FR2917187A1 - Dispositif de veille d'une scene. - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de veille d'une scène comportant :- un capteur principal (1) sensible à des faisceaux dans un domaine principal de détection et présentant un champ (4) principal de détection ;- au moins un capteur (2) secondaire sensible à des faisceaux dans un domaine secondaire de détection, différent du domaine principal de détection, et présentant un champ (5) secondaire de détection, le champ (5) secondaire de détection étant plus petit que le champ (4) principal de détection ;ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte :- un miroir (6) de balayage mobile apte à déplacer le champ (4) principal de détection pour créer un bandeau (40) de détection de la scène ;- un miroir (7) de pointage mobile apte à déplacer chaque champ (5) secondaire de détection dans le bandeau (40) de détection ; et- un séparateur spectral (8) situé optiquement entre le miroir de balayage (6) et le miroir de pointage (7) et apte àd'une part réfléchir les faisceaux d'un domaine de détection ;d'autre part transmettre les faisceaux d'un autre domaine de détection,de sorte que les faisceaux de chaque domaine secondaire de détection puissent être réfléchis par le miroir (7) de pointage.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne un dispositif de
veille d'une scène 5 comportant : - un capteur principal sensible à des faisceaux dans un domaine principal de détection et présentant un champ principal de détection ; et - au moins un capteur secondaire sensible à des faisceaux dans un domaine secondaire de détection, différent du domaine principal de 10 détection, et présentant un champ secondaire de détection, le champ secondaire de détection étant plus petit que le champ principal de détection. ETAT DE L'ART On connaît de nombreux dispositifs de veille d'une scène dans le domaine de la défense et de la sécurité, par exemple monté sur un porteur. 15 Ces dispositifs comportent en général un capteur principal sensible à des faisceaux dans un domaine principal de détection et présentant un champ principal de détection. En général également, le capteur principal est un imageur infrarouge, en particulier dans le domaine aéroporté pour la détection de cibles 20 terrestres et/ou aériennes. Les limitations des dispositifs de veille infrarouge passive sont : - une capacité tout temps limité, et - l'absence d'une information précise sur la distance des objets susceptibles de constituer une menace. 25 Or la connaissance de la distance aux objets est très précieuse. Elle permet par exemple la localisation géographique précise des cibles et l'élaboration d'une désignation d'objectif pour un tiers coopératif. Elle permet également de réaliser la conduite de tir avec précision. Pour résoudre ces problèmes, l'art antérieur propose d'associer au 30 capteur principal au moins un capteur secondaire permettant d'obtenir les informations de distance. A cet effet, le capteur secondaire est notamment sensible à des faisceaux dans un domaine secondaire de détection, différent du domaine principal de détection, et présentant un champ secondaire de détection en général plus petit que le champ principal de détection. Il est de surcroît intéressant de pouvoir effectuer une discrimination des objets détectés, à savoir une classification des objets en différentes catégories (aéronef, véhicule terrestre militaire ou civil, etc.), une reconnaissance ou même une identification desdits objets. En général, un autre type de capteur secondaire permet de compléter les informations de détection en vue de la discrimination, comme par exemple un imageur dans le domaine visible, à grande résolution.
Deux types d'architectures sont alors possibles pour le dispositif. D'une part, le capteur principal et les capteurs secondaires peuvent être indépendants. Dans ce cas, il se pose des problèmes notamment d'alignement des capteurs, d'homogénéisation des types de données échangées entre les capteurs (infrarouge et radar par exemple), de rapidité des échanges, de réactivité des capteurs et de précision des mesures. D'autre part, le capteur principal et les capteurs secondaires peuvent comporter une partie commune, notamment le système de balayage de la ligne de visée. Dans ce cas, il se pose des problèmes notamment d'arrêt du balayage de la fonction de détection principale pour pouvoir effectuer les fonctions de télémétrie et/ou de discrimination, ce qui représente un danger potentiel pour le porteur du dispositif de veille. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose un dispositif de veille d'une scène 25 comportant : -un capteur principal sensible à des faisceaux dans un domaine principal de détection et présentant un champ principal de détection ; - au moins un capteur secondaire sensible à des faisceaux dans un domaine secondaire de détection, différent du domaine principal de 30 détection, et présentant un champ secondaire de détection, le champ secondaire de détection étant plus petit que le champ principal de détection ; ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte : - un miroir de balayage mobile apte à déplacer le champ principal de détection pour créer un bandeau de détection de la scène ; - un miroir de pointage mobile apte à déplacer chaque champ secondaire de détection dans le bandeau de détection ; et un séparateur spectral situé optiquement entre le miroir de balayage et le miroir de pointage et apte à d'une part réfléchir les faisceaux d'un domaine de détection ; d'autre part transmettre les faisceaux d'un autre domaine de détection, de sorte que les faisceaux de chaque domaine secondaire de détection puissent être réfléchis par le miroir de pointage. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le miroir de balayage est mobile selon un axe, et le miroir de pointage est mobile selon deux axes ; - le capteur principal est un imageur infrarouge ou un imageur dans le domaine visible ; - le dispositif comporte deux capteurs secondaires, les deux capteurs secondaires ayant des domaines de détection différents entre eux ; chaque capteur secondaire est un imageur dans le domaine visible ou un imageur infrarouge ou un imageur actif ou un imageur hyperspectral ou un imageur multispectral ou un imageur 3D ou un télémètre laser ; - le séparateur spectral est apte à d'une part réfléchir les faisceaux du domaine de détection principal vers le capteur principal ou la scène ; d'autre part transmettre les faisceaux de chaque domaine de détection secondaire, de sorte que lesdits faisceaux de chaque domaine secondaire puissent être réfléchis par le miroir de pointage ; - le dispositif comporte en outre un séparateur spectral supplémentaire apte à séparer les faisceaux du domaine principal des faisceaux du domaine secondaire ; - le dispositif comporte en outre un séparateur spectral final apte à : - d'une part transmettre les faisceaux d'un domaine de détection secondaire vers un capteur secondaire ou vers la scène ; - d'autre part réfléchir les faisceaux d'un autre domaine de détection secondaire vers un autre capteur secondaire ou vers la scène ; - le séparateur spectral est apte à d'une part transmettre les faisceaux du domaine de détection principal vers le capteur principal ou vers la scène ; d'autre part réfléchir les faisceaux de chaque domaine de détection secondaire, de sorte que lesdits faisceaux de chaque domaine secondaire 10 puissent être réfléchis par le miroir de pointage ; - le dispositif comporte en outre un séparateur spectral final apte à : - d'une part transmettre les faisceaux d'un domaine de détection secondaire vers un capteur secondaire ou vers la scène ; - d'autre part réfléchir les faisceaux d'un autre domaine de détection 15 secondaire vers un autre capteur secondaire ou vers la scène ; - le miroir de balayage est apte à être déplacé continûment ; - le miroir de balayage est apte à être déplacé en mode pas à pas. L'invention présente de nombreux avantages. Le dispositif de veille (présentant un très grand champ en gisement û 20 horizontal - par exemple) permet d'effectuer également une mesure de télémétrie (pour une localisation tridimensionnelle des cibles par exemple) et/ou une discrimination (classification des cibles et/ou reconnaissance et/ou identification des cibles). Plusieurs types de capteurs peuvent être associés dans le dispositif. 25 Ils permettent ainsi : - un déleurrage/décamouflage si l'un des capteurs est un imageur hyperspectral ou multispectral, et/ou - un suivi de terrain et une détection d'obstacles si le télémètre est haute cadence, et/ou 30 - un recalage par télémétrie du pistage des amers identifiés. L'architecture du dispositif selon l'invention permet un bon alignement des capteurs, une bonne homogénéité des types de données échangées entre les capteurs, une bonne rapidité des échanges, une réactivité des capteurs et une précision des mesures améliorées. L'architecture du dispositif évite en outre l'arrêt du balayage de la veille pour pouvoir effectuer les fonctions de télémétrie et/ou de discrimination. La 5 sécurité du porteur du dispositif de veille est donc améliorée. Le dispositif est particulièrement compact, et peut être cadencé à très haute fréquence, notamment du fait de la faible distance entre le miroir de balayage et le miroir de pointage qui permet une faible taille et une faible inertie des miroirs. 10 Le gain de compacité ainsi obtenu permet un balayage en mode pas à pas à haute cadence ( step and stare selon la terminologie anglo-saxonne). PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la 15 description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - Les figures 1A à 1 D représentent schématiquement des modes de réalisation possibles comportant deux capteurs ; - Les figures 2 et 3 représentent schématiquement des modes de réalisation 20 possibles comportant trois capteurs ; - La figure 4 est une représentation schématique d'une optique d'un imageur infrarouge ou visible, en mode de balayage continu à vitesse constante ; - La figure 5 représente schématiquement un bandeau de veille avec un 25 pointage possible selon l'invention ; - La figure 6 représente schématiquement le miroir de balayage, le séparateur spectral et le miroir de pointage ; et - La figure 7 représente schématiquement un porteur d'un dispositif selon l'invention. 30 Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE PRINCIPE GENERAL Comme le montrent plus particulièrement les figures 1A-1D, 2 et 3, un exemple d'un dispositif de veille d'une scène selon l'invention comporte principalement un capteur principal 1 sensible à des faisceaux dans un domaine principal de détection et présentant un champ 4 principal de détection. Comme on le verra dans la suite de la présente description, le capteur 1 principal est préférentiellement, mais non limitativement, un imageur infrarouge ou un imageur dans le domaine visible ou un imageur dans le domaine proche-infrarouge. Le dispositif comporte également au moins un capteur 2 ou 3 secondaire, sensible à des faisceaux dans un domaine secondaire de détection différent du domaine principal de détection.
Comme on le verra dans la suite de la présente description, chaque capteur secondaire 2 ou 3 peut être un imageur dans le domaine visible ou un imageur infrarouge ou un imageur actif ou un imageur hyperspectral ou un imageur multispectral ou un imageur 3D ou un laser. L'imageur infrarouge fonctionne en bande IR II ou III (entre 3 et 5 pm ou entre 8 et 12 pm), le télémètre entre 1540 et 1570 nm pour qu'il puisse être à sécurité oculaire, de même pour l'imageur actif, enfin l'imageur visible fonctionne dans la bande visible (entre 450 nm et 7 50 nm) ou proche infrarouge (entre 750 nm et 1000 nm). Chaque capteur 2 ou 3 présente un champ 5 ou 5' secondaire de détection. Le champ 5 ou 5' secondaire de détection est plus petit que le champ 4 principal de détection. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, le champ principal est de l'ordre de 5 x5 , tandis que le champ secondaire est de l'ordre de 1 x1 à 2 x2 pour un imageur visible ou proche infrarouge, et de que milli radians pour un télémètre laser.
Le dispositif comporte en outre un miroir 6 de balayage mobile apte à déplacer notamment le champ 4 principal de détection pour créer un bandeau 40 de détection de la scène, comme le montre notamment la figure 5.
Classiquement, le miroir 6 est orienté à 45 par rapport à la ligne de visée. Comme le montre la figure 1A, le miroir de balayage 6 est mobile selon un axe 10, de sorte que le balayage de la scène s'effectue préférentiellement en gisement, selon une valeur d'angle quelconque pour définir un secteur de veille, pouvant être égale à 360 , 270 , 180 ou autre, en fonction des applications. Le balayage peut être réalisé au moyen d'un déplacement continu ou pas à pas (mode step and stare) du miroir 6. Dans les deux modes, le déplacement du miroir 6 peut se faire selon une seule direction, ou effectuer des mouvements de va-et-vient pour balayer l'ensemble du secteur de veille. Le dispositif comporte de plus un miroir 7 de pointage mobile apte à déplacer chaque champ 5 ou 5' secondaire de détection dans le bandeau 40 de détection, comme le montre la figure 5.
Comme le montre la figure 1A également, le miroir de pointage 7 est mobile selon deux axes 11 et 12, afin de permettre le pointage de n'importe quel point dans le bandeau 40, et pour des raisons qui seront explicitées dans la suite de la présente description. On comprend que, outre le balayage du champ 4 pour créer le bandeau 40, le miroir 6 permet également le balayage de la scène par le champ secondaire 5 ou 5'. Le miroir de balayage 6 réfléchit tous les faisceaux, et a le même comportement optique pour le champ principal 4 et chaque champ secondaire 5 ou 5'. La ligne de visée pour le capteur principal 1 et chaque capteur secondaire 2 ou 3 a donc une composante commune. Un séparateur spectral 8 est situé optiquement entre le miroir de balayage 6 et le miroir de pointage 7. Préférentiellement, chaque séparateur spectral est une lame dichroïque. L'utilisation de lames dichroïques ayant des propriétés de réflexion et de transmission spectrales complémentaires permet la séparation et la recombinaison des faisceaux des différents capteurs de bande spectrale disjointes.
Le séparateur 8 est apte à, selon les modes de réalisations décrits plus en détail dans la suite, d'une part réfléchir les faisceaux d'un domaine de détection (par exemple le domaine principal de détection ou un domaine secondaire de détection), et d'autre part transmettre les faisceaux d'un autre domaine de détection (par exemple respectivement un domaine secondaire de détection ou le domaine principal de détection). De cette façon, les faisceaux de chaque domaine secondaire de détection peuvent être réfléchis par le miroir 7 de pointage, et pouvoir être dirigés vers n'importe quel point du bandeau 40 de détection.
On comprend que la fonction de veille est réalisée par le balayage de la scène avec le miroir 6, qui tourne grâce à un arbre moteur 100 (visible figure 1A). Les performances du balayage sont limitées principalement par la taille du miroir 6 et de l'arbre moteur 100. Le pointage dans le bandeau 40 de veille par un champ secondaire 5 induit une augmentation de la taille du miroir 6, proportionnellement à la déviation recherchée lors du pointage et à la distance entre le miroir 7 et le miroir de balayage 6. On comprend donc que pour optimiser les cadences de balayage, il est nécessaire de réduire au maximum la distance entre le miroir 6 de balayage et le miroir 7 de pointage.
Plusieurs modes de réalisation possibles sont décrits dans la suite. Ils sont non limitatifs et reprennent tous principalement les éléments décrits ci-dessus. Dans les modes de réalisation des figures 1A à 1 D et la figure 2, le séparateur spectral 8 est apte à d'une part réfléchir les faisceaux du domaine de détection principal vers le capteur 1 principal ou la scène, et d'autre part transmettre les faisceaux de chaque domaine de détection secondaire, de sorte que lesdits faisceaux de chaque domaine secondaire puissent être réfléchis par le miroir 7 de pointage. Au contraire, dans le mode de réalisation de la figure 3, le séparateur spectral 8 est apte à d'une part transmettre les faisceaux du domaine de détection principal vers le capteur 1 principal ou vers la scène, et d'autre part réfléchir les faisceaux de chaque domaine de détection secondaire, de sorte que lesdits faisceaux de chaque domaine secondaire puissent être réfléchis par le miroir 7 de pointage. Les figure s 1A à 1 D représentent schématiquement des mode s de réalisation possible comportant deux capteurs 1 et 2. A cet effet, le dispositif comporte en outre un séparateur spectral final 9 apte à séparer les faisceaux du capteur 1 principal des faisceaux du capteur 2 secondaire. Les modes de réalisation sont plus particulièrement adaptés pour un dispositif de veille air ù sol héliporté. Comme le montre la figure 7, le dispositif est alors constitué d'une boule gyrostabilisée 13 connue dont l'axe classique de gisement coïncide avec l'axe longitudinal du porteur. Ainsi, la compensation de roulis du porteur est assurée par la motorisation de gisement de la boule gyrostabilisée 13. PREMIER MODE DE REALISATION POSSIBLE Le capteur 1 est un imageur infrarouge en bande II ou III avec un champ de l'ordre de 5 . La pupille du capteur 1 est déportée au niveau du miroir 6 afin de limiter la taille de ce dernier du fait de l'inclinaison des faisceaux. Le capteur 2 est un imageur dans le domaine visible, avec un champ de l'ordre de 1 à 2 , de sorte que son éloignement du miroir 6 de balayage n'engendre pas de dimension s trop importantes du miroir 6. De même, la pupille du dispositif est inférieure à 40 mm. Le capteur 2 est préférentiellement très sensible pour compenser la perte de flux due à la faible ouverture. Les faisceaux arrivent de la scène et sont déviés par le miroir 6 de 25 balayage balayant la scène vers le séparateur spectral 8. Le séparateur spectral 8 ù préférentiellement une lame dichroïque ù sépare les faisceaux de la bande infrarouge des faisceaux de la bande visible. Seuls les faisceaux transmis par le séparateur 8 sont déviés par le miroir de pointage 7 et orientés vers le capteur 2, après réflexion sur le 30 séparateur spectral 9 ù préférentiellement une lame dichroïque également. Le dispositif comporte en effet un séparateur spectral supplémentaire 9 apte à d'une part transmettre les faisceaux du domaine de détection principal vers le capteur 1 principal ou vers la scène, et d'autre part réfléchir les faisceaux de chaque domaine de détection secondaire vers chaque capteur 2 secondaire ou vers la scène. Les faisceaux infrarouges sont ainsi réfléchis par le séparateur spectral 8 et transmis par le séparateur 9 vers le capteur 1.
On décrit ici un exemple non limitatif du premier mode de réalisation. Imageur infrarouge : • Champ optique : 5.5 x 4,4 • Champ élémentaire : 150 prad • Focale : 100 mm ^ Ouverture = f/2.5 Imageur visible ou proche infrarouge : • Champ optique : 1. 66 x 1.33 • Champ élémentaire : 45 prad • Focale : 330 mm • Ouverture = f/8.3
Le débattement typique du miroir 1 est de 1.8 mécaniques selon chacun des axes 11 et 12, afin de couvrir le champ optique instantané du capteur infrarouge.
Les performances typiques obtenues aux interfaces des séparateurs 8 et 9 au moyen de traitements multicouches sont les suivantes : Face 1 du séparateur 8 : Face 2 du séparateur 8 : • Nature : anti-reflet • Transmission intégrée sur 700 ù 950 nm : > 99% • Incidence : 45 3 • Nature : séparateur • Transmission intégrée sur 700 ù 950 nm : > 86 % Incidence : 45 3 • Réflexion intégrée sur 3400 ù 4900 nm : > 90% • Incidence : 45 3 • Nature : séparateur • Réflexion intégrée sur 700 ù 950 nm : > 98/5% • Incidence : 45 1 • Transmission intégrée sur 3400 ù 4900 nm : >95% • Incidence : 45 3 Le séparateur 8 peut être typiquement réalisé en silice (BK7, etc.). Le séparateur 9 peut être typiquement réalisé en ZnS, CaF2, Saphir, Germanium (matériaux transparents en bande IR II ou IR III). 15 La figure 1B montre que, selon une variante, le séparateur 9 peut avoir le même comportement que le séparateur 8, à savoir réfléchir les faisceaux infrarouges et transmettre les faisceaux visibles. Les positions des capteurs 1 et 2 sont ainsi inversées par rapport à la figure 1A. Il est cependant préférable de transmettre les grandes longueurs d'onde au travers d'un 20 séparateur spectral, plutôt que les réfléchir. Le mode selon la figure 1A est donc préférentiel.
DEUXIEME MODE DE REALISATION POSSIBLE Comme précédemment, le capteur 1 est un imageur infrarouge en bande II 25 ou III avec un champ de l'ordre de 5 . Sur le mode de réalisation de la figure 1C, le capteur 2 est un laser, avec un champ de l'ordre de quelques mrad. Selon une variante représentée à la figure 1 D, le capteur 2 est un imageur actif connu en soi, comportant un laser et un imageur sensible à la 30 longueur d'onde du laser. Comme précédemment les faisceaux arrivent de la scène et sont déviés par le miroir 6 de balayage balayant la scène vers le séparateur 10 Face 1 du séparateur 9 : 5 Face 2 du séparateur 9 • Nature : anti-reflet • Transmission intégrée sur 3400 ù 4900 nm : > 98% • Incidence : 45 3 spectral 8. Le séparateur spectral 8 sépare les faisceaux de la bande infrarouge des faisceaux laser. Seuls les faisceaux transmis par le séparateur 8 sont déviés par le miroir de pointage 7 et orientés vers le capteur 2, après réflexion sur le séparateur spectral 9. Les faisceaux infrarouges sont réfléchis par le séparateur spectral 8 et transmis par le séparateur 9 vers le capteur 1. On décrit ici un exemple non limitatif du premier mode de réalisation. Face 1 du séparateur 8 : • Nature : séparateur • Transmission à 1540 nm : > 94% • Incidence : 45 3 • Réflexion intégrée sur 3400 ù 4900 nm : > 90% • Incidence : 45 3 Face 2 du séparateur 8 : • Nature : anti-reflet • Transmission @1540 nm : > 99% • Incidence : 45 3
Face 1 du séparateur 9 : • Nature : séparateur • Réflexion à 1540 nm : > 99% • Incidence : 45 1 • Transmission intégrée sur 3400 ù 4900 nm : > 95% • Incidence : 45 3 25 Face 2 du séparateur 9 : • Nature : anti-reflet • Transmission intégrée sur 3400 ù 4900 nm : > 98% • Incidence : 45 3
30 Selon la variante de la figure 2, cette architecture peut être complétée par un imageur 3 dans le domaine visible de champ optique équivalent à celui de l'imageur infrarouge, mais de résolution plus élevée. Le domaine de veille est alors pointé par les deux capteurs 2 et 3. Les performances typiques aux interfaces du séparateur 8 sont alors les suivantes : Face 1 du séparateur 8 : • Nature : séparateur • Transmission à 1540 nm : > 94% • Incidence : 45 3 • Réflexion intégrée sur 3400 ù 4900 nm : > 90% • Réflexion intégrée sur 700 ù 950 nm : > 98% • Incidence : 45 3 Face 2 du séparateur 8 : • Nature : anti-reflet • Transmission à 1540 nm : > 99% • Incidence : 45 3
Les voies optiques de l'imageur 3 et du laser 2 (télémétrie, imagerie active ou désignation) sont alors séparées par un séparateur final 10 dont les performances typiques obtenues sont les suivantes : Face 1 du séparateur 10 : • Nature : séparateur • Transmission à 1540 nm : > 99% • Incidence : 45 1 • Réflexion intégrée sur 700 ù 950 : > 95% • Incidence : 45 1 Face 2 du séparateur 10 : • Nature : anti-reflet • Réflexion à 1540 nm : > 99% • Incidence : 45 1 30 Le séparateur 10 peut être typiquement réalisé en silice (BK7, etc. ) TROISIEME MODE DE REALISATION POSSIBLE Dans ce mode de réalisation, le séparateur spectral 8 est apte à d'une part transmettre les faisceaux du domaine de détection principal vers le capteur 1 principal ou vers la scène, et d'autre part réfléchir les faisceaux de chaque domaine de détection secondaire, de sorte que lesdits faisceaux de chaque domaine secondaire puissent être réfléchis par le miroir 7 de pointage. Plus précisément, sur la figure 3, le séparateur 8 sépare le faisceau infrarouge des faisceaux visibles et laser. Ces derniers sont dirigés vers le miroir de pointage 7. L'éloignement du miroir 7 par rapport au miroir 6 conduit, pour ce mode de réalisation, à une réduction des pupilles des capteurs 2 et 3 à 30 mm de diamètre environ, pour une taille de miroir identique, étant donné le débattement du faisceau des imageurs secondaires au niveau du miroir 6 sous l'action du miroir 7. Un séparateur spectral final 9 est apte à d'une part transmettre les faisceaux d'un domaine de détection secondaire vers un capteur 2 secondaire ou vers la scène et d'autre part réfléchir les faisceaux d'un autre domaine de détection secondaire vers un autre capteur 3 secondaire ou vers la scène. A titre d'exemple non limitatif : Face 1 du séparateur 8 : • Nature : séparateur • Réflexion intégrée sur 700 ù 950 nm : > 98 ù 99% • Réflexion à 1540 nm : > 98-99 % • Incidence : 45 3 • Transmission intégrée sur 3400 ù 4900 nm : > 95% • Incidence : 45 3 Face 2 du séparateur 8 : • Nature : anti-reflet • Transmission intégrée sur 3400 ù 4900 nm : > 98% • Incidence : 45 3 Face 1 du séparateur 9 : • Nature : séparateur • Transmission à 1540 nm : > 98% • Incidence 45 1 ^ Réflexion intégrée sur 700 ù 950 : > 95% • Incidence : 45 1 Face 2 du séparateur 9 : • Nature : anti-reflet • Transmission intégrée à 1540 nm : > 99% ^ Incidence : 45 1
Pour tous les modes de réalisation, on a vu qu'un balayage en mode continu, avantageusement à vitesse constante, ou un mode pas à pas est possible.
BALAYAGE EN MODE CONTINU Dans ce mode, le balayage est réalisé à vitesse de rotation constante. Cela nécessite de manière connue l'introduction de dispositifs particuliers dans l'optique de l'imageur infrarouge ou visible, en particulier et comme le montre la figure 4 : - u n dispositif 121 de dérotation pour compenser le dévers d'image dû à l'orientation du miroir de balayage à 45 par rapport à la verticale. - un dispositif de contrarotation 122 pour compenser le filé (déplacement apparent de la scène pendant le temps d'intégration) dû au balayage à vitesse constante pendant le temps d'intégration du capteur 1. Dans cet exemple non limitatif, la pupille 123 du capteur 1 est également déportée sur le miroir 6 de balayage, afin de limiter la taille de ce dernier du fait de l'inclinaison des faisceaux. Le diamètre de la pupille du capteur 1 est de 40 mm, pour un champ dans la plus grande dimension du détecteur de 6 environ. Un télémètre n'est pas gêné par les effets de dévers d'image et de filé pendant le temps d'intégration. Le champ du télémètre, très petit (quelques milliradians), n'a pas d'influence sur la taille du miroir de balayage. Les pupilles d'émissions et de réception sont conjointes, leurs diamètres sont inférieurs à 40 mm. Un imageur visible est supposé très petit champ, de sorte que son éloignement au miroir de balayage n'ait pas d'impact sur la taille du miroir. Sa pupille est inférieure à 40 mm, on choisira un imageur très sensible pour compenser la perte de flux due à la faible ouverture. Elle nécessite cependant une optique complexe faisant intervenir une contrarotation et une dérotation d'image.
Dans ce mode de balayage, un imageur actif ne serait pas gêné par le filé pendant le temps d'intégration. En effet, pour ce type d'imageurs, les temps d'intégrations sont de l'ordre de la centaine de nanosecondes. Dans cet exemple, la pupille de réception est de l'ordre également de 40 mm. Le champ utile de cet imageur est également petit : de l'ordre de 5 mrad. Le dévers d'image peut être corrigé par traitement d'image. Ainsi, les paramètres ayant une influence significative sur la taille du miroir sont : - la pupille de la voie infrarouge ; - le champ de la voie infrarouge ; et - la distance entre le miroir de pointage et le miroir de balayage. BALAYAGE EN MODE PAS A PAS Dans ce mode de balayage réalisé pas à pas, une simplification des optiques des imageurs visibles et/ou infrarouge estpossible, puisqu'il n'y a plus de filé (déplacement apparent de la scène pendant le temps d'intégration). Le contrarotateur peut être supprimé. Afin de compléter la simplification, le dérotateur peut également être supprimé et remplacé par une dérotation réalisée par traitement d'image, au prix d'une légère dégradation de la qualité des images. Le devers d'image introduit alors une perte de champ vertical qui est partiellement compensé par un chevauchement des images lors de la constitution du bandeau. Ce chevauchement est obtenu dès que le pas de déplacement de ligne de visée est inférieur au champ instantané de l'imageur.
Pour minimiser la taille du miroir de balayage, la pupille de l'imageur infrarouge déportée sur le miroir de balayage. Dans cet exemple, la pupille de l'imageur infrarouge est de 40 mm. De même, dans ce mode de balayage, le champ du télémètre, très petit (quelques milliradians), n'a pas d'influence sur la taille du miroir de balayage. Les pupilles d'émissions et de réception sont conjointes, leurs diamètres sont inférieurs à 40 mm. De même, le devers du petit champ de l'imageur visible peut être traité par traitement d'image.
Dans cet exemple, la pupille de réception de l'imageur actif est de l'ordre également de 40 mm. Le champ utile de cet imageur est également petit, de l'ordre de 5 mrad.
LOIS DE COMMANDE DU MIROIR DE POINTAGE Cette partie fait référence à la figure 6. Repères [O] le repère de référence, attaché à la ligne de visée à l'entrée du dispositif. [LI] le repère attaché à la ligne de visée en sortie du dispositif affecté 20 uniquement par le balayage (ligne de visée de l'imageur infrarouge par exemple). [L2] le repère attaché à la ligne de visée en sortie du dispositif affecté par le balayage et le dispositif pointage (ligne de visée du télémètre laser par exemple). 25 [MA] le repère du miroir de pointage, XMA et YMA dans le plan du miroir, et zMA normal au miroir. [MB] le repère du miroir de balayage, YMB et zm dans le plan du miroir, etxMB normal au miroir. [D] le repère de la lame dichroïque de séparation et de recombinaison placée devant le miroir de pointage, xp et @p dans le plan de la lame, et zp normal à la lame. Soit Rx(x), Ry(x) et Rz(x) les rotations respectives de x selon les axes X,Y et 5 Z. Le repère [D] attaché à la lame dichroïque se déduit du repère de référence [O] par la rotation : Po-D = Rv(- 4 ) Le repère [MA] attaché au miroir de pointage se déduit du repère de 10 référence [O] par la rotation composée : Po-MA =Rv(E-4).Rx(A) Le repère [MB] attaché au miroir de balayage se déduit du repère de référence [O] par la rotation composée : Po-MB = Rz(C).Ry(4 +P) 15 Le repère [LI] attaché à la première ligne de visée se déduit du repère de référence [O] par la rotation composée : PoL, =Rz(G1).Rv(S1).Rx(D1) Le repère [L2] attaché à la deuxième ligne de visée se déduit du repère de référence [O] par la rotation composée : 20 Po,L2 =Rz(G2) Rv(S2) Rx(D2) Angles Tous les angles utilisés sont exprimés dans le sens trigonométrique vu depuis l'axe positif. La ligne de visée [LI] en sortie du dispositif s'oriente par rapport au 25 repère de référence [O] au moyen de trois angles relatifs : • DI pour le devers image • SI pour le site • Gl pour le gisement La ligne de visée [L2] en sortie du dispositif s'oriente par rapport au repère de référence [O] au moyen de trois angles relatifs : • D2 pour le devers image • S2 pour le site • G2 pour le gisement ù Le miroir [MA] s'oriente par rapport au repère de référence [O] selon deux angles : • E pour l'élévation du miroir • A pour l'azimut du miroir ù Le miroir [MB] s'oriente par rapport au repère de référence [O] selon deux angles : • C pour l'angle de circulaire du miroir • P pour l'angle de piqué du miroir Lois de commande du miroir de balayage La loi de commande de l'angle de circulaire du miroir de balayage utilisé par la fonction de veille est donnée par : C=G1 Le piqué P du miroir est déduit de l'angle de site SI que l'on souhaite fixer : P = S 19 2 5 10 15 Lois de commande du miroir de pointage Soit : t~=cos(S2) cos(C).sin(2.P).cos(CùG2)+cos(S2) sin(C).sin(C ùG2)ùsin(S2) cos(C).cos(2.P) t2 =cos(S2). sin(C) sin(2. P). cos(C ù G2)ùcos(S2). cos(C). sin(C ùG2)ùsin(S2). sin(C). cos(2. P) t3=cos(S2).cos(2.P).cos(C ùG2)+sin(S2).sin(2.P) Les lois de commande du miroir de pointage pour une position de circulaire donnée sont données par : E = 4 + arctan t1 t 1 3 A = - .aresin t2 2 sin(E)ùcos(E) Lois de mesure de la ligne de visée simplement balayée La loi de mesure de la ligne de visée simplement balayée est donnée par : S~ =2.P G1 = C D~ = C Lois de mesure de la ligne de visée balayée et déviée (pointage) Soit : sin(2 . E) + 1 si = 2 +cos(C).cos(2.E).cos(2.P).cos(A)2 sin(2 P) -1 + cos(C) sin(C) sin(2 .A).(sin(E) cos(E)) .e + sin(2 ~P) -1 cos(C)2 . (cos(E) + sin(E))2 cos(2 . A) . (sin(E) ù cos(E))2 . (sin(C)2 + sin(2 . P) . cos(C)2 25 s2 = sin(C) . cos(2 . E) . cos(2 . P) . cos(A)2 sin(2 . P) -1 2 + T cos(C)2 . sin(2 . A) . (cos(E) - sin(E)) sin(2.P)-1 sin(2.(A-E))-sin(2.(A+E)) 4 sin(2 C) cos(2 . A) - sin(2 E) + 2 -1 - + si . A) . sin(2 . P) . (sin(E) - cos(E)) s3 = . cos(2 . P) . sin(C) . sin(2 . A) . (sin(E) û cos(E)) + cos(2 . P) . cos(C) . (sin(A)2 + sin(2 . E) . cos(A)2 û sin(2 . P) . cos(2 . E) . cos(A)2 s4 = cos(2 . A) . cos(2 . P) . sin(C) û . sin(2A) . cos(2 . P) . cos(C) . (cos(E) û sin(E)) 1 û sin(2 . A) . sin(2 . P) . (cos(E) + sin(E)) s5 = sin(2 . P) . (sin(2 . E) . cos(A)2 ù sin(A)2 + cos(2 . P) . cos(2 . E) . cos(C) . cos(A)2 + . cos(2 . P) . sin(C) . sin(2 . A) . (cos(E) + sin(E)) La loi de mesure de la ligne de visée balayée et déviée permettant le
pointage du bandeau de veille est donnée par : S2 = ùaresin(s3 ) G2 = arctan (s2 /si ) D2 = arctan(s4/s5) 21 10

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de veille d'une scène comportant : - un capteur principal (1) sensible à des faisceaux dans un domaine principal de détection et présentant un champ (4) principal de détection ; - au moins un capteur (2, 3) secondaire sensible à des faisceaux dans un domaine secondaire de détection, différent du domaine principal de détection, et présentant un champ (5, 5') secondaire de détection, le champ (5) secondaire de détection étant plus petit que le champ (4) principal de détection ; ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte : - un miroir (6) de balayage mobile apte à déplacer le champ (4) principal de détection pour créer un bandeau (40) de détection de la scène ; - un miroir (7) de pointage mobile apte à déplacer chaque champ (5, 5') secondaire de détection dans le bandeau (40) de détection ; et - un séparateur spectral (8) situé optiquement entre le miroir de balayage (6) et le miroir de pointage (7) et apte à d'une part réfléchir les faisceaux d'un domaine de détection ; d'autre part transmettre les faisceaux d'un autre domaine de 20 détection, de sorte que les faisceaux de chaque domaine secondaire de détection puissent être réfléchis par le miroir (7) de pointage.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le miroir de balayage (6) 25 est mobile selon un axe (10), et le miroir de pointage (7) est mobile selon deux axes (11, 12).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le capteur (1) principal est un imageur infrarouge ou un imageur dans le domaine visible.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, comportant deux capteurs secondaires (2, 3), les deux capteurs secondaires ayant des domaines de détection différents entre eux. 30
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel chaque capteur secondaire (2, 3) est un imageur dans le domaine visible ou un imageur infrarouge ou un imageur actif ou un imageur hyperspectral ou un imageur multispectral ou un imageur 3D ou un télémètre laser.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le séparateur spectral (8) est apte à d'une part réfléchir les faisceaux du domaine de détection principal 10 vers le capteur (1) principal ou la scène ; d'autre part transmettre les faisceaux de chaque domaine de détection secondaire , de sorte que lesdits faisceaux de chaque domaine secondaire puissent être réfléchis par le miroir (7) de pointage. 15
7. Dispositif selon la revendication 6, comportant en outre un séparateur spectral supplémentaire (9) apte à séparer les faisceaux du domaine principal des faisceaux du domaine secondaire.
8. Dispositif selon les revendications 4 et 7, comportant en outre un 20 séparateur spectral final (10) apte à : - d'une part transmettre les faisceaux d'un domaine de détection secondaire vers un capteur (2) secondaire ou vers la scène ; - d'autre part réfléchir les faisceaux d'un autre domaine de détection secondaire vers un autre capteur (3) secondaire ou vers la scène. 25
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le séparateur spectral (8) est apte à d'une part transmettre les faisceaux du domaine de détection principal vers le capteur (1) principal ou vers la scène ; 30 d'autre part réfléchir les faisceaux de chaque domaine de détection secondaire, de sorte que lesdits faisceaux de chaque domaine secondaire puissent être réfléchis par le miroir (7) de pointage.10
10. Dispositif selon les revendications 4 et 9, comportant en outre un séparateur spectral final (9) apte à : - d'une part transmettre les faisceaux d'un domaine de détection secondaire vers un capteur (2) secondaire ou vers la scène ; - d'autre part réfléchir les faisceaux d'un autre domaine de détection secondaire vers un autre capteur (3) secondaire ou vers la scène.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le miroir de balayage (6) est apte à être déplacé continûment.
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le miroir de balayage (7) est apte à être déplacé en mode pas à pas.
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