FR2816118A1 - Dispositif pour l'harmonisation entre une voie d'emission laser et une voie passive d'observation - Google Patents

Abstract

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

Description

L'invention concerne un dispositif pour l'harmonisation entre une voie

d'émission laser et une voie passive d'observation. L'harmonisation consiste à rendre parallèles les axes optiques de ces voies afin qu'elles aient une ligne de visée commune. L'invention s'applique notamment aux systèmes de désignation de cible comportant une voie laser de télémétrie ou d'illumination et une voie passive d'observation avec un détecteur d'imagerie permettant de visualiser et de poursuivre la cible. Elle s'applique aussi aux systèmes d'imagerie active/passive comportant une voie d'émission laser à balayage et une voie d'imagerie passive. Plus généralement, elle s'applique à tout système pour lequel il est nécessaire d'harmoniser la voie d'émission

laser et la voie passive d'observation.

Dans des conditions d'environnement sévères, notamment de température et de vibration, la désignation de cible par laser est avantageusement effectuée grâce à un 'pod' (ce terme signifiant nacelle en langue anglosaxonne) disposé en emport externe de l'aéronef. Il peut comporter une voie d'observation comprenant un détecteur d'imagerie visible et/ou un détecteur d'imagerie à détection infrarouge, en bande Il ou III, permettant de localiser la cible, ainsi qu'une voie laser, dont l'axe optique peut être séparé ou confondu avec celui de la voie d'observation, émettant par exemple dans le proche infrarouge et 'verrouillée' sur la voie d'observation. Ce verrouillage suppose le parfait 'alignement' entre les deux voies, c'est à dire le parfait parallélisme de leurs axes optiques (confondus ou non), définissant alors une même ligne de visée. Cette harmonisation doit

pouvoir être contrôlée en cours de mission.

Dans un équipement Air/Sol pour guidage laser de munitions par exemple, I'harmonisation entre le laser d'illumination et l'axe de visée du détecteur d'imagerie peut être réalisée de différentes façons et notamment, lorsque le détecteur possède une bande spectrale compatible de la longueur d'onde du laser, en réinjectant une partie de l'énergie émise par le laser dans la pupille d'entrée du détecteur d'imagerie. La position de l'image de la tache laser ainsi obtenue par rapport au centre du champ du détecteur d'imagerie indiquera l'erreur d'harmonisation. Pour procéder à l'harmonisation entre les voies, il est nécessaire que le moyen utilisé pour effectuer la réinjection renvoie la lumière selon la direction incidente, par exemple à l'aide d'un

miroir en coin de cube.

La figure 1 illustre par un schéma simplifié un exemple de dispositif d'harmonisation selon l'art antérieur. La voie d'observation d'axe optique Ai (en trait continu sur la figure 1) comprend dans cet exemple un dispositif afocal AFO, un objectif de focalisation OBJ permettant de former l'image d'une scène sur un détecteur d'imagerie DET, par exemple un détecteur Silicium fonctionnant dans le visible et le proche infrarouge. La voie laser d'axe Ae (en trait pointillé alterné court et long) comprend un laser LAS d'illumination émettant dans le proche infrarouge. Un mélangeur MEL, dont la transmission et la réflexion sont adaptées à la longueur d'onde du laser tout en transmettant le maximum du flux émis par la scène, permet de superposer les deux voies. Le dispositif d'harmonisation comprend dans cet exemple un coin de cube CCB et un jeu de miroirs 11, 12 placés sur la voie laser, en amont du mélangeur MEL, I'un des deux miroirs étant mobile en rotation (miroir 11). Pour procéder à l'harmonisation, le miroir 1 1 est orienté de telle sorte à envoyer vers le coin de cube CCB l'impulsion laser qui se trouve ainsi réinjectée dans la voie d'imagerie Ai (chemin optique indiqué en trait pointillé sur la figure 1). Un volet (non représenté), permettant de couper le flux issu de la scène, est fermé pendant la phase d'harmonisation et l'image de l'impulsion laser sur le détecteur d'imagerie peut être visualisée afin de déterminer les défauts d'harmonisation correspondant aux écarts angulaires entre l'axe de la ligne de visée du détecteur et la position de

l'image laser.

Dans la pratique, ce dispositif d'harmonisation présente un certain

nombre d'inconvénients qui conduisent à des performances modestes.

Notamment, les imperfections du coin de cube liées aux défauts de réalisation entraînent des erreurs d'harmonisation. D'autre part, lorsque le coin de cube est placé devant la pupille commune aux voies laser et d'observation, comme c'est le cas sur la figure 1, celui-ci ne peut couvrir qu'une partie de cette pupille (pour des raisons d'encombrement), entraînant une image de l'impulsion laser sur le détecteur de dimension relativement importante et une précision d'harmonisation limitée. En outre, si la répartition d'énergie laser n'est pas uniforme dans toute la pupille, le fait de ne pas couvrir toute la pupille peut induire des erreurs d'harmonisation. Enfin, dans le cas o le coin de cube n'est pas placé au centre de la pupille du détecteur, l'effet des aberrations dégrade l'image et peut induire une erreur de position

de son barycentre.

La présente invention propose un dispositif d'harmonisation très précis ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur. Elle consiste à visualiser à l'aide du même détecteur d'imagerie utilisé pour imager la scène, l'image de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène elle-même et non plus par un coin de cube. Pour ce faire, l'invention met en oeuvre un détecteur spécifique pouvant fonctionner selon deux modes, un mode imagerie classique et un mode harmonisation dans lequel le flux provenant de l'impulsion laser rétroréfléchie peut être détecté dans le flux continu diffusé

par la scène.

Plus précisément, I'invention concerne un dispositif pour l'harmonisation entre une voie d'émission d'une impulsion laser vers une scène et une voie passive d'observation de la scène, la voie d'observation comprenant notamment un objectif de focalisation pour former l'image de la scène sur au moins un détecteur d'imagerie, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - un détecteur rapide d'impulsion laser permettant de déterminer I'instant d'arrivée de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène sur le ou les détecteur(s) d'imagerie, - un détecteur d'harmonisation formant l'un desdits détecteurs d'imagerie et comprenant notamment un ensemble de zones photosensibles dans la bande spectrale du laser d'émission, - des moyens de commande du détecteur d'harmonisation en mode imagerie ou en mode harmonisation, recevant le signal délivré par le détecteur rapide, et permettant, en mode harmonisation, le fonctionnement du détecteur d'harmonisation selon deux phases, - une première phase d'attente, pendant laquelle les charges électriques issues de la conversion des photons reçus par les zones photosensibles sont intégrées de façon quasi-continue avec un temps d'intégration suffisamment court pour permettre la détection du flux provenant d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène dans le flux continu diffusé par la scène, une deuxième phase de lecture, déclenchée par le signal reçu du détecteur rapide au moment de la détection d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène, entraînant la mise en séquence des charges intégrées au moment de la détection de ladite impulsion afin de détecter dans l'image ainsi obtenue la position de la tache laser correspondante, - des moyens de calcul permettant de calculer, à partir de la position de la tache laser dans l'image, les défauts d'harmonisation correspondant aux écarts angulaires entre l'axe de la voie d'observation et

celui de la voie d'émission laser.

Outre le fait qu'il apporte une très grande précision, le dispositif selon l'invention permet de faire l'harmonisation en situation réelle, puisque la tache laser imagée sur le détecteur est la même que celle que devra suivre, par exemple, une arme guidée par laser. Il permet en outre de s'affranchir de l'utilisation d'un mélangeur dont les spécifications sont

contraignantes, entre la voie laser et la voie d'observation.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront

à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures qui

représentent: - la figure 1 (déjà décrite), un dispositif d'harmonisation entre une voie laser et une voie d'imagerie, selon l'art antérieur; - la figure 2, le schéma de l'architecture d'un système optique mettant en oeuvre un dispositif d'harmonisation selon l'invention; - les figures 3A et 3B, des exemples illustrant la position de la tache las' dans l'image avant et après rectification des défauts d'harmonisation; - la figure 4, un exemple précis de détecteur d'harmonisation - la figure 5, I'allure du signal délivré par le détecteur d'impulsion

en fonction du temps, selon un exemple.

Sur ces figures, les éléments homologues sont repérés par les

mêmes indices.

La figure 2 représente pour illustrer l'invention, I'architecture d'ensemble d'un équipement optronique d'imagerie et de poursuite de cible en configuration Air/Sol, équipé avec un dispositif d'harmonisation selon un exemple de réalisation. Les différents sous-ensembles représentés sur la figure sont montés dans une structure porteuse rigide (banc optique équipé non représenté) qui est elle-même installée à l'intérieur d'une enveloppe portée par un aéronef. L'équipement comprend une voie d'émission (d'axe optique Ae) d'une impulsion laser émise par un émetteur laser LAS dont la longueur d'onde est compatible avec la fonction d'illumination de cible à réaliser, avec son optique de collimation COL permettant d'obtenir un faisceau de faible divergence dans la direction Ae. Il s'agit par exemple dans le cas d'un équipement de poursuite de cible d'un laser Nd:YAG émettant des impulsions de quelques dizaines de nanosecondes, à 1,06 ptm. Il comprend par ailleurs une voie d'observation (d'axe optique Ai) formée dans cet exemple d'un imageur multispectral, avantageusement équipé d'une optique de focalisation OPT catadioptrique à plusieurs miroirs dont l'achromatisme limite l'introduction de défauts d'harmonisation supplémentaire. Dans l'exemple de la figure 2, la voie d'émission laser est distincte de la voie d'imagerie, ce qui permet de limiter le flux laser rétrodiffusé dans la voie imagerie. Mais il est possible de concevoir un système dans lequel les impulsions laser à l'émission sont injectées dans la voie d'imagerie, au niveau de la partie afocale de l'optique de la voie d'imagerie. Cela permet, en utilisant une optique catadioptrique, de limiter l'introduction de défauts d'harmonisation liés au chromatisme. Dans l'exemple de la figure 2, il s'agit d'une optique de type 'Cassegrain', réalisée au moyen de deux miroirs M1, M2. Un miroir dichroïque M3 sépare la voie d'observation en une voie infrarouge, d'axe AiR et une voie visible/proche infrarouge d'axe Aivls. Ces deux voies sont équipées respectivement d'un détecteur d'imagerie DETIR sensible dans l'infrarouge et d'un détecteur d'imagerie DETvws sensible dans le visible et le proche infrarouge, sur lesquels l'optique de focalisation OPT forme l'image de la scène dans chacune des bandes spectrales. L'ensemble opto-mécanique est monté et

réglé en usine de façon à ce que les axes At et Ai soient parallèles.

Cependant, malgré toutes les précautions prises lors de la conception, de la fabrication, et du réglage, ce parallélisme ne reste généralement pas valable avec une précision suffisante en utilisation opérationnelle, compte tenu des contraintes d'environnement supportées par l'équipement, qui induisent des déplacements d'axe, surtout au niveau du laser. Il est donc nécessaire de procéder à une harmonisation en vol. Selon l'invention, le dispositif pour l'harmonisation entre la voie laser d'axe Ae et la voie d'observation d'axe Ai comprend un détecteur rapide d'impulsion laser DETIMP, permettant de déterminer l'instant d'arrivée de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène sur le ou les détecteur(s) de la voie d'observation et délivrant un signal S. Dans l'exemple de la figure 2, le détecteur rapide DETIMp est positionné dans un plan focal de l'optique multispectrale OPT grâce à un miroir M4 prélevant sur la voie visibleproche infrarouge une partie du flux. Il comprend en outre un détecteur d'harmonisation formant l'un des détecteurs d'imagerie (dans l'exemple de la figure 2, il s'agit du détecteur DETvws), et des moyens de commande MCD du détecteur d'harmonisation, recevant le signal S délivré par le détecteur rapide DETIMp. Selon l'invention, le détecteur d'harmonisation, commandé par les moyens de commande MCD, peut fonctionner selon deux modes, un mode imagerie classique et un mode harmonisation dans lequel le flux provenant de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène peut être détecté dans le flux continu diffusé par la scène, permettant ainsi de détecter les

défauts d'harmonisation.

Pour ce faire, le détecteur d'harmonisation comprend notamment un ensemble de zones photosensibles dans la bande spectrale du laser d'émission. Les moyens MCD commandent le détecteur d'harmonisation en mode imagerie ou en mode harmonisation. Ils reçoivent le signal S délivré par le détecteur rapide, et permettent, en mode harmonisation, le fonctionnement du détecteur d'harmonisation selon deux phases. Dans une première phase d'attente, les charges électriques issues de la conversion des photons reçus par les zones photosensibles sont intégrées de façon quasi-continue avec un temps d'intégration suffisamment court pour permettre la détection du flux provenant d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène dans le flux continu diffusé par la scène. Dans une deuxième phase de lecture, déclenchée par le signal S reçu du détecteur rapide au moment de la détection d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène, les charges intégrées au moment de la détection de ladite impulsion sont mises en séquence afin de détecter dans l'image ainsi obtenue la position de la tache laser correspondante. Des exemples de détecteurs applicables au dispositif d'harmonisation selon l'invention seront décrits plus en détails dans

la suite.

Avantageusement, des moyens de filtrage optique FLTIMp et FLTHAR, dont les transmissions sont centrées sur la bande spectrale du laser d'émission, sont positionnes respectivement devant le détecteur d'impulsion DETiMp et, pendant la phase d'harmonisation, devant le détecteur d'harmonisation (DETvIs dans l'exemple de la figure 2), afin d'améliorer la détectivité de ces détecteurs à la longueur d'onde du laser. Les moyens de filtrage FLTIMp sont fixes, tandis que les moyens de filtrage FLTHAR sont avantageusement amovibles afin de pouvoir être retirés en mode imagerie classique, en dehors des périodes de fonctionnement en mode harmonisation. Le dispositif d'harmonisation selon l'invention comprend en outre des moyens de calcul MCL permettant de calculer, à partir de la position de la tache laser dans l'image, les défauts d'harmonisation entre l'axe \i de la voie d'observation et celui AC de la voie d'émission laser, ces défauts correspondant aux écarts angulaires ax, ay entre le centre de l'image et la position de la tache laser, image de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène à travers l'optique de focalisation OPT. La figure 3A illustre ainsi par un exemple la position de la tache laser IML dans l'image, et les écarts 8x, ôy entre la tache laser IML et le centre de l'image IMC correspondant à l'axe Ai de la ligne de visée du détecteur d'harmonisation. Dans le cas par exemple d'un équipement de poursuite automatique de cible, le centre de l'image IMC correspond au centre de poursuite et la correction de l'erreur d'harmonisation consiste alors par exemple à déplacer électroniquement le centre de poursuite automatique de la valeur opposé de l'écart mesuré. Ainsi, pendant la phase de fonctionnement normal, c'est-à-dire en mode imagerie, les moyens de filtrage FLTHAR sont retirés et le point de la cible sur lequel est accroché le détecteur d'imagerie se trouve alors confondu, comme cela

apparaît sur la figure 3B, avec le point d'impact IML de l'impulsion laser.

Le dispositif d'harmonisation selon l'invention permet ainsi une harmonisation très précise entre l'axe de la ligne de visée du laser et le centre de référence du détecteur d'imagerie de la voie d'observation car elle utilise directement l'image de la tache laser formée sur la scène observée, ce qui permet d'avoir la meilleure résolution possible. Elle permet d'obtenir une harmonisation très précise entre le laser d'illumination et la position du point poursuivi automatiquement sur la scène, ce qui permet une très grande précision d'impact de la munition en cas de tir d'armement à guidage laser, ou une très grande précision de localisation pour les équipements

d'observation ou de surveillance.

L'utilisation d'une optique multispectrale commune aux deux voies proche infrarouge et infrarouge, comme c'est le cas dans l'exemple de la figure 2, permet à l'équipement de posséder cette capacité d'harmonisation très précise aussi bien en fonctionnement de jour qu'en fonctionnement de nuit. En effet, le dispositif d'harmonisation peut fonctionner de jour, même par très fort éclairement, grâce à l'utilisation du détecteur d'harmonisation spécifique, et il peut également fonctionner de nuit. Dans ce cas, le détecteur d'harmonisation (détecteur d'imagerie proche infrarouge dans l'exemple de la figure 2), est utilisé pendant la phase d'harmonisation pour localiser la tache laser sur la scène, comme cela a été décrit précédemment, tandis que le détecteur infrarouge effectue par exemple la poursuite de la cible de façon continue, sans être perturbé par la phase d'harmonisation. A la fin de chaque cycle d'harmonisation, la correction est appliquée automatiquement sur la position du centre de poursuite du détecteur infrarouge DETIR, permettant d'effectuer l'harmonisation en permanence, à chaque tir. De jour, afin de ne pas perturber la poursuite de la cible, il est également possible d'effectuer la poursuite en infrarouge, avec peut-être une résolution un peu moins bonne, pendant que le détecteur proche infrarouge est utilisé pour effectuer l'harmonisation. Après la phase d'harmonisation, on peut revenir en poursuite proche infrarouge en faisant fonctionner le détecteur d'harmonisation en mode imagerie classique, afin de profiter éventuellement

de la meilleure résolution inhérente à cette bande spectrale.

Notons que dans cet exemple de mise en oeuvre du dispositif d'harmonisation, il est nécessaire que les deux voies infrarouge et proche infrarouge soient parfaitement harmonisées, pour pouvoir transférer sur la

voir infrarouge l'écart d'harmonisation mesuré sur la voie proche infrarouge.

Cela est relativement aisé dans la mesure o ces deux voies utilisent la même optique multispectrale et que la structure commune portant l'optique et les détecteurs d'imagerie peut être assez compacte et donc très rigide. Si néanmoins, en présence de gradients thermiques an niveau de cette structure, des désalignements entre ces deux voies peuvent se produire, on peut mesurer ces gradients à l'aide de capteurs de température placés sur certaines parties de la structure, et appliquer des corrections d'harmonisation issues d'une table de valeurs préalablement établies par des simulations comportementales en thermique de la structure. En tout état de cause, ces corrections, lorsqu'elles sont nécessaires, restent du second ordre par rapport aux corrections mesurées grâce au détecteur d'harmonisation du dispositif d'harmonisation selon l'invention. Nous décrivons maintenant plus en détails des exemples de détecteurs d'harmonisation, qui, associés au détecteur d'impulsion,

permettent le fonctionnement du dispositif selon l'invention.

Un premier exemple privilégié consiste à utiliser comme détecteur d'harmonisation un détecteur d'imagerie à intégration et transfert de type

CCD (initiales de < Charge Coupled Device " en terminologie anglo-

saxonne), situé précisément dans le plan focal de l'objectif de focalisation de la voie d'observation, et comportant un ensemble de zones photosensibles en silicium (ou " pixels >, selon la terminiologie anglosaxonne), organisées en matrice généralement carrée, typiquement 100x100 pixels. L'utilisation d'un matériau photosensible dans le spectre visible et proche infrarouge, par exemple le Silicium, convient particulièrement à la détection d'un laser

émettant dans le proche infrarouge, comme le laser Nd:YAG, à 1,06 hm.

Selon l'invention, le détecteur CCD est commandé par les moyens de commande MCD de telle sorte à fonctionner selon un mode de fonctionnement CCD classique lorsque le détecteur d'harmonisation est en mode imagerie et selon un mode dit " tapis roulant " lorsque le détecteur est en mode harmonisation. Dans le mode de fonctionnement classique (mode imagerie), le détecteur CCD fait l'acquisition de la scène (conversion des photons reçus en charges puis intégration dans des puits de potentiel des charges libérées proportionnellement à l'éclairement reçu pendant un temps d'intégration prédéterminé, typiquement de l'ordre de 20 msec), puis les charges sont transférées en colonne et échantillonnées par multiplexage ligne à ligne afin de former des signaux séquentiels qui forment le signal de visualisation (phase de lecture de l'image), et ce, pendant l'acquisition de l'image suivante. Un calcul de sensibilité montre que, en absence de bruit dû au fond de scène, le système détecte des impulsions laser avec de bonnes performances. Par contre, de jour, la contribution de l'éclairement solaire perturbe de façon importante le signal, même après filtrage autour de la longueur d'onde du laser, car le temps d'intégration de l'image est long devant la durée de l'impulsion. Le mode " tapis roulant ", décrit dans le brevet FR 2 740 558 au nom de la déposante, permet la détection du flux provenant de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène dans le flux continu

diffusé par la scène.

La figure 4 montre un schéma d'un mode de fonctionnement d'un détecteur CCD en mode tapis roulant. Il s'agit dans cet exemple d'une matrice de détection dite à transfert de trames, comprenant de manière classique une zone image 40 et une zone mémoire 41. Pour simplifier la figure, la zone image est constituée de 4x4 zones photosensibles (ou pixels) Pi et la zone mémoire forme un circuit de multiplexage CCD, composée de mémoires élémentaires Mi, réalisées en circuiterie CMOS intégrée. Le détecteur comporte en outre un registre de sortie R et un étage d'amplification A. Il est commandé par les moyens de commande MCD du

dispositif selon l'invention, reliés au détecteur rapide d'impulsion DETIMp.

Le fonctionnement en mode tapis roulant appliqué à une matrice CCD à transfert de trames se separe en deux phases: une phase d'attente de détection et une phase de lecture après détection. Dans la première phase d'attente, le signal S délivré par le détecteur rapide DETIMp est nui, traduisant l'absence d'impulsion. Pendant ce temps, le CCD est en transfert permanent à haute cadence, ce qui se traduit par un temps d'intégration très réduit (typiquement 250 Lsec) par rapport au temps d'intégration en mode imagerie. Grâce à la haute cadence de transfert vertical, I'acquisition du signal de fond est donc réduite à un temps minimum, d'o le bruit associé minimale, permettant la détection d'impulsion de très faible niveau. Dans la deuxième phase, lorsque l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène est détectée par le détecteur rapide, le transfert des lignes à haute cadence est alors poursuivi jusqu'à amener la zone image dans la zone mémoire, puis la zone mémoire est lue à une cadence normale, la phase de lecture comprenant le transfert des charges vers le circuit de multiplexage intégré au détecteur et vers le registre de sortie R pour former, après amplification par l'étage d'amplification A une image, correspondant à un signal de

visualisation SV au standard video désiré.

Les moyens de calcul MCL du dispositif selon l'invention, pouvant être réalisés par un processeur commun aux moyens de commande MCD, permettent alors de calculer, à partir de la position du ou des pixels illuminé(s) dans l'image par l'impulsion laser, les défauts d'harmonisation correspondant aux écarts angulaires entre l'axe de la ligne de visée du

détecteur d'harmonisation et l'axe de la voie d'émission laser.

D'autres modes de fonctionnement d'un détecteur CCD en mode tapis roulant sont possibles. On peut par exemple substituer au détecteur à transfert de trames, comme illustré sur la figure 4, un détecteur dit pleine image (", full frame array > en terminologie anglosaxonne) o les pixels occupent quasiment toute la surface de la matrice et dans lequel le transfert est dit par ligne, les charges d'une même ligne étant simultanément transférées ligne à ligne. Comme précédemment, le fonctionnement en mode tapis roulant comprend une première phase d'attente pendant laquelle le transfert se fait à haute cadence, puis une phase de lecture après qu'une

impulsion a été détectée par le détecteur rapide DETIMp.

Un autre exemple de détecteur peut être adapté au dispositif selon

I'invention. Il s'agit d'une matrice de photo-détecteurs, chaque photo-

détecteur étant relié à un circuit de lecture des moyens de commande MCD de la matrice par un circuit d'entrée qui assure pour le photo-détecteur qui lui

est couplé, les fonctions de polarisation et d'intégration du signal photo-

électrique, le circuit de lecture permettant le multiplexage des signaux délivrés pour la formation d'un signal vidéo. Dans un mode de fonctionnement particulier de cette matrice, décrit dans le brevet FR 2 762 082 au nom de la déposante, il est possible de détecter une impulsion laser

courte dans le flux continu diffusé par la scène. La matrice de photo-

détecteurs est adaptée pour former le détecteur d'harmonisation du dispositif selon l'invention pouvant fonctionner selon un mode imagerie classique et

selon un mode harmonisation.

En mode harmonisation, le fonctionnement de la matrice de photo-

détecteurs comprend comme précédemment deux phases, une phase d'attente de détection, pendant laquelle le signal photo-électrique généré par chaque photo-détecteur est intégré de manière continue, et une phase de lecture de l'image, après détection par le détecteur rapide DETIMp de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène. La phase d'attente comprend pour chaque photodétecteur une succession de cycles d'intégration très courts (de l'ordre de la microseconde). Durant chaque cycle d'intégration, le photodétecteur n'intègre qu'une quantité de charges infinitésimale qui est transférée dans une mémoire tampon et conservée jusqu'à l'approche de la fin du cycle suivant puis rejeté sans lecture préalable si aucun signal provenant du détecteur rapide n'est détecté. Lorsqu'une impulsion laser est détectée par le détecteur rapide, les moyens de commande MCD déclenchent dans chaque photodétecteur la sommation du signal en cours d'intégration avec le contenu de la cellule mémoire associée, permettant d'éviter ainsi toute perte d'information. Chaque cellule mémoire contient alors un signal négligeable issu du fond de scène, à l'exception de celle associée au photodétecteur ayant reçu l'impulsion laser et pour lequel le signal de fond est dominé par le signal détecté provenant de l'impulsion. Les moyens de commande MCD déclenchent alors la seconde phasecorrespondant à la lecture, à cadence normale (typiquement quelques millisecondes) du contenu des mémoires, délivrant une image à partir de laquelle on peut connaître la position de la tache laser sur le détecteur d'harmonisation formé de la matrice de photo-détecteurs. Les moyens de calcul MCL permettent

alors l'évaluation des défauts d'harmonisation.

En mode imagerie, les moyens de commande MCD génèrent un temps d'intégration beaucoup plus long pour chaque photodétecteur (de l'ordre de la milliseconde par exemple), puis déclenchent la phase de lecture,

permettant ainsi d'obtenir une image normale de la scène.

La matrice de détecteurs est plus complexe, et plus coûteuse, à mettre en oeuvre que le détecteur à <" tapis roulant " du fait que chaque photodétecteur a son propre circuit d'intégration des charges (circuit d'entrée). Elle présente cependant par rapport au détecteur CCD plusieurs avantages. Notamment, le choix des photo-détecteurs, de préférence de type photo-voltaïque, permet de s'adapter à d'autres longueurs d'onde du laser d'émission. Ainsi, pour la longueur d'onde usuelle de 1,06 pim ou de 1,56 jim pour l'application télémétrie par exemple, les détecteurs réalisés sur InGaAs, InSb ou encore HgCdTe seront privilégiés et pourront, selon leur nature et selon les performances recherchées, fonctionner fortement, peu ou non refroidis. Pour les longueurs d'onde situées dans l'infrarouge lointain, des détecteurs de type HgCdTe ou AsGa multipuits quantiques, fortement refroidis, seront préférés. Dans le cas o le matériau choisi pour le détecteur est compatible d'une imagerie dans la bande infrarouge, il n'est pas nécessaire de rajouter un second détecteur d'imagerie infrarouge, comme c'est le cas dans l'exemple de la figure 2, sauf si l'on veut une totale simultanéité entre les modes harmonisation et imagerie. L'utilisation d'une matrice de photo-détecteurs comme détecteur d'harmonisation permet également, en mode harmonisation, de limiter les photo-détecteurs utilisés à ceux situés à proximité du centre du champ du détecteur (fenêtrage de la matrice centré sur l'axe de visée de la voie d'observation). En effet, comme il s'agit d'harmonisation, les écarts entre les lignes de visée de la voie d'observation et de la voie laser sont a priori faibles et l'impulsion laser que l'on cherche à détecter ne peut pas apparaître dans la partie centrale du champ. Cela permet de diminuer un peu la complexité de traitement du

détecteur en mode harmonisation.

Bien que les détecteurs d'harmonisation décrits ci-dessus soient des exemples préférés pour la mise en oeuvre du dispositif d'harmonisation selon l'invention, celui-ci n'est pas limité à ces exemples. D'autres détecteurs d'imagerie sont envisageables si, en plus de leur fonction d'imageur, ils peuvent, dans un mode de fonctionnement particulier, et associés à un détecteur rapide d'impulsion, détecter une impulsion laser dans un flux de fond continu, afin de procéder à l'harmonisation entre la voie laser d'émission et la voie d'observation en conditions réelles, c'est à dire grâce à l'impulsion

laser rétroréfléchie par la scène elle-même.

Avantageusement, pour la même raison que celle invoquée plus haut, la surface de détection du détecteur rapide DETIMp peut être réduite par rapport au champ total de l'image, en la centrant sur l'axe de la ligne de visée de la voie d'observation. En effet, la probabilité de détection de lI'impulsion rétroréfléchie par la scène lors de la procédure d'harmonisation est maximale dans la partie centrale du champ. En réduisant la zone sensible du détecteur, on augmente sa détectivité, ce qui améliore encore les performances du dispositif d'harmonisation. En améliorant ainsi la détectivité du détecteur rapide, on peut en outre utiliser ce même détecteur, le cas

échéant, comme détecteur de télémétrie.

Avantageusement, le dispositif d'harmonisation selon l'invention comprend en outre des moyens électroniques de filtrage passe-haut du signal délivré par le détecteur d'impulsion DETIMp, permettant de couper le signal correspondant au flux lumineux généré par la rétrodiffusion sur I'atmosphère de l'impulsion laser émise. En effet, lors d'une procédure d'harmonisation, une impulsion laser est émise vers la scène puis le flux rétroréfléchi par la scène est détecté comme cela a été décrit précédemment, afin de calculer les éventuels erreurs d'harmonisation. Nous avons vu que la fonction du détecteur d'impulsion est de détecter l'instant d'arrivée de l'impulsion rétroréfléchie sur le détecteur d'harmonisation afin de

déclencher la phase de lecture de l'image sur laquelle apparaît l'impact laser.

Or suivant les conditions météorologiques, il est possible qu'il y ait un effet de rétrodiffusion de l'impulsion laser par l'atmosphère à sa sortie de l'équipement, entraînant une détection intempestive de flux lumineux à la

longueur d'onde du laser d'émission par le détecteur rapide DETIMp.

Cependant, le flux détecté par le détecteur rapide DETIMp et correspondant à la rétrodiffusion sur l'atmosphère s'étend pendant un temps beaucoup plus long que la durée de l'impulsion. La figure 5 représente ainsi, selon un exemple, I'allure du signal délivré par le détecteur rapide en fonction du temps. L'origine des temps correspond à l'instant d'émission de l'impulsion laser. Le signal S1 correspondant au flux rétrodiffusé par l'atmosphère s'étend pendant un temps T1 prédéterminé, dont la durée est corrélée à la distance sur laquelle l'impulsion laser peut être rétrodiffusée vers l'équipement. Ce temps, qui peut être de quelques dizaines de microsecondes, est nettement supérieur au temps T2 du signal S2 correspondant à la durée de l'impulsion rétroréfléchie par la scène. Les moyens de filtrage électroniques du dispositif selon l'invention permettent ainsi de couper le signal parasite basse fréquence S, et de ne garder que le signal utile S2 correspondant à l'impulsion rétroréfléchie par la scène. Un autre moyen de s'en affranchir consiste à prévoir en sortie du détecteur rapide DETIMp des moyens électroniques d'inhibition du signal délivré par le détecteur d'impulsion pendant un temps prédéterminé après l'émission d'une impulsion laser, et correspondant au flux lumineux généré par la rétrodiffusion sur l'atmosphère de l'impulsion laser émise. Ce temps d'inhibition, pendant lequel le signal délivré ne sera pas pris en compte par les moyens de commande MCD, pourra être de quelques dizaines de

microsecondes par exemple.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1- Dispositif pour l'harmonisation entre une voie d'émission d'une impulsion laser vers une scène et une voie passive d'observation de la scène, la voie d'observation comprenant notamment un objectif de focalisation (OBJ, OPT) pour former l'image de la scène sur au moins un détecteur d'imagerie (DETvls, DETIR), le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - un détecteur rapide (DETIMp) d'impulsion laser permettant de déterminer l'instant d'arrivée de l'impulsion laser rétroréfléchie par la scène sur le ou les détecteur(s) d'imagerie, - un détecteur d'harmonisation (DETvis) formant l'un desdits détecteurs d'imagerie et comprenant notamment un ensemble de zones photosensibles dans la bande spectrale du laser d'émission, - des moyens de commande (MCD) du détecteur d'harmonisation en mode imagerie ou en mode harmonisation, recevant le signal (S) délivré par le détecteur rapide, et permettant, en mode harmonisation, le fonctionnement du détecteur d'harmonisation selon deux phases, - une première phase d'attente, pendant laquelle les charges électriques issues de la conversion des photons reçus par les zones photosensibles sont intégrées de façon quasi- continue avec un temps d'intégration suffisamment court pour permettre la détection du flux provenant d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène dans le flux continu diffusé par la scène, - une deuxième phase de lecture, déclenchée par le signal reçu du détecteur rapide au moment de la détection d'une impulsion laser rétroréfléchie par la scène, entraînant la mise en séquence des charges intégrées au moment de la détection de ladite impulsion afin de détecter dans l'image ainsi obtenue la position de la tache laser correspondante, - des moyens de calcul (MCL) permettant de calculer, à partir de la position de la tache laser dans l'image, les défauts d'harmonisation correspondant aux écarts angulaires (6x, ay) entre l'axe (Ai) de la voie

d'observation et celui (A#) de la voie d'émission laser.

2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de filtrage optiques (FLTIMp) de transmission centrée sur la bande spectrale du laser d'émission, positionné devant le

détecteur rapide d'impulsion (DETIMp).

3- Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que le détecteur rapide est positionné à proximité d'un plan focal de l'objectif de focalisation de la voie d'observation, et présente une surface photosensible de dimension inférieure au champ total de l'image,

centrée sur l'axe (Ai) de la voie d'observation.

4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la voie d'émission présentant une fonction de télémétrie, le détecteur rapide est

également le récepteur laser pour réaliser la télémétrie.

- Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que le détecteur d'harmonisation étant utilisé soit en mode harmonisation, soit en mode imagerie, il comprend en outre des moyens de filtrage optiques amovibles (FLTHAR), de transmission centrée sur la bande spectrale du laser d'émission, positionné devant le détecteur matriciel

pendant la phase d'harmonisation et retiré pendant la phase d'imagerie.

6- Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens électroniques de filtrage passe-haut du signal délivré par le détecteur d'impulsion, permettant de couper le signal correspondant au flux lumineux généré par la

rétrodiffusion sur l'atmosphère de l'impulsion laser émise.

7- Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens électroniques d'inhibition du signal délivré par le détecteur d'impulsion pendant un temps prédéterminé après l'émission d'une impulsion laser, et correspondant au flux lumineux généré par la rétrodiffusion sur l'atmosphère de l'impulsion

laser émise.

8- Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que le détecteur d'harmonisation est un détecteur CCD fonctionnant en mode tapis roulant pendant la phase d'harmonisation, les moyens de commande (MCD) faisant fonctionner le détecteur CCD en

transfert permanent à haute cadence pendant la phase d'attente.

9- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en

ce que le détecteur d'harmonisation est formé d'une matrice de photo-

détecteurs, chaque photodétecteur étant relié à un circuit de lecture appartenant aux moyens de commande (MCD) par un circuit d'entrée qui assure pour le photo-détecteur qui lui est couplé l'intégration des charges, les moyens (MCD) déclenchant pendant la phase d'attente, pour chaque photo-détecteur, une succession de cycles d'intégration très courts durant lesquels le photodétecteur intègre une quantité de charges infinitésimales qui est rejetée sans lecture préalable si aucun signal provenant du détecteur

rapide (DETIMp) n'est détecté.

- Système optronique de poursuite d'une cible dans une scène, comprenant notamment un laser (LAS) d'illumination de la cible par I'émission d'impulsions et un imageur multispectral de poursuite de la scène comprenant notamment un détecteur sensible dans l'infrarouge (DETIR), un détecteur sensible dans le visible-proche infrarouge (DETlIs) et une optique (OPT) multispectrale pour former l'image de la scène simultanément sur chacun desdits détecteurs, le système étant caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif pour l'harmonisation entre la voie laser et la voie de

l'imageur multispectral selon l'une des revendications précédentes, le

détecteur d'harmonisation dudit dispositif étant le détecteur (DETvis) sensible dans le visible-proche infrarouge, et caractérisé en ce qu'en mode harmonisation, une correction des défauts d'harmonisation est appliquée sur la position du centre de poursuite du détecteur infrarouge (DETIR) après

chaque émission d'une impulsion laser vers la cible.

1 1- Système optronique selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir dichroïque (M3), en ce que l'optique multispectrale est de type catadioptrique, réalisée au moyen de miroirs (M1, M2), qui, associés audit miroir dichroïque, permet d'imager la scène sur

chacun desdits détecteurs.