FR2833804A1 - Cryostat unique pour plusieurs detecteurs infrarouges - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne le domaine des cryostats pour détecteur infrarouge.C'est un cryostat comportant une enceinte (1) sous vide comprenant un hublot (7) d'entrée, un premier détecteur (2) infrarouge situé dans l'enceinte (1), un deuxième détecteur (3) infrarouge situé dans l'enceinte (1), un premier séparateur (5) spectral qui est situé dans l'enceinte (1), qui est disposé de manière à ce que chacun des détecteurs (2, 3) infrarouges situés dans l'enceinte (1) reçoive une plage spectrale de la lumière qui provient de l'extérieur et qui a traversé le hublot (7) d'entrée, les plages spectrales étant différentes entre elles, et qui est constitué par un film.Le cryostat selon l'invention peut notamment être utilisé dans une nacelle d'aéronef.
Description
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CRYOSTAT UNIQUE POUR PLUSIEURS DETECTEURS INFRAROUGES
L'invention concerne le domaine des cryostats pour détecteur infrarouge. L'invention concerne l'utilisation de plusieurs détecteurs infrarouges dont certains doivent être refroidis, dans un dispositif optique, notamment dans un dispositif d'imagerie.
L'invention concerne le domaine des cryostats pour détecteur infrarouge. L'invention concerne l'utilisation de plusieurs détecteurs infrarouges dont certains doivent être refroidis, dans un dispositif optique, notamment dans un dispositif d'imagerie.
Les dispositifs d'imagerie sont utilisés dans des applications aéroportées, navales ou terrestres, dans lesquelles les dispositifs d'imagerie réalisent par exemple des fonctions de détection, de reconnaissance et d'identification de cibles, des fonctions de poursuite et de localisation de cibles, des fonctions d'illumination laser et de contre-mesure laser.
Selon un art antérieur, il est connu dans un dispositif d'imagerie comprenant plusieurs détecteurs infrarouges d'associer un cryostat différent à chacun des détecteurs infrarouges, ce qui permet l'utilisation de cryostats relativement simples et standards. Des séparateurs spectraux de type lame dichroïque épaisse distribuent la lumière en provenance de l'extérieur vers les différents détecteurs infrarouges.
Cet art antérieur présente l'inconvénient d'être trop volumineux.
En effet, le volume de l'ensemble des détecteurs infrarouges et des cryostats associés est important d'autant plus que lesdits détecteurs infrarouges et cryostats associés sont situés à un endroit où la place coûte cher)). Dans le cas d'une nacelle par exemple, la nacelle présente généralement deux parties, une partie orientation de la ligne de visée qui est finement stabilisée et une partie électronique et climatisation qui est grossièrement stabilisée. La place coûte cher au niveau de la partie orientation de la ligne de visée, là où un gain de place même modeste se révèlera intéressant. Le problème que l'invention va résoudre est celui de gagner en compacité au niveau des détecteurs infrarouges et de leurs cryostats associés, sans dégrader notablement les propriétés optiques des dits détecteurs infrarouges et sans augmenter le coût de manière rédhibitoire.
Pour cela, l'invention propose un bon compromis entre la compacité, les propriétés optiques et le coût. L'invention repose sur le principe d'utiliser un seul cryostat pour plusieurs détecteurs infrarouges. L'enceinte sous vide du cryostat englobe plusieurs détecteurs infrarouges et
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selon les cas un ou plusieurs séparateurs spectraux distribuant la lumière en provenance de l'extérieur vers les différents détecteurs infrarouges. Le ou les séparateurs spectraux étant alors situés dans l'enceinte sous vide, les lames épaisses les constituant sont remplacées par des films lesquels sont nettement plus minces mais également plus fragiles, ce qui permet de diminuer les aberrations optiques des images formées par les détecteurs infrarouges, notamment de coma et d'astigmatisme, aberrations optiques qui étaient en particulier introduites par les lames épaisses. La qualité optique des images formées par les détecteurs infrarouges est ainsi améliorée. Le remplacement des lames épaisses par des films permet également un gain de poids et de charge thermique au niveau du cryostat. Les films étant situés dans l'enceinte sous vide, leur caractère fragile n'est plus gênant dans la mesure où le risque de vibrations sous l'effet d'ondes acoustiques a été supprimé. Le coût d'un cryostat spécifique dans l'enceinte sous vide duquel plusieurs détecteurs infrarouges sont situés est relativement élevé par rapport au coût de plusieurs cryostats standards selon l'art antérieur destinés à abriter chacun un seul détecteur infrarouge, mais le gain en volume qui dans des exemples numériques usuels peut atteindre un rapport 3/2 et le gain en qualité optique dû à la suppression de certaines aberrations optiques qui en outre, dans l'art antérieur, lorsqu'elles sont corrigées, le sont avec des éléments optiques supplémentaires, rendent le compromis du cryostat selon l'invention intéressant. De préférence, dans le cas d'une nacelle pour aéronef, celle-ci ne comporte qu'un seul cryostat qui est conforme à l'invention et dans l'enceinte duquel plusieurs détecteurs infrarouges sont situés.
Selon l'invention, il est prévu un cryostat comportant une enceinte sous vide comprenant un hublot d'entrée, un premier détecteur infrarouge situé dans l'enceinte, caractérisé en ce que le cryostat comporte aussi, un deuxième détecteur infrarouge situé dans l'enceinte, un premier séparateur spectral qui est situé dans l'enceinte, qui est disposé de manière à ce que chacun des détecteurs infrarouges situés dans l'enceinte reçoive une plage spectrale de la lumière qui provient de l'extérieur et qui a traversé le hublot d'entrée, les plages spectrales étant différentes entre elles, et qui est constitué par un film.
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L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints, donnés à titre d'exemples, où : - la figure 1 représente schématiquement une vue de profil d'un exemple de cryostat selon l'invention.
Les détecteurs infrarouges situés dans l'enceinte sous vide du cryostat selon l'invention sont de préférence au nombre de deux. De préférence, l'un de ces détecteurs infrarouges, alors appelé détecteur infrarouge lointain, est sensible dans la bande 111 de l'infrarouge encore appelée infrarouge lointain tandis que l'autre détecteur infrarouge, alors appelé détecteur infrarouge moyen, est sensible dans la bande Il de l'infrarouge encore appelée infrarouge moyen. D'autres plages spectrales de sensibilité peuvent cependant être choisis dans le domaine infrarouge nécessitant un refroidissement des détecteurs infrarouges.
En plus des deux détecteurs infrarouges refroidis respectivement sensibles en bande Il et en bande i de l'infrarouge, le cryostat selon l'invention comporte de préférence un troisième détecteur infrarouge, appelé détecteur proche infrarouge, sensible dans la bande 1 de l'infrarouge encore appelée proche infrarouge. Ce détecteur proche infrarouge est situé hors de l'enceinte car il est non refroidi. Alors, un deuxième séparateur spectral est situé dans l'enceinte et est disposé de manière à ce que d'une part le détecteur proche infrarouge et d'autre part les détecteurs infrarouges moyen et lointain situés dans l'enceinte reçoivent une plage spectrale de la lumière qui provient de l'extérieur et qui a traversé le hublot d'entrée, les plages spectrales étant différentes entre elles. Le deuxième séparateur spectral est constitué par un film tout comme le premier séparateur spectral.
Le détecteur proche infrarouge est situé hors de l'enceinte du cryostat selon l'invention. Cependant, une partie du chemin optique de la lumière en provenance de l'extérieur et arrivant sur le détecteur proche infrarouge est situé dans ladite enceinte. Le cryostat comporte aussi un miroir situé dans l'enceinte et un hublot de sortie compris dans l'enceinte. Le miroir et le hublot de sortie sont disposés de manière à ce que la lumière en provenance de l'extérieur et arrivant sur le détecteur proche infrarouge ait entre-temps successivement, passé par le deuxième séparateur, été réfléchi
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par le miroir, traversé le hublot de sortie, la partie du chemin optique de ladite lumière, comprise entre le hublot d'entrée et le hublot de sortie, étant située dans l'enceinte sous vide du cryostat.
Avantageusement, Le premier séparateur spectral transmet la lumière en direction du détecteur infrarouge lointain et réfléchit la lumière en direction du détecteur infrarouge moyen. De manière avantageuse également, le deuxième séparateur spectral transmet la lumière en direction des détecteurs infrarouges moyen et lointain situés dans l'enceinte et réfléchit la lumière en direction du détecteur proche infrarouge. Ces propriétés des séparateurs spectraux les rendent moins complexes et moins coûteux à réaliser, car au niveau de ces séparateurs, les longueurs d'onde les plus faibles sont réfléchies tandis que les longueurs d'onde les plus élevées sont transmises, les défauts optiques dus à la traversée du séparateur spectral étant ainsi pris par les longueurs d'onde les moins sensibles à ces défauts.
Les coudes que présente l'architecture optique du cryostat au niveau du ou des séparateurs spectraux et/ou du miroir, lesquels coudes sont situés à l'intérieur de l'enceinte, sont avantageusement disposés dans au moins deux plans différents, afin de pouvoir augmenter la compacité du cryostat selon l'invention.
Chaque séparateur spectral est constitué par un film qui a la propriété d'être nettement plus mince que les lames épaisses de l'art antérieur. Chaque film est de préférence une membrane tendue entre les parois de l'enceinte, ce qui rend ledit ou lesdits films encore plus minces et plus légers, ce qui leur permet d'introduire encore moins de défauts optiques dans les images formées par les détecteurs infrarouges du cryostat selon l'invention.
L'enceinte sous vide du cryostat présente des parois internes dont certaines sont en vue directe des détecteurs infrarouges moyen et lointain, ce qui augmente le bruit auquel lesdits détecteurs infrarouges sont soumis.
De manière classique, ce bruit peut être diminué par l'utilisation d'écrans froids, de surfaces à faible émissivité de type miroir, de surfaces de forme sphérique.
La figure 1 représente schématiquement un exemple de cryostat selon l'invention. Pour des raisons de simplicité, la machine cryogénique qui
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est couplée au cryostat selon l'invention n'est pas représentée sur la figure 1. Une enceinte 1 sous vide contient deux détecteurs infrarouges 2 et 3. Le détecteur infrarouge 2 est un détecteur infrarouge lointain tandis que le détecteur infrarouge 3 est un détecteur infrarouge moyen. L'enceinte 1 comporte deux séparateurs spectraux 5 et 6. L'enceinte 1 comprend un hublot d'entrée 7 et un hublot de sortie 8, ainsi qu'un miroir 9. L'élément 10 représente l'arrivée du doigt froid de la machine cryogénique non représentée et située à l'extérieur du cryostat. Le doigt froid 10 arrive de préférence au niveau du détecteur infrarouge lointain 2 car c'est celui qui doit être le plus refroidi des détecteurs 2 et 3. Un détecteur proche infrarouge 4 non refroidi est situé à l'extérieur de l'enceinte 1. Les axes optiques ao correspondant aux lignes de visée des différents détecteurs infrarouges sont représentés en traits mixtes. Les rayons lumineux sont représentés par des flèches, le sens des flèches correspondant au sens de propagation de la lumière. De la lumière en provenance de l'extérieur de l'enceinte du cryostat arrive sur le hublot d'entrée 7 et le traverse pour entrer dans l'enceinte 1. Une partie de la lumière ayant traversée le hublot d'entrée 7 est réfléchie par le deuxième séparateur 6 tandis qu'une autre partie de ladite lumière traverse le deuxième séparateur 6. Une partie de la lumière réfléchie par le séparateur 6 est réfléchie par le miroir 9, puis traverse le hublot de sortie 8 pour ressortir de l'enceinte 1 et pour être focalisée sur la surface sensible du détecteur proche infrarouge 4. Une partie de la lumière ayant traversé le deuxième séparateur 6 est ensuite réfléchie par le premier séparateur 5 pour être focalisée sur la surface sensible du détecteur infrarouge moyen 3. Une autre partie de la lumière ayant traversé le deuxième séparateur 6 traverse ensuite le premier séparateur 5 pour être focalisée sur la surface sensible du détecteur infrarouge lointain 2.
Claims (9)
1. Cryostat comportant une enceinte (1) sous vide comprenant un hublot (7) d'entrée, un premier détecteur (2) infrarouge situé dans l'enceinte (1), caractérisé en ce que le cryostat comporte aussi, un deuxième détecteur (3) infrarouge situé dans l'enceinte (1), un premier séparateur (5) spectral qui est situé dans l'enceinte (1), qui est disposé de manière à ce que chacun des détecteurs (2,3) infrarouges situés dans l'enceinte (1) reçoive une plage spectrale de la lumière qui provient de l'extérieur et qui a traversé le hublot (7) d'entrée, les plages spectrales étant différentes entre elles, et qui est constitué par un film.
2. Cryostat selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier détecteur (2) infrarouge est sensible dans la bande lil de l'infrarouge et en ce que le deuxième détecteur (3) infrarouge est sensible dans la bande Il de l'infrarouge.
3. Cryostat selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier séparateur (5) spectral transmet la lumière en direction du premier détecteur (2) infrarouge et réfléchit la lumière en direction du deuxième détecteur (3) infrarouge.
4. Cryostat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cryostat comporte aussi, un troisième détecteur (4) infrarouge qui est situé hors de l'enceinte (1) et qui est sensible dans la bande 1 de l'infrarouge, un deuxième séparateur (6) spectral qui est situé dans l'enceinte (1), qui est disposé de manière à ce que d'une part le troisième détecteur (4) infrarouge et d'autre part les détecteurs infrarouges (2,3) situés dans l'enceinte (1) reçoivent une plage spectrale de la lumière qui provient de l'extérieur et qui a traversé le hublot (7) d'entrée, les plages spectrales étant différentes entre elles, et qui est constitué par un film.
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5. Cryostat selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième séparateur (6) spectral transmet la lumière en direction des détecteurs (2,3) infrarouges situés dans l'enceinte (1) et réfléchit la lumière en direction du troisième détecteur (4) infrarouge.
6. Cryostat selon l'une quelconque des a revendication 4 à 5, caractérisé en ce que le cryostat comporte aussi, un miroir (9) situé dans l'enceinte (1), un hublot (8) de sortie compris dans l'enceinte (1), et en ce que le miroir (9) et le hublot (8) de sortie sont disposés de manière à ce que la lumière en provenance de l'extérieur et arrivant sur le troisième détecteur (4) infrarouge ait entre-temps successivement, passé par le deuxième séparateur (6), été réfléchi par le miroir (9), traversé le hublot (8) de sortie.
7. Cryostat selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les coudes de l'architecture optique du cryostat situés à l'intérieur de l'enceinte (1) sont disposés dans au moins deux plans différents.
8. Cryostat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque film est une membrane tendue entre les parois de l'enceinte (1).
9. Nacelle pour aéronef comportant plusieurs détecteurs (2,3, 4) infrarouges, caractérisée en ce que la nacelle comporte un seul cryostat et en ce que ledit cryostat est selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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| US5568186A (en) * | 1993-11-15 | 1996-10-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Focal plane filtered multispectral multidetector imager |
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2001
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2002
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| US5568186A (en) * | 1993-11-15 | 1996-10-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Focal plane filtered multispectral multidetector imager |
| US6222187B1 (en) * | 1997-07-03 | 2001-04-24 | Institute Of Microelectronics | Multiwavelength imaging and spectroscopic photoemission microscope system |
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