l'arrière plan technologique, on se contentait de superposer deux sources de rayonnement infrarouge : une source de température faible remplissant de manière uniforme la totalité du champ du simulateur pour simuler indistinctement le fond et une source de température élevée et de champ réduit simulant indistinctement une cible chaude de forme fixe mais mobile dans le champ de simulation. Un tel dispositif ne répond pas à l'ensemble des caractéristiques exigées pour tester les autodirecteurs à imagerie du fait qu'il procure une image trop simplifiée de la scène à simuler.
Pour obtenir un champ de luminance variable temporellement et spatialement, apte à donner une représentation de la scène à simuler qui se rapproche un peu plus de la réalité, on a aussi utilisé un principe d'émission directe par chauffage d'une source de rayonnement se présentant sous la forme d'une surface limitée ou d'une matrice. Les performances de ce deuxième type de simulateur sont limitées par la puissance maximale assez faible qu'il est possible de dissiper dans la source de rayonnement, par la relativement grande constante de temps des phénomènes thermiques et par le couplage inévitable entre les points voisins d'une telle source. Il en résulte généralement les inconvénients consistant en une température maximale insuffisante, une dynamique de température faible, une fréquence temporelle généralement inférieure à 25 ou 30 Hz et une résolution géométrique modeste.Plusieurs dispositifs ont été développés sur ce principe, mettant en oeuvre des techniques différentes - La cellule de BLY constituée par une membrane très mince
chauffée au moyen d'un faisceau de lumière visible de forte
puissance (une dizaine de watts) issu d'un projecteur d'ima
ge vidéo ou cinéma.
chauffée au moyen d'un faisceau de lumière visible de forte
puissance (une dizaine de watts) issu d'un projecteur d'ima
ge vidéo ou cinéma.
- Une matrice de résistances réalisée sur un substrat de sili
cium selon les technologies de la microélectronique et com
mandées par un réseau d'électrodes lignes et colonnes.
cium selon les technologies de la microélectronique et com
mandées par un réseau d'électrodes lignes et colonnes.
- Une matrice d'éléments thermoélectriques (à effet Peltier)
permettant de chauffer ou refroidir individuellement chaque
élément de la matrice selon le sens du courant de commande.
permettant de chauffer ou refroidir individuellement chaque
élément de la matrice selon le sens du courant de commande.
- Une surface émettrice balayée par un laser modulé servant à
la chauffer.
la chauffer.
Un troisième type de simulateur connu, encore plus élaboré que le précédent est basé sur le principe de la modulation qui consiste à séparer physiquement la source de rayonnement infrarouge de la modulation du champ de luminance. Un tel simulateur est décrit dans la publication SPIE vol.572
Infrared Technology XI (1985), dans l'article intitulé "Infrared liquid crystal light valve" spar S.T. Wu et al.,
Hughes Research Laboratories, pages 94 à 100. La source fournit un faisceau de rayonnement infrarouge d'intensité constante ajustée pour régler la valeur de la température maximale à simuler. Le faisceau infrarouge est dirigé vers un modulateur bi-dimensionnel qui lui imprime des variations spatiales et temporelles. Ce modulateur dénommé LCLV (Liquid Crystal Light
Valve en langue anglaise) consiste en une lame de cristaux liquides placée entre polariseurs croisés pour rayonnement infrarouge et, sur sa face opposée en un écran destiné à recevoir une image mobile en lumière visible de la scène simulée.
Infrared Technology XI (1985), dans l'article intitulé "Infrared liquid crystal light valve" spar S.T. Wu et al.,
Hughes Research Laboratories, pages 94 à 100. La source fournit un faisceau de rayonnement infrarouge d'intensité constante ajustée pour régler la valeur de la température maximale à simuler. Le faisceau infrarouge est dirigé vers un modulateur bi-dimensionnel qui lui imprime des variations spatiales et temporelles. Ce modulateur dénommé LCLV (Liquid Crystal Light
Valve en langue anglaise) consiste en une lame de cristaux liquides placée entre polariseurs croisés pour rayonnement infrarouge et, sur sa face opposée en un écran destiné à recevoir une image mobile en lumière visible de la scène simulée.
Le modulateur LCLV ne présente pas les inconvénients cités pour les sources utilisant le principe d'émission directe. Cependant la dynamique de température simulée, quoique ajustable, demeure assez limitée. En effet, avec ce dispositif, il est possible d'obtenir un rapport de contraste de l'ordre de 20, ce qui est insuffisant pour rendre compte d'un paysage dans lequel évolue une cible chaude, le fond étant à une température qui varie autour de 300 K et la cible à une température qui varie autour de 10000 K par exemple. Or, comme déjà indiqué ci-dessus, il se pose toujours le problème technique d'obtenir une dynamique de luminance très élevée pour simuler une vaste plage de température allant de la température ambiante à la température des parties les plus chaudes d'un moteur d'avion.
L'invention résout ce problème technique et permet d'atténuer les inconvénients de l'art antérieur grâce au fait que le simulateur de scène infrarouge indiqué en préambule est remarquable en ce que - lesdits moyens d'affichage sont constitués par un projecteur
d'images fournissant des images visibles dont l'intensité
lumineuse se maintient dans le temps et que ledit simulateur
comporte en outre - des deuxièmes moyens d'éclairement infrarouge pour illuminer
par un faisceau de rayonnement infrarouge chaud un champ ré
duit mobile dans le champ simulé, - des moyens de superposition pour superposer sur ladite deu
xième face de l'un des modulateurs LCLV les deux faisceaux
de rayonnement infrarouge chaud et froid par l'intermédiaire
d'un miroir semi-transparent et d'un polariseur-analyseur
infrarouge, - des moyens d'harmonisation électroniques pour faire coïnci
der sur ladite deuxième face du modulateur LCLV ladite cible
chaude simulée et ledit champ réduit.
d'images fournissant des images visibles dont l'intensité
lumineuse se maintient dans le temps et que ledit simulateur
comporte en outre - des deuxièmes moyens d'éclairement infrarouge pour illuminer
par un faisceau de rayonnement infrarouge chaud un champ ré
duit mobile dans le champ simulé, - des moyens de superposition pour superposer sur ladite deu
xième face de l'un des modulateurs LCLV les deux faisceaux
de rayonnement infrarouge chaud et froid par l'intermédiaire
d'un miroir semi-transparent et d'un polariseur-analyseur
infrarouge, - des moyens d'harmonisation électroniques pour faire coïnci
der sur ladite deuxième face du modulateur LCLV ladite cible
chaude simulée et ledit champ réduit.
L'idée force de l'invention qui consiste à utiliser deux sources distinctes de rayonnement infrarouge modulées par un même modulateur résulte de l'observation que la plage de température du fond de scène et celle de la partie la plus chaude de la cible sont très différentes et, en substance, disjointes. Il est alors possible d'appliquer le rapport de contraste du simulateur d'une part au champ de luminance à infrarouge correspondant au fond et aux parties froides de la cible et couvrant l'ensemble du champ du simulateur et d'autre part à celui correspondant aux parties chaudes de la cible et dont le champ est limité à une zone entourant ces parties chaudes7 ces deux champs superposés étant ensuite additionnés pour constituer la scène globale.Le résultat peut se présenter soit sous la forme d'une image réelle, l'addition étant obtenue par superposition sur un écran des deux images du fond et de la cible, soit, de préférence, sous la forme d'une image virtuelle, en superposant les faisceaux par exemple au moyen d'une lame semi-transparente.
Le modulateur LCLV est commandé optiquement en formant sur sa première face ou fenêtre de commande une image visible représentative de la scène infrarouge globale, c'est-àdire y compris la cible.
Cette image visible peut être fournie par un modulateur à base de DKDP ou autre cristal possédant la même propriété de mémoire.
De préférence, l'image visible est obtenue au moyen d'un projecteur vidéo équipé d'un modulateur dénommé TITUS, le tout constituant les moyens d'affichage. Le modulateur TITUS est un modulateur bi-dimensionnel de lumière visible, permettant d'éviter les fluctuations temporelles d'intensité lumineuse, comme il est requis pour un simulateur infrarouge. En effet, les charges électriques servant à moduler la lumière ne sont modifiées, séquentiellement d'un point à un autre du champ, que pendant un temps très bref vis à vis de la période de récurrence de l'image.
Un premier mode de réalisation préféré de l'invention comportant un modulateur LCLV est remarquable en ce que lesdits moyens de superposition sont constitués par une lame semi-transparente en rayonnement infrarouge qui, en aval desdits moyens optiques de conjugaison, réfléchit une partie de l'un des faisceaux infrarouge et transmet complémentairement une partie de l'autre, en direction de la deuxième face du modulateur LCLV par l'intermédiaire dudit polariseur-analyseur infrarouge.
Le principe de fonctionnement du simulateur répondant à ce mode de réalisation est globalement satisfaisant mais présente néanmoins quelques limitations liées à la dynamique ou encore au contraste propre C des modulateurs infrarouges disponibles. En effet, lorsqu'on additionne deux champs de luminance de niveaux différents, on fait apparaitre une zone de halo dans la zone de superposition des champs, le contraste ne pouvant pas excéder le contraste C d'un modulateur.
Selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention il est possible d'éviter l'apparition d'un halo si la source cible est successivement modulée par deux modulateurs placés en série et commandés par le même signal (la même image en lumière visible). Ce deuxième mode de réalisation est remarquable en ce qu'il est muni d'un premier et d'un deuxième modulateur LCLV, qu'il comporte en outre des moyens de prélèvement et de renvoi de l'image visible de la scène sur la première face du deuxième modulateur LCLV, que l'agencement relatif entre lesdits deuxièmes moyens d'éclairement infrarouge et ledit premier modulateur LCLV est conçu pour diriger ledit faisceau infrarouge chaud sur la deuxième face du premier modulateur LCLV par l'intermédiaire d'un premier polariseur-analyseur infrarouge qui agit par transmission-réflexion sur le faisceau infrarouge chaud ayant subi une première modulation et que lesdits moyens de superposition sont constitués par une lame semi-transparente en rayonnement infrarouge disposée en aval des moyens optiques de conjugaison desdits premiers moyens d'éclairement infrarouge et qui réunit, par réflexion d'un faisceau et transmission de l'autre ledit faisceau infrarouge chaud ayant subi une première modulation et ledit faisceau infrarouge froid, en direction de la deuxième face dudit deuxième modulateur LCLV par l'intermédiaire d'un deuxième polariseur-analyseur infrarouge.
Selon ce deuxième mode de réalisation qui fonctionne selon le principe dit de modulation multiplicative, le contraste obtenu dans la zone illuminée par la source cible est égal au produit du contraste C d'un modulateur par un facteur fonction de C et du rapport L2/L1 des luminances des deux sources de rayonnement. Ce facteur étant toujours supérieur à 1, le contraste obtenu dans la zone de superposition des champs est toujours plus grand que C tout en restant inférieur au carré C2 du contraste d'un modulateur.
La description qui suit en regard des dessins annexés le tout donné à titre d'exemple fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
La figure 1 est le schéma d'un premier mode de réalisation du simulateur de scène infrarouge selon l'invention.
La figure 2 est un schéma synoptique permettant d'expliquer le principe de fonctionnement du premier mode de réalisation de la figure 1.
La figure 3 représente un profil de luminance en rayonnement infrarouge modulé pour le premier mode de réalisation.
Les figures 4, 5 et 6 sont homologues des figures 2, 1 et 3, respectivement7 pour le deuxième mode de réalisation du simulateur de scène infrarouge selon l'invention.
La figure 7 est le schéma d'un exemple de réalisation du dispositif de déplacement du champ réduit pour le premier et le deuxième mode de réalisation.
La figure 8 représente le montage d'un miroir basculant à utiliser dans le dispositif de la figure 7.
Sur les figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références.
Le simulateur infrarouge représenté à la figure 1 comporte un modulateur LCLV, 1, qui transforme des images en lumière visible d'une scène à simuler sur une première face 2 (face supérieure sur la figure), en une configuration de biréfringence de cristaux liquides sur une deuxième face 3 (face inférieure sur la figure). Les images en lumière visible, mobiles, représentent une scène dans laquelle se déplace au moins un point chaud tel qu'un moteur ou un système propulsif de véhicule, appelé cible, et ces images, obtenues par des moyens d'affichage décrits ci-dessous ont la propriété d'avoir une intensité lumineuse qui se maintient dans le temps. Des moyens d'affichage de ce type particulièrement adéquats pour la mise en oeuvre de l'invention sont constitués de préférence par un tube TITUS, 4, associé à une source de lumière visible stationnaire 5 et à un polariseur-analyseur 6.Le tube TITUS 47 est un modulateur en lumière visible, décrit dans la publication Acta Electronica, vol.18, n02, 1975, pages 103 à 116 dans l'article de J.DONJON et al. intitulé : "Le tube TITUS - Application à la projection d'images sur grand écran". Des moyens d'harmonisation électroniques 7 fournissent, par l'intermédiaire d'un conducteur 8, un signal vidéo de la scène, à l'électrode de commande 9 du tube TITUS, ce qui résulte en une configuration de biréfringence de cristaux liquides pour la lumière visible, représentative de la scène, sur la face Il du tube.Un faisceau lumineux est fourni par la source 5 selon l'axe optique 12, réfléchi par le polariseur-analyseur 6 tout en subissant une première polarisation (linéaire) puis dirigé selon l'axe optique 13, par l'intermédiaire de moyens optiques de conjugaison 14, sur la face 11 du tube 4. Après réflexion sur la face 117 le faisceau représentatif de la scène en lumière visible polarisée revient selon l'axe optique 13 à travers les moyens optiques 14, traverse le polariseur-analyseur 6, ce qui a pour effet de transformer la configuration de biréfringence en une configuration d'intensité lumineuse du faisceau, et forme une image réelle de la scène sur la face 2 du modulateur LCLV 1.Le modulateur LCLV fonctionne de façon comparable au tube TITUS, à ceci près que l'image primaire est obtenue de façon différente, comme indiqué ci-dessus, et que la configuration de biréfringence de cristaux liquides représentative de la scène obtenue sur sa face 3 est apte à moduler non pas des faisceaux de rayonnement en lumière visible mais des faisceaux de rayonnement infrarouge, ces derniers pouvant par ailleurs rendre compte de températures qui varient autour de la température ambiante de l'ordre de 20 C mais aussi de températures nettement plus élevées, supérieures à 10000 C.
Sur la figure 1, les moyens optiques situés au-des-.
sous du modulateur LCLV 1 sont donc conçus pour traiter des faisceaux en rayonnement infrarouge dans la bande des 3 à 5 p et dans la bande des 8 à 12 p. Ces moyens optiques sont constitués par des moyens optiques de conjugaison 15, respectivement 16, des moyens optiques de projection 17, un polariseuranalyseur 18, un miroir semi-transparent 19 et un dispositif de déplacement du champ réduit 21. Un corps noir basse température 22 fournit un faisceau de rayonnement infrarouge froid, c'est-à-dire apte à permettre une simulation de températures variant de quelques dizaines de degrés autour d'une température ambiante de 20 C. Ce faisceau est transmis, le long d'un axe optique 23, par l'intermédiaire des moyens optiques de conjugaison 15, au miroir semi-transparent 19 qui le réfléchit selon un axe optique 24.Le faisceau résultant traverse ensuite le polariseur-analyseur 18 en subissant une première polarisation (linéaire) en direction de la face 3 du modulateur 1. Après réflexion sur la face 3, le faisceau représentatif de la scène (y compris la cible) en rayonnement infrarouge froid, revient selon l'axe optique 24, se réfléchit partiellement sur le polariseur-analyseur 18, la polarisation de cette partie réfléchie étant orthogonale à la direction de première polarisation (linéaire), et suit un axe optique 25 de façon à former, par l'intermédiaire des moyens optiques de projection 17, une image de sortie en rayonnement infrarouge froid selon un axe optique 26.Cette image de sortie est de préférence une image virtuelle, dans laquelle le rayonnement infrarouge représentatif de la partie chaude de la cible, qui n'a pratiquement pas été atténué par la modulation LCLV rend compte d'une température de l'ordre de 100" C seulement, soit d'une température nettement inférieure à celle d'une cible réelle qui est typiquement de l'ordre de 500 à 10000 C.
Afin de fournir un rayonnement infrarouge correct de la cible tout en conservant un contraste suffisant pour le reste de la scène, proche de la température ambiante il est prévu un deuxième faisceau de rayonnement infrarouge chaud, fourni par un deuxième corps noir à haute température 27. Ce deuxième faisceau, diaphragmé de façon adéquate par un diaphragme 28 est conçu pour fournir un spot de faible diamètre, sur la face 3 du modulateur 1 de façon telle que ce spot qui constitue un champ réduit contienne en permanence l'image de la cible dans ses déplacements sur le fond de scène et donc aussi sur la face 3 du LCLV. Pour réaliser ce déplacement du spot, les moyens électroniques 7 fournissent sous forme de signaux de commande sur deux conducteurs 29 et 31, les coordonnées du centre de la cible dans le fond de scène.D'autre part, le champ réduit doit pouvoir être agrandi pour s'adapter7 au besoin, au rapprochement simulé de la cible. A cet effet un signal de commande sur un conducteur 30 entre les éléments 7 et 28 fait varier l'ouverture du diaphragme 28, et un signal de commande sur un conducteur 40 entre les éléments 7 et 16 fait effectuer un zoom approprié aux moyens optiques de conjugaison 16 prévus à cet effet notamment. Ces signaux de commande 29, 30, 31, 40, qui sont issus des moyens d'harmonisation électroniques 77 actionnent notamment le dispositif de déplacement du champ réduit 21 qui est de préférence tel que décrit ci-dessous en référence aux figures 7 et 8. Après traversée du dispositif 21, le faisceau de rayonnement infrarouge chaud est aligné sur un axe optique mobile 32, traverse les moyens optiques de conjugaison 16 et le miroir semi-transparent 19. Après quoi ce faisceau mobile suit le même trajet que celui du faisceau fixe issu du corps noir 221 comme déjà décrit plus haut, le miroir semi-transparent 19 constituant des moyens de superposition des deux faisceaux infrarouge chaud et froid, c'est-à-dire du champ total et du champ réduit.
Le principe de fonctionnement du simulateur de la figure 1 est dit : principe additif, et répond au schéma synoptique de la figure 2 où l'on a indiqué sous forme de blocs : le rayonnement infrarouge pour le fond de scène 35, le rayonnement infrarouge pour le champ réduit 36, la superposition des deux rayonnements en 37 et la modulation commune des champs superposés en 38. Le conducteur 39 symbolise la commande du modulateur LCLV par le tube TITUS.
La figure 3 représente un profil de luminance en rayonnement infrarouge modulé, obtenu au moyen du dispositif de la figure 1 (principe additif). On a porté en abscisse le profil constitué par une ligne qui traverse le spot mobile (non représenté), soit la zone de superposition des champs, référencée ZSI le reste du profil, de part et d'autre du spot étant référencé ZA. En ordonnées sont portées les luminances en rayonnement infrarouge, L. Etant donné le contraste C maximal par exemple égal à 20 que peut fournir le modulateur LCLV, la luminance varie, dans la zone ZA, entre la valeur minimale Lî/C et la valeur maximale L1. Dans la zone de superposition
ZS, la luminance varie entre la valeur minimale (L1+L2)/C et la valeur maximale L1+L2.Sur la figure 3 on a tracé trois profils de luminance : en trait plein le profil de luminance
PI qui est le profil de luminance avant modulation, en trait interrompu le profil de luminance à simuler P2 et en trait mixte le profil de luminance simulée P3. On notera que si les valeurs de luminance élevées souhaitées peuvent être obtenues, il n'est pas possible d'otenir une plage de valeurs faibles étant données les valeurs minimales précitées, dans la zone ZS du profil située de part et d'autre de la zone cible ZC.Ceci se traduit par une zone de halo autour de la cible, pour laquelle on obtient notamment la valeur L1+L2/C au lieu de la valeur Lî souhaitée et la valeur (L1+L2)/C au lieu de la valeur nulle. il est possible de diminuer fortement l'apparition du halo précité moyennant d'utiliser deux modulateurs LCLV et d'appliquer le principe de modulation multiplicative tel qu'illustré par la figure 4.
ZS, la luminance varie entre la valeur minimale (L1+L2)/C et la valeur maximale L1+L2.Sur la figure 3 on a tracé trois profils de luminance : en trait plein le profil de luminance
PI qui est le profil de luminance avant modulation, en trait interrompu le profil de luminance à simuler P2 et en trait mixte le profil de luminance simulée P3. On notera que si les valeurs de luminance élevées souhaitées peuvent être obtenues, il n'est pas possible d'otenir une plage de valeurs faibles étant données les valeurs minimales précitées, dans la zone ZS du profil située de part et d'autre de la zone cible ZC.Ceci se traduit par une zone de halo autour de la cible, pour laquelle on obtient notamment la valeur L1+L2/C au lieu de la valeur Lî souhaitée et la valeur (L1+L2)/C au lieu de la valeur nulle. il est possible de diminuer fortement l'apparition du halo précité moyennant d'utiliser deux modulateurs LCLV et d'appliquer le principe de modulation multiplicative tel qu'illustré par la figure 4.
A la figure 47 le rayonnement infrarouge pour le champ réduit 36 est d'abord modulé en 41 par un premier modulateur LCLV commandé en 42 par un tube TITUS < puis superposé en 43 au rayonnement infrarouge pour le fond de scène 35. Ensuite7 les deux faisceaux infrarouges superposés, parmi lesquels le faisceau mobile pour le champ réduit est déjà modulé une première fois, sont transmis pour modulation, en 44, par un deuxième modulateur LCLV commandé par le même tube TITUS qui commande le premier modulateur. La mise en oeuvre de ce principe de modulation multiplicative peut être obtenue au moyen du circuit de la figure 5.
A la figure 5 apparaissent la plupart des éléments de la figure 1 ainsi que des éléments supplémentaires. Concernant la partie en rayonnement visible, en haut de la figure, une image est projetée par l'intermédiaire d'un miroir semitransparent 45 fonctionnant en transmission sur la première face d'un premier modulateur LCLV 46. Cette image est aussi réfléchie par le miroir 45 en direction d'un autre miroir semi-réfléchissant 47 qu'elle traverse puis, après réflexion sur un miroir 48 et réflexion sur le miroir semi-transparent 47, projetée sur la première face d'un deuxième modulateur LCLV 49. Les coefficients de transmission et de réflexion respectifs des miroirs semi-transparents 45 et 47 sont choisis tels que l'intensité lumineuse des images visibles formées sur les modulateurs 46 et 49 soit sensiblement la même dans les deux cas.Entre les miroirs semi-transparents 45 et 47 sont disposés des moyens optiques de conjugaison 80 qui, en association avec les moyens optiques de conjugaison 14 conjuguent l'image fournie par le tube 9 avec la première face du modulateur LCLV 49. Pour ce qui est de la partie en rayonnement infrarouge on considère en premier lieu le rayonnement, émis par le corps noir à haute température 271 relatif à la cible.Ce rayonnement traverse les mêmes éléments 281 211 16, 18 qu'à la figure 1, forme un spot entourant l'image de la cible sur la deuxième face du modulateur 461 revient en tant que faisceau de cible pré-modulé vers le polariseur-analyseur 18, au moyen duquel la configuration de biréfringence en 46 est transformée en une configuration d'intensité lumineuse du faisceau puis est dirigé selon un axe optique 51 en direction d'un miroir semitransparent pour rayonnement infrarouge 52. Entre les éléments 18 et 52 sont disposés des moyens optiques de conjugaison 81 qui conjuguent la deuxième face du modulateur LCLV 46 avec la deuxième face du modulateur LCLV 49.Le miroir 52 réalise la superposition du faisceau de rayonnement infrarouge pré-modulé chaud qui est réfléchi, et du faisceau de rayonnement infrarouge froid pour le fond de scène qui est émis par le corps noir basse température 22, transmis par les moyens optiques de conjugaison 15 et transmis par le miroir 52. Le coefficient de réflexion du miroir 52 est supérieur à son coefficient de transmission de façon que la température du corps noir à haute température 27 ait une valeur compatible avec l'état de l'art pour ce type de composant. Un polariseur-analyseur 54, le modulateur LCLV 49 et les moyens optiques de projection 17 constituent un étage optique de sortie qui a la même fonction que les éléments homologues 18r 1 et 17 de la figure 1. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le faisceau infrarouge chaud relatif à la cible est modulé deux fois successivement, ce qui permet d'obtenir un meilleur contraste pour la cible comme décritci-dessous en référence à la figure 6. il faut veiller, lors du choix des polariseurs-analyseurs infrarouges 18 et 54, à ce que les contrastes obtenus pour la cible dans l'image infrarouge sur l'axe de sortie 26, figure 5, ne soient pas inversés. Pour cela il faut que ces polariseurs-analyseurs soient orientés, chacun dans son plan, de façon que leur fonction de polarisation respective soit inversée l'une par rapport à l'autre. Ceci signifie que si l'un transmet l'oscillation de rayonnement infrarouge perpendiculaire au plan de la figure, l'autre doit réfléchir cette même oscillation et réciproquement.
Sur la figure 6 < les profils de luminance P1 (avant modulation) et P2 (profil à simuler) sont les mêmes qu'à la figure 3 ; par contre, on notera que le profil de luminance après modulation P3 se rapproche beaucoup plus du Profil souhaité P2 que dans le cas de la figure 3.Ceci provient du fait que dans la zone ZA le contraste maximal demeure égal à C alors que dans la zone ZS du spot il est porté à la valeur
C = C x 1+L2/Lî
max = C X 1+L2/CL1 cette valeur étant supérieure à C et ayant pour limite supérieure C2, lorsque
L2/L1 1, par exemple pour un rapport : L2/L1 = 1007 ce qui est une valeur typique du rapport de luminance qu'il est possible d'obtenir selon l'invention.
C = C x 1+L2/Lî
max = C X 1+L2/CL1 cette valeur étant supérieure à C et ayant pour limite supérieure C2, lorsque
L2/L1 1, par exemple pour un rapport : L2/L1 = 1007 ce qui est une valeur typique du rapport de luminance qu'il est possible d'obtenir selon l'invention.
Dans les expressions qui précèdent, on a supposé, pour ne pas compliquer l'exposé, que le contraste maximal du modulateur 46 et celui du modulateur 49 avaient la même valeur
C. il est clair cependant que ces valeurs de contraste maximal peuvent être différentes. Le mode de réalisation de la figure 5 permet donc d'éviter pratiquement l'apparition d'un halo dans le spot autour de la cible, contrairement au mode de réalisation de la figure 1.
C. il est clair cependant que ces valeurs de contraste maximal peuvent être différentes. Le mode de réalisation de la figure 5 permet donc d'éviter pratiquement l'apparition d'un halo dans le spot autour de la cible, contrairement au mode de réalisation de la figure 1.
La figure 7 illustre une réalisation possible pour le dispositif de déplacement du champ réduit 21 où l'on suppose que la cible se déplace, dans le champ, à distance sensiblement constante. Représenté à l'intérieur d'un cadre en trait interrompu, ce dispositf comporte des moyens optiques 01, et un miroir basculant M. Sous la commande des signaux sur les conducteurs 29 et 31, (figures 1 et 5), le miroir M bascule en rotation, par rapport à un centre fixe P, autour de deux axes perpendiculaires passant par le point P. Sur la figure 7 on a représenté le miroir M selon deux positions de basculement autour de l'un des deux axes, une position médiane en trait plein 56 et une position écartée en trait interrompu 57.Les moyens optiques 01 ont leur pupille de sortie en P et conjuguent l'image I1 (position médiane) ou 12 (position écartée) formée par le faisceau de rayonnement infrarouge chaud sur une surface courbe non matérialisée S1 avec la source de rayonnement infrarouge 27 (corps noir haute température). Les moyens optiques de conjugaison 16 ont leur pupille de sortie à l'infini et conjuguent la fenêtre photosensible du modulateur (deuxième face 3 du LCLV 1 ou 46) avec la pupille de sortie, au point P, des moyens optiques 01, de façon que l'image I1 (respectivement I2) résulte en le spot J1 (respectivement J2) sur la face 3 du modulateur LCLV. Ainsi, les déplacements du miroir M entraînent le déplacement de la zone J éclairée (zone
ZS sur les figures 3 et 6).
ZS sur les figures 3 et 6).
De préférence, les déplacements du miroir M sont obtenus par un montage à la Cardan de ce miroir comme représenté à la figure 8. Un cadre 59 est mobile en rotation autour d'un axe x-x' monté à pivotement dans un châssis non représenté. Un moteur 61 dont le stator est solidaire du châssis et qui est commandé par le conducteur 29 (non représenté) est coaxial à l'axe x-x' et son rotor, solidaire de l'axe support du cadre 59 entraine ce dernier et donc le miroir M en rotation autour de l'axe x-x'. Le miroir M est supporté à rotation par le cadre 59 selon un axe y-y' perpendiculaire à l'axe x-x'. Un deuxième moteur 62 coaxial à l'axe y-y', et dont le stator est solidaire du cadre 59 par une patte 63, est commandé par le conducteur 31 (non représenté), ce qui permet au rotor du moteur 62 d'entraîner en rotation le miroir M selon l'axe y-y'.
Claims (7)
1. Simulateur de scène infrarouge pour tester des caméras de prise de vues infrarouges, la scène comportant un fond qui couvre la totalité du champ simulé et au moins une cible chaude simulée mobile dans le champ simulé, comportant au moins un modulateur LCLV (1) pour transformer des images en lumière visible de la scène sur sa première face (2) en une configuration de biréfringence de cristaux liquides sur sa deuxième face (3), des moyens d'affichage (4, 5, 6) pour engendrer lesdites images en lumière visible, des premiers moyens d'éclairement infrarouge (22, 19) pour illuminer par un faisceau de rayonnement infrarouge froid ladite deuxième face et des moyens optiques de conjugaison (15) et de projection (17), de façon à fournir une image de sortie en rayonnement infrarouge modulé de la scène, caractérisé en ce que - lesdits moyens d'affichage sont constitués par un projecteur
d'images fournissant des images visibles dont l'intensité
lumineuse se maintient dans le temps (4, 9) et que ledit
simulateur comporte en outre - des deuxièmes moyens d'éclairement infrarouge (27, 28, 21)
pour illuminer par un faisceau de rayonnement infrarouge
chaud un champ réduit mobile dans le champ simulé, - des moyens de superposition (19, 18) pour superposer sur
ladite deuxième face de l'un des modulateurs LCLV les deux
faisceaux de rayonnement infrarouge chaud et froid par
l'intermédiaire d'un miroir semi-transparent (19) et d'un
polariseur-analyseur infrarouge (18), - des moyens d'harmonisation électroniques (7) pour faire
coïncider sur ladite deuxième face (3) du modulateur LCLV
ladite cible chaude simulée et ledit champ réduit.
2. Simulateur de scène infrarouge selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'affichage sont constitués par un tube TITUS (4) associé à une source de lumière visible stationnaire (5) et à un polariseur-analyseur (6).
3. Simulateur de scène infrarouge selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les premiers (respectivement les deuxièmes) moyens d'éclairement infrarouge sont constitués par un corps noir basse température (22) (respectivement haute température (27)) et des moyens optiques de conjugaison (15, 16), et comportant en outre en sortie des moyens optiques de projection. (17) des deux faisceaux de rayonnement infrarouge froid et chaud superposés modulés après action dudit polariseur-analyseur infrarouge (18).
4. Simulateur de scène infrarouge selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens d'éclairement infrarouge comportent un dispositif de déplacement du champ réduit (21), situé entre ledit corps noir haute température (27) et lesdits moyens optiques de conjugaison (16), et constitué par un miroir (M) basculant autour d'un centre fixe (P), mobile en rotation autour de deux axes perpendiculaires (x-x', y-y') passant par ledit centre fixe.
5. Simulateur de scène infrarouge selon la revendication 3 ou 4, comportant un modulateur LCLV (1), caractérisé en ce que lesdits moyens de superposition sont constitués par une lame semi-transparente en rayonnement infrarouge (19) qui, en aval desdits moyens optiques de conjugaison, réfléchit une partie de l'un des faisceaux infrarouge (23) et transmet une partie complémentaire de l'autre (32), en direction de la deuxième face (3) du modulateur LCLV (1) par l'intermédiaire dudit polariseur-analyseur infrarouge (18).
6. Simulateur de scène infrarouge selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est muni d'un premier (46) et d'un deuxième (49) modulateur LCLV, qu'il comporte en outre des moyens de prélèvement et de renvoi (45, 80, 47, 48) de l'image visible de la scène sur la première face du deuxième modulateur LCLV (49), que l'agencement relatif entre lesdits deuxièmes moyens d'éclairement infrarouge et ledit premier modulateur LCLV est conçu pour diriger ledit faisceau infrarouge chaud sur la deuxième face du premier modulateur LCLV par l'intermédiaire d'un premier polariseur-analyseur infrarouge (18) qui agit sur le faisceau infrarouge chaud ayant subi une première modulation et que lesdits moyens de superposition sont constitués par une lame semi-transparente en rayonnement infrarouge (52) disposée en aval des moyens optiques de conjugaison (81) desdits premiers moyens d'éclairement infrarouge et qui réunit, par réflexion d'un faisceau et transmission de l'autre ledit faisceau infrarouge chaud ayant subi une première modulation et ledit faisceau infrarouge froid, en direction de la deuxième face dudit deuxième modulateur LCLV (49) par l'intermédiaire d'un deuxième polariseur-analyseur infrarouge (54).
7. Simulateur de scène infrarouge selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits premier (18) et deuxième (54) polariseur-analyseur infrarouge sont orientés, chacun dans son plan, de façon que leur fonction de polarisation respective soit inversée l'une par rapport à l'autre.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2669111A1 true FR2669111A1 (fr) | 1992-05-15 |
| FR2669111B1 FR2669111B1 (fr) | 1993-02-12 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7047801B2 (en) * | 2004-04-30 | 2006-05-23 | Raytheon Company | Portable guidance assembly test station |
| CN110542542A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-12-06 | 北京振兴计量测试研究所 | 一种动平台条件下光学模拟器光轴一致性检测装置及方法 |
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| US4723077A (en) * | 1985-12-06 | 1988-02-02 | Hughes Aircraft Company | Dual liquid crystal light valve based visible-to-infrared dynamic image converter system |
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Patent Citations (2)
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| FR2669111B1 (fr) | 1993-02-12 |
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