FR3014194A1

FR3014194A1 - Systeme d'imagerie ir refroidi a filtre virtuellement froid

Info

Publication number: FR3014194A1
Application number: FR1302821A
Authority: FR
Inventors: Ludovic Perruchot
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-06-05
Also published as: WO2015082514A1

Abstract

L'invention concerne un système d'imagerie d'une scène, qui comporte une enceinte (100) à une température T, avec un cryostat (1) équipé d'un détecteur (10) IR. Selon l'invention, le système comporte dans l'enceinte mais en dehors du cryostat, un élément froid à émissivité thermique Te1<T, et un élément séparateur (30) à une longueur d'onde λs1 comprise dans ledit domaine IR, cet élément froid et cet élément séparateur étant positionnés pour que le flux détecté par le détecteur (10) soit réparti par l'élément séparateur (30) entre un flux provenant de la scène et un flux provenant de l'élément froid, pour assurer une coupure de bande de longueurs d'onde dans ledit domaine IR pour le flux provenant de la scène, cette bande étant déterminée en fonction de Às1, les longueurs d'onde du flux provenant du premier élément froid étant comprises dans ladite bande coupée.

Description

SYSTEME D'IMAGERIE IR REFROIDI A FILTRE VIRTUELLEMENT FROID Le domaine de l'invention est celui de l'imagerie IR (3.0 pm-12pm) refroidie.

Les équipements utilisés aujourd'hui pour assurer des fonctions d'imagerie IR refroidie, dont un exemple est montré figure 1 comportent de façon connue dans une enceinte 100 : un cryostat 1 équipé d'un détecteur IR 10 et généralement d'un filtre spectral froid 11 apte à sélectionner une bande de longueurs d'onde comprise entre Àinf et Àsup, un ou plusieurs autres filtres spectraux 12, chacun apte à transmettre les longueurs d'onde inférieures à Às (Às différent d'un filtre à l'autre) et à émettre pour les longueurs d'onde supérieures à Às ; ces filtres sont situés sur une roue à filtres 60 par exemple, en dehors du cryostat pour ne pas augmenter son volume et le nombre d'éléments à maintenir au froid ; - une combinaison optique 20 apte à former l'image d'une scène sur le détecteur IR 10, les longueurs d'onde de la scène étant comprises entre Àinf et Àsup ; les longueurs d'onde provenant de la scène et arrivant sur le cryostat sont donc comprises entre Àinf et Às. On a par exemple kif = 3,4 pm, Àsup = 4,8 pm et Às= 4,2 pm. Les longueurs d'onde arrivant sur le cryostat sont donc comprises entre 3,4 pm et 4,2 pm.

Aujourd'hui un filtre spectral 12 situé dans l'enceinte 100 mais en dehors du cryostat 1 n'est donc pas refroidi ou dit autrement il est lui-même émissif d'un rayonnement IR qui produit un bruit supplémentaire lié à sa propre température ; cela réduit les performances de l'imageur en termes de rapport signal sur bruit. En conséquence, il demeure à ce jour un besoin pour un système d'imagerie IR refroidi, équipé d'au moins un filtre spectral, donnant simultanément satisfaction à l'ensemble des exigences précitées, en termes notamment de volume du cryostat, et de rapport signal sur bruit au niveau du détecteur. Le principe de cette invention consiste à utiliser un élément séparateur tel qu'une lame séparatrice, en réflexion pour la bande de longueurs d'onde considérée et en transmission pour les longueurs d'onde à rejeter. On associe à cet élément séparateur un élément « froid » tel qu'un miroir à effet narcisse ou bien un corps noir basse température de manière à limiter l'émissivité de l'élément séparateur pour les longueurs d'onde à rejeter. La configuration inverse avec un élément séparateur en transmission pour la bande de longueurs d'onde considérée et en réflexion pour les longueurs d'onde à rejeter, est également envisagée comme on le verra plus loin.

Plus précisément l'invention a pour objet un système d'imagerie d'une scène, qui comporte une enceinte dont la température T est la température interne du système, avec dans cette enceinte, un cryostat équipé d'un détecteur IR apte à détecter un flux IR. Il est principalement, caractérisé en ce qu'il comporte dans l'enceinte mais en dehors du cryostat, un premier élément à émissivité thermique Tel <T, dit premier élément froid, et un premier élément séparateur à une longueur d'onde Àsl comprise dans ledit domaine IR, ce premier élément froid et ce premier élément séparateur étant positionnés de manière à ce que le flux détecté par le détecteur soit réparti par le premier élément séparateur entre un flux provenant de la scène et un flux provenant du premier élément froid, de manière à assurer une coupure de bande de longueurs d'onde dans ledit domaine IR pour le flux provenant de la scène, cette bande étant déterminée en fonction de Àsl, les longueurs d'onde du flux provenant du premier élément froid étant comprises dans ladite bande coupée. Cela revient à réaliser un filtre virtuellement froid, assurant une coupure dans une bande déterminée en fonction de Às pour le flux provenant de la scène, et permettant que le détecteur reçoive un flux provenant de 35 l'élément froid pour des longueurs d'onde situées dans cette bande coupée ; alors que le filtre de l'équipement décrit en préambule absorbe les longueurs d'onde à filtrer et réémet en fonction de sa propre température. On rappelle que coupure bande haute signifie qu'on veut sélectionner les longueurs d'onde petites, les grandes étant rejetées ; inversement coupure bande basse signifie qu'on veut sélectionner les longueurs d'onde grandes, les petites étant rejetées. Selon un premier mode de réalisation, le premier élément séparateur est en réflexion pour des longueurs d'onde supérieures à Àsl du flux provenant de la scène et en transmission pour des longueurs d'onde inférieures à Àsl du flux provenant du premier élément froid, de manière à assurer une coupure bande basse dans ledit domaine IR pour le flux détecté par le détecteur et provenant de la scène. Selon une alternative à ce premier mode de réalisation, le premier élément séparateur est en transmission pour des longueurs d'onde supérieures à Àsl du flux provenant de la scène et en réflexion pour des longueurs d'onde inférieures à Àsl du flux provenant de l'élément froid, de manière à assurer une coupure bande basse dans ledit domaine IR pour le flux détecté par le détecteur et provenant de la scène.

Selon un deuxième mode de réalisation, le premier élément séparateur est en réflexion pour des longueurs d'onde supérieures à Àsl du flux provenant du premier élément froid et en transmission pour des longueurs d'onde inférieures à Àsl du flux provenant de la scène, de manière à assurer une coupure bande haute dans ledit domaine IR pour le flux détecté par le détecteur et provenant de la scène. Selon une alternative à ce deuxième mode de réalisation, le premier élément séparateur est en transmission pour des longueurs d'onde supérieures à Àsl du flux provenant du premier élément froid et en réflexion pour des longueurs d'onde inférieures à Àsl du flux provenant de la scène, de manière à assurer une coupure bande haute dans ledit domaine IR pour le flux détecté par le détecteur et provenant de la scène. Selon un troisième mode de réalisation, le système d'imagerie d'une scène combine une configuration optique à coupure bande basse avec une configuration optique à coupure bande haute.35 Il comporte dans l'enceinte mais en dehors du cryostat et en amont du premier élément séparateur, un deuxième élément à émissivité thermique Te2<T, désigné deuxième élément froid, et un deuxième élément séparateur à une longueur d'onde Às2 comprise dans ledit domaine IR ; ce deuxième élément froid et ce deuxième élément séparateur sont positionnés de manière à ce que le flux incident sur le premier élément séparateur et provenant de la scène soit lui-même réparti par le deuxième élément séparateur entre un flux provenant de la scène et un flux provenant du deuxième élément froid, de manière à assurer pour le flux détecté par le détecteur et provenant de la scène, une coupure bande haute et bande basse déterminée en fonction de Às1 et Às2 et ainsi permettre de sélectionner une bande intermédiaire dans ledit domaine IR. On peut par exemple combiner une configuration à coupure bande haute en amont d'une configuration à coupure bande basse. Plusieurs combinaisons sont envisageables. On peut par exemple combiner à la configuration à coupure bande basse décrite pour l'alternative au premier mode de réalisation, une configuration à coupure bande haute avec Às2>Às1 et avec le deuxième élément froid et le deuxième élément séparateur positionnés de manière à assurer une coupure bande haute pour le flux provenant de la scène qui est incident en réflexion sur le deuxième élément séparateur. On peut aussi combiner une configuration à coupure bande basse en amont d'une configuration à coupure bande haute. Là encore plusieurs combinaisons sont envisageables. On peut par exemple combiner à la configuration à coupure bande haute décrite pour l'alternative au deuxième mode de réalisation, la configuration à coupure bande basse avec Às2<Às1 et avec le deuxième élément froid et le deuxième élément séparateur positionnés de manière à assurer une coupure bande basse pour le flux provenant de la scène qui est incident en réflexion sur le deuxième élément séparateur.

Selon une caractéristique de l'invention, le système comporte : - plusieurs premiers éléments séparateurs ayant chacune une longueur d'onde de séparation différente d'un premier élément séparateur à l'autre, et montées sur des moyens de commutation de ces premiers éléments séparateurs, et/ou plusieurs deuxièmes éléments séparateur ayant chacune une longueur d'onde de séparation différente d'un deuxième élément séparateur à l'autre, et montées sur des moyens de commutation de ces deuxièmes éléments séparateurs.

Les moyens de commutation sont par exemple une roue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 déjà décrite représente schématiquement un exemple de configuration optique d'un système d'imagerie IR refroidi selon l'état de la technique, les figures 2 représentent schématiquement un exemple de configuration optique d'un système d'imagerie IR refroidi selon l'invention, assurant une coupure bande basse pour le flux provenant de la scène et détecté par le détecteur, avec une lame séparatrice en réflexion pour des longueurs d'onde supérieures à Às et en transmission pour des longueurs d'onde inférieures à Às, associée à un miroir à effet Narcisse (fig 2a.3 qui est décomposée en figures 2a.1 et 2a.2 correspondant respectivement à des domaines de longueurs d'onde complémentaires) ou à un corps noir (fig 2b.3 qui est décomposée en figures 2b.1 et 2b.2 correspondant respectivement à des domaines de longueurs d'onde complémentaires), et avec une lame séparatrice en transmission pour des longueurs d'onde supérieures à Às et en réflexion pour des longueurs d'onde inférieures à Às, associée à un miroir à effet Narcisse (fig 2c), ou à un corps noir (fig 2d), les figures 3 représentent schématiquement un exemple de configuration optique d'un système d'imagerie IR refroidi selon l'invention, assurant une coupure bande haute pour le flux provenant de la scène et détecté par le détecteur, avec une lame séparatrice en réflexion pour des 30 longueurs d'onde supérieures à Às et en transmission pour des longueurs d'onde inférieures à Às, associée à un miroir à effet Narcisse (fig 3a) ou un corps noir (fig 3b), et avec une lame séparatrice en transmission pour des longueurs d'onde supérieures à Às et en réflexion pour des longueurs d'onde inférieures à Às, associée à un miroir à effet Narcisse (fig 3c ), ou à un corps 35 noir (fig 3d), les figures 4 représentent schématiquement un exemple de configuration optique d'un système d'imagerie IR refroidi selon l'invention, combinant les configurations à coupure bande basse et les configurations à coupure bande haute, pour obtenir une coupure bande intermédiaire, avec pour le flux provenant de la scène une coupure bande haute en amont d'une coupure bande basse (fig 4a), ou une coupure bande basse en amont d'une coupure bande haute : avec une première lame séparatrice à Às1 en réflexion pour les longueurs d'onde inférieures à Às1 du flux provenant de la scène et, en amont une deuxième lame séparatrice à Às2 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às2 du flux provenant de la scène (fig 4b ), avec une première lame séparatrice à Às1 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às1 du flux provenant de la scène et, en amont une deuxième lame séparatrice à Às2 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às2 du flux provenant de la scène (fig 4c). Les figures 5 illustrent des moyens de détection large bande pouvant compléter les configurations à coupure de bande.

D'une figure à l'autre, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références. On a représenté sur les figures les domaines de longueurs d'onde qui transitent dans le système ; en trait plein ceux qui proviennent de la scène, en pointillé ceux qui proviennent de l'élément froid.

De manière générale, un système IR d'imagerie d'une scène, qui est un système refroidi comporte une enceinte 100 dont la température T est la température interne du système, avec dans cette enceinte, un cryostat 1 équipé d'un détecteur IR 10 apte à détecter un flux. Il comporte en outre dans l'enceinte mais en dehors du cryostat : un élément à émissivité thermique Te<T, dit élément froid, et un élément séparateur 30 à une longueur d'onde Às comprise dans ledit domaine IR, qui transmet ou reflète les longueurs d'onde à sélectionner. Cet élément froid et cet élément séparateur 30 sont positionnés de manière à 35 ce que le flux détecté par le détecteur 10 soit réparti par l'élément séparateur entre un flux provenant de la scène, pour une bande de longueurs d'onde déterminée en fonction de Às, et un flux provenant de l'élément froid, pour des longueurs d'onde situées en dehors de ladite bande de longueurs d'onde. Cet élément froid n'est pas émissif (= pas émissif de photons), contrairement au filtre utilisé dans l'équipement décrit en préambule. Cela revient à réaliser un filtre virtuellement froid, assurant une coupure dans une bande déterminée en fonction de Às pour le flux provenant de la scène et permettant au détecteur de recevoir un flux provenant de l'élément froid pour des longueurs d'onde situées dans cette bande coupée.

Cet élément séparateur est par exemple une lame séparatrice ou un prisme séparateur avec un traitement dichroïque ou un cube séparateur avec également un traitement dichroïque. Dans la suite on prendra une lame séparatrice comme exemple d'élément séparateur. Cet élément froid est par exemple un corps noir 42 ou un miroir à 15 effet Narcisse 41 apte à renvoyer vers le détecteur sa propre image. Un tel système d'imagerie d'une scène permet de faire varier la bande spectrale observée en fonction de /s tout en conservant un rapport signal sur bruit optimum. 20 Cette invention est exploitable quel que soit le domaine d'utilisation (terrestre, aéroporté, maritime) d'un tel système d'imagerie d'une scène, IR refroidi. Elle résout le problème de performance d'un système d'imagerie d'une scène, IR refroidi, à filtre « classique » donc émissif qui génère du bruit 25 lié à sa propre température. En rendant virtuellement froid ce filtre spectral cette invention permet d'obtenir la performance optimum du capteur quel que soit la bande spectrale observée. Un tel système permet d'assurer une coupure bande haute ou 30 bande basse ou bande intermédiaire pour le flux provenant de la scène, selon le mode de réalisation choisi. On décrit en relation avec les figures 2a et 2b, un premier mode de réalisation d'un système d'imagerie IR refroidi selon l'invention, assurant 3 0 14 1 9 4 8 une coupure bande basse pour le flux provenant de la scène et détecté par le détecteur. Il comprend dans l'enceinte 100 mais en dehors du cryostat 1, une lame séparatrice 30 à As du domaine IR considéré, apte à envoyer les 5 rayons issus de la scène IR en réflexion vers le détecteur 10 pour les longueurs d'onde supérieures à As, et en transmission dans l'enceinte pour les longueurs d'onde inférieures à As ; elle n'est pas émissive. Dit autrement, la lame 30 se comporte comme un miroir pour les longueurs d'onde supérieures à As comme montré figure 2a.1 et 2b.1, mais est transparente 10 pour les longueurs d'onde inférieures à As comme montré figure 2a.2 et 2b.2 ; la combinaison de ces deux fonctions de miroir et de lame transparente est montré figures 2a.3 et 2b.3. Mais la lame est à la température ambiante Te de l'enceinte et le détecteur reçoit donc également un flux émis par la lame séparatrice elle- même, indépendamment de la scène ; ce flux « chaud » qui ne contribue qu'en tant que bruit supplémentaire, détériore donc le rapport signal sur bruit du détecteur. La lame séparatrice 30 est donc associée à un élément à faible émissivité dit élément froid. Le plan de la lame séparatrice délimite un 20 premier demi-espace dit « espace avant » c'est-à-dire incluant le cryostat, et un second demi-espace dit « espace arrière », complémentaire du premier. Cet élément froid est placé derrière la lame 30, c'est-à-dire dans l'espace « arrière » par rapport au détecteur de manière à faire face au détecteur à travers la lame ; ainsi le détecteur 10 reçoit un flux émis par cet élément 25 froid, qui traverse la lame en transmission pour les longueurs d'onde inférieures à As. En effet, si on ne mettait pas cet élément froid, le détecteur verrait en transmission à travers la lame séparatrice, la structure mécanique de l'enceinte dans toute la bande IR, en plus du flux « chaud » de la lame : au lieu de recevoir un bruit correspondant à toute la bande IR, le détecteur 30 reçoit un bruit ne correspondant qu'à la bande haute. Cette combinaison de la lame séparatrice et de l'élément froid permet ainsi de couper la bande haute (supérieure à As) pour que le détecteur ne reçoive que le signal de la bande basse souhaitée et de limiter le bruit de la lame à celui de la bande haute, et donc d'améliorer le rapport S/B. Aux longueurs d'onde inférieures à As, le détecteur voit l'élément froid comme s'il n'y avait pas de lame séparatrice. Lorsque l'élément froid est un corps noir 42 montré figures 2b, le flux émis par ce corps noir est omnidirectionnel mais une partie de ce flux atteint le détecteur 10 en transmission à travers la lame séparatrice 30 qui est « transparente » pour ce flux pour les longueurs d'onde inférieures à As. On peut éventuellement diriger le flux du corps noir vers le détecteur avec un système optique pour limiter la taille dudit corps noir.

Lorsque l'élément froid est un miroir à effet Narcisse 41 montré figures 2a, le flux froid émis par le détecteur refroidi et transmis par la lame séparatrice 30 en transmission vers le miroir à effet Narcisse 41 (pour les longueurs d'onde supérieures à As donc), est réfléchi par ce miroir vers le détecteur dans le sens opposé, à travers la lame séparatrice 30 en transmission également, toujours pour les longueurs d'onde inférieures à As. Selon une alternative à cette configuration optique assurant une coupure bande basse, on utilise une lame séparatrice en réflexion pour des longueurs d'onde inférieures à As et en transmission pour des longueurs 20 d'onde supérieures à As. Ce type de lame séparatrice est d'un usage moins courant. La lame séparatrice à As est placée de manière à envoyer les rayons issus de la scène IR en transmission vers le détecteur pour les longueurs d'onde supérieures à As, et en réflexion dans l'enceinte pour les longueurs d'onde inférieures à As. Et l'élément froid est placé dans l'espace 25 « arrière de la lame », de manière à être réfléchi sur la lame vers le détecteur pour les longueurs d'onde supérieures à As, comme montré dans l'exemple des figures 2c et 2d. On décrit en relation avec les figures 3a et 3b, un deuxième mode 30 de réalisation d'un système d'imagerie IR refroidi selon l'invention, assurant une coupure bande haute pour le flux provenant de la scène. Il comprend dans l'enceinte 100 mais en dehors du cryostat 1, une lame séparatrice 30 à As du domaine IR considéré, apte à envoyer les rayons issus de la scène IR en transmission vers le détecteur 10 pour les longueurs d'onde inférieures à As, et en réflexion dans l'enceinte pour les longueurs d'onde supérieures à As. Cette lame séparatrice 30 est associée à un élément froid placé dans l'espace « avant » de la lame, de manière à envoyer le flux issu de cet 5 élément froid vers le détecteur en réflexion sur la lame séparatrice pour les longueurs d'onde supérieures à As. En effet, si on ne mettait pas cet élément froid, le détecteur verrait en réflexion sur la lame séparatrice, la structure mécanique de l'enceinte dans toute la bande IR. 0 Lorsque l'élément froid est un corps noir 42 montré figure 3b, le flux émis par le corps noir est omnidirectionnel mais une partie de ce flux atteint le détecteur 10 par réflexion sur la lame séparatrice 30 pour les longueurs d'onde supérieures à As. Lorsque l'élément froid est un miroir à effet Narcisse 41 montré 15 figure 3a, le flux froid émis par le détecteur refroidi et réfléchi par la lame séparatrice 30 vers le miroir à effet Narcisse (pour les longueurs d'onde inférieures à As donc), est réfléchi par ce miroir vers la lame séparatrice qui le réfléchit également vers le détecteur 10 dans le sens opposé, pour les longueurs d'onde supérieures à As. 20 Selon une alternative à cette configuration optique assurant une coupure bande haute, on utilise une lame séparatrice en réflexion pour des longueurs d'onde inférieures à As et en transmission pour des longueurs d'onde supérieures à As. La lame séparatrice à As est placée de manière à 25 envoyer les rayons issus de la scène IR en réflexion vers le détecteur pour les longueurs d'onde inférieures à As, et en transmission dans l'enceinte pour les longueurs d'onde supérieures à As. Et l'élément froid est placé dans l'espace « arrière de la lame », de manière à être envoyé par transmission à travers la lame vers le détecteur pour les longueurs d'onde supérieures à As, 30 comme on peut le voir figure 3c. Dans la figure 3d on a remplacé le miroir à effet Narcisse 41 par un corps noir 42. On a par exemple pour ces modes de réalisation dans le domaine IR2 (3pm-5pm) : 35 Àinf = 3,4 pm, Àsup = 4,8 pm et 3014 194 11 Às= 3,6 pm ou 3,8 pm ou 4,2 pm. Dans le domaine IR3 (8pm-12pm), on a par exemple : Àinf = 8 pm, Àsup = 10 pm et Às= 8.5 pm ou 9 pm ou 9.5 pm.

On décrit en relation avec les figures 4, un troisième mode de réalisation d'un système d'imagerie IR refroidi selon l'invention, permettant de sélectionner une bande intermédiaire c'est-à-dire assurant une coupure à la fois bande haute et bande basse pour le flux provenant de la scène.

A cet effet, on combine une configuration à coupure bande basse avec une configuration à coupure bande haute de la manière suivante. Selon un premier mode de réalisation montré figure 4a, il comprend dans l'enceinte 100 mais en dehors du cryostat 1, une première lame séparatrice 30a à Àsl du domaine IR considéré, apte à envoyer les rayons issus de la scène IR en transmission vers le détecteur 10 pour les longueurs d'onde supérieures à Àsl , et en réflexion dans l'enceinte pour les longueurs d'onde inférieures à Àsl. Il s'agit donc d'une configuration assurant une coupure bande basse pour le flux provenant de la scène. Cette première lame séparatrice 30a est associée à un premier élément à émissivité thermique Tel <T désigné premier élément froid 41a placé dans l'enceinte en dehors du cryostat, dans l'espace « avant » de la lame, de manière à envoyer le flux issu de ce premier élément froid vers le détecteur 10 en réflexion sur la première lame séparatrice 30a pour les longueurs d'onde inférieures à Àsl.

Le flux provenant de la scène, incident en transmission sur cette première lame séparatrice 30a est lui-même issu d'une configuration à coupure bande haute pour le flux provenant de la scène. En effet, le système d'imagerie comprend en outre dans l'enceinte 100 mais en dehors du cryostat 1, et en amont de la première lame 30 séparatrice 30a (le sens amont->aval est le sens scène-*détecteur), un deuxième élément à émissivité thermique Te2<T, désigné deuxième élément froid 41b, et une deuxième lame séparatrice 30b à une longueur d'onde Às2 comprise dans ledit domaine IR, avec Às2>Às1 . Ce deuxième élément froid 41b et cette deuxième lame séparatrice 30b sont positionnés de manière à 35 ce que le flux incident en transmission sur la première lame séparatrice 30a soit lui-même réparti par la deuxième lame séparatrice 30b entre un flux provenant de la scène et un flux provenant du deuxième élément froid 41b. Plus précisément, la deuxième lame séparatrice 30b à Às2 est apte à envoyer les rayons issus de la scène IR en réflexion vers la première lame séparatrice 30a pour les longueurs d'onde inférieures à Às2, et en transmission dans l'enceinte pour les longueurs d'onde supérieures à Às2. Il s'agit donc d'une configuration assurant une coupure bande haute, située en amont de la configuration bande basse comme montré sur la figure. Cette deuxième lame séparatrice 30b est associée à un deuxième élément froid 41b qui est placé derrière la deuxième lame 30b, c'est-à-dire dans l'espace « arrière », sur l'axe optique issu du détecteur et passant par cette deuxième lame séparatrice en transmission de manière à faire face au détecteur à travers les deux lames 30a, 30b ; ainsi la première lame séparatrice reçoit un flux émis par ce deuxième élément froid 41b, qui traverse la deuxième lame en transmission pour les longueurs d'onde supérieures à Às2. Ce troisième mode de réalisation permet ainsi d'assurer pour le flux provenant de la scène une coupure bande haute et bande basse pour ainsi sélectionner une bande intermédiaire, c'est-à-dire dans une bande comprise entre Às1 et Às2 avec Às1>Àinf la longueur d'onde inférieure dudit domaine IR et Às2<Àsup la longueur d'onde supérieure dudit domaine IR. Cette bande intermédiaire est généralement une bande étroite. Ce troisième mode de réalisation a été décrit en utilisant une première lame séparatrice à Às1 en réflexion pour les longueurs d'onde inférieures à Às1 du flux provenant de la scène et une deuxième lame séparatrice à Às2 en réflexion pour les longueurs d'onde inférieures à Às2 du flux provenant de la scène. On peut décliner ce mode de réalisation de la manière suivante en utilisant : - une première lame séparatrice à Às1 en réflexion pour les longueurs d'onde inférieures à Às1 et une deuxième lame séparatrice à Às2 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às2 ; - une première lame séparatrice à Às1 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às1 et une deuxième lame séparatrice à Às2 35 en réflexion pour les longueurs d'onde inférieures à Às2 ; - une première lame séparatrice à Àsl en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Àsl et une deuxième lame séparatrice à 1s2 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às2.

On a par exemple pour ce troisième mode de réalisation dans le domaine IR2 : Àinf = 3,4 pm, Àsup = 4,8 pm et Às1= 3,6 pm avec Às2= 3,8 pm, ou Às1= 3,8 pm avec Às2= 4 pm. Dans le domaine IR3, on a par exemple : Àinf = 8 pm, Àsup = 10 pm et Às= 8.5 pm ou 9 pm ou 9.5 pm. Selon une alternative à ce troisième mode de réalisation, on inverse les configurations bande haute et bande basse pour le flux provenant de la scène : la configuration bande basse est en amont de la configuration bande haute comme on peut le voir figure 4b. Cela permet également de sélectionner une bande intermédiaire. Il comprend dans l'enceinte 100 mais en dehors du cryostat 1, une première lame séparatrice 30a à 1s1 du domaine IR considéré, apte à envoyer les rayons issus de la scène IR en réflexion vers le détecteur 10 pour les longueurs d'onde inférieures à Àsl, et en transmission dans l'enceinte pour les longueurs d'onde supérieures à Àsl. Il s'agit donc d'une configuration assurant une coupure bande haute pour le flux provenant de la scène. Cette première lame séparatrice est associée à un premier élément à faible émissivité Tel < T dit premier élément froid tel qu'un corps noir froid ou un miroir à effet Narcisse 41a qui reflète le détecteur 10 refroidi. Cet élément froid 41a est placé derrière la première lame 30a, c'est-à-dire dans l'espace « arrière » par rapport au détecteur ; ainsi le détecteur reçoit un flux émis par ce premier élément froid 41a, qui traverse la première lame 30a en transmission pour les longueurs d'onde supérieures à Àsl. Le flux provenant de la scène, incident en réflexion sur cette première lame séparatrice est lui-même issu d'une configuration à coupure bande basse. En effet, le système d'imagerie comprend en outre dans l'enceinte 35 mais en dehors du cryostat, un deuxième élément à émissivité thermique Te2<T, désigné deuxième élément froid 41b, et une deuxième lame séparatrice 30b à une longueur d'onde Às2 comprise dans ledit domaine IR, avec Às2<Às1. Ce deuxième élément froid 41b et cette deuxième lame séparatrice 30b sont positionnés de manière à ce que le flux incident en réflexion sur la première lame séparatrice 30a soit lui-même réparti par la deuxième lame séparatrice 30b entre un flux provenant de la scène et un flux provenant du deuxième élément froid 41b. Plus précisément, la deuxième lame séparatrice 30b à Às2 est apte à envoyer les rayons issus de la scène IR en réflexion vers la première lame séparatrice 30a pour les longueurs d'onde supérieures à Às2, et en transmission dans l'enceinte pour les longueurs d'onde inférieures à Às2. Il s'agit donc d'une configuration assurant une coupure bande basse pour le flux provenant de la scène, située en amont de la configuration bande haute comme montré sur la figure.

Le deuxième élément froid 41b est placé dans l'espace « avant » de la deuxième lame 30b, de manière à envoyer le flux issu de ce deuxième élément froid vers la première lame séparatrice 30a en transmission sur la deuxième lame séparatrice, pour les longueurs d'onde inférieures à Às2.

Cette alternative au troisième mode de réalisation a été décrite en utilisant une première lame séparatrice à Às1 en réflexion pour les longueurs d'onde inférieures à Às1 du flux provenant de la scène et une deuxième lame séparatrice à 1 s2 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às2 du flux provenant de la scène. On peut décliner cette alternative de la manière suivante en adaptant le positionnement du détecteur et en utilisant : - une première lame séparatrice à Às1 en réflexion pour les longueurs d'onde inférieures à Às1 et une deuxième lame séparatrice à Às2 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às2 ; - une première lame séparatrice à Às1 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às1 et une deuxième lame séparatrice à Às2 en réflexion pour les longueurs d'onde inférieures à Às2 ; - une première lame séparatrice à Às1 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às1 et une deuxième lame séparatrice à Às2 3 0 1 4 1 9 4 15 en réflexion pour les longueurs d'onde supérieures à Às2. Ce mode de réalisation est illustré figure 4c. On a par exemple pour cette alternative : 5 Àinf = 3,4 pm, Àsup = 4,8 pm et Às1= 3,8 pm avec Às2= 3,6 pm, ou Às1= 4 pm avec Às2= 3,8 pm. Selon une caractéristique de l'invention, le système comporte pour chaque configuration à coupure bande haute plusieurs lames séparatrices 10 ayant chacune une longueur d'onde de séparation spectrale Às différente d'une lame à l'autre ; ces lames sont montées sur des moyens de commutation 60 (ou 60a) de ces lames. De même, le système comporte pour chaque configuration à coupure bande basse plusieurs lames séparatrices ayant chacune une longueur d'onde de séparation spectrale Às différente 15 d'une lame à l'autre ; ces lames sont montées sur des moyens de commutation 60 (ou 60b) de ces lames. Ces moyens de commutation sont par exemple une roue telle qu'une roue à filtres sur laquelle on a remplacé les filtres par les lames séparatrices, ou un carrousel, ou ...

20 Ces configurations à coupure de bande peuvent bien sûr être complétées pour assurer également une détection large bande. Un miroir 50 apte à réfléchir la scène vers le détecteur quelle que soit la longueur d'onde, peut être installé dans l'enceinte 100. Il est par exemple monté sur des moyens de commutation 60 avec la lame séparatrice 30, comme montré sur 25 la figure 5a. Une autre solution montrée figure 5b ne comportant pas de miroir permet au détecteur de recevoir l'image de la scène quelle que soit la longueur d'onde. Le système est alors dit large bande. Chaque élément froid utilisé dans ces différentes configurations, 30 peut être un corps noir froid, c'est-à-dire de température Te<T ou un miroir à effet Narcisse qui reflète le détecteur refroidi. On utilise par exemple : - des lames dichroïques ayant un coefficient de réflexion de 95% 35 et un coefficient de transmission 5%, - un corps noir régulé à une température de 2°C voire inférieure à 0°C si l'environnement est contrôlé (gaz sec type azote), - un miroir à effet Narcisse concave reflétant le détecteur lui-même ayant une réflexion > à 99.8%, - un détecteur de 640 x 512 pixels au pas de 15pm technologie InSb ou MCT refroidi entre 77°K et 120°K.

Claims

REVENDICATIONS1. Système d'imagerie d'une scène, qui comporte une enceinte (100) dont la température T est la température interne du système, avec dans cette enceinte, un cryostat (1) équipé d'un détecteur (10) IR apte à détecter un flux IR, caractérisé en ce qu'il comporte dans l'enceinte mais en dehors du cryostat, un premier élément à émissivité o thermique Tel<T, dit premier élément froid, et un premier élément séparateur (30, 30a) à une longueur d'onde Àsl comprise dans ledit domaine IR, ce premier élément froid et ce premier élément séparateur étant positionnés de manière à ce que le flux détecté par le détecteur (10) soit réparti par le premier élément séparateur (30, 15 30a) entre un flux provenant de la scène et un flux provenant du premier élément froid, de manière à assurer une coupure de bande de longueurs d'onde dans ledit domaine IR pour le flux provenant de la scène, cette bande étant déterminée en fonction de Àsl , les longueurs d'onde du flux provenant du premier élément froid étant comprises 20 dans ladite bande coupée.
2. Système d'imagerie d'une scène selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément séparateur (30, 30a) est en réflexion pour des longueurs d'onde supérieures à Àsl du flux provenant de la 25 scène et en transmission pour des longueurs d'onde inférieures à Às1 du flux provenant du premier élément froid, de manière à assurer une coupure bande basse dans ledit domaine IR pour le flux détecté par le détecteur et provenant de la scène. 30
3. Système d'imagerie d'une scène selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément séparateur (30, 30a) est en transmission pour des longueurs d'onde supérieures à Àsl du flux provenant de la scène et en réflexion pour des longueurs d'onde inférieures à Àsl du flux provenant de l'élément froid, de manière à assurer une coupure 35 bande basse dans ledit domaine IR pour le flux détecté par le détecteur et provenant de la scène.
4. Système d'imagerie d'une scène selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément séparateur (30, 30a) est en réflexion pour des longueurs d'onde supérieures à Às1 du flux provenant du premier élément froid et en transmission pour des longueurs d'onde inférieures à Às1 du flux provenant de la scène, de manière à assurer une coupure bande haute dans ledit domaine IR pour le flux détecté par le détecteur et provenant de la scène.
5. Système d'imagerie d'une scène selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier élément séparateur (30, 30a) est en transmission pour des longueurs d'onde supérieures à Àsl du flux provenant du premier élément froid et en réflexion pour des longueurs d'onde inférieures à Àsl du flux provenant de la scène, de manière à assurer une coupure bande haute dans ledit domaine IR pour le flux détecté par le détecteur et provenant de la scène.
6. Système d'imagerie d'une scène selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte dans l'enceinte (100) mais en dehors du cryostat (1) et en amont du premier élément séparateur (30a), un deuxième élément à émissivité thermique Te2<T, désigné deuxième élément froid, et un deuxième élément séparateur (30b) à une longueur d'onde Às2 comprise dans ledit domaine IR, ce deuxième élément froid et ce deuxième élément séparateur étant positionnés de manière à ce que le flux incident sur le premier élément séparateur (30a) et provenant de la scène soit lui-même réparti par le deuxième élément séparateur (30b) entre un flux provenant de la scène et un flux provenant du deuxième élément froid, de manière à assurer pour le flux détecté par le détecteur et provenant de la scène, une coupure bande haute et bande basse déterminée en fonction de Àsl et s2 et ainsi permettre de sélectionner une bande intermédiaire dans ledit domaine IR.
7. Système d'imagerie d'une scène selon la revendication précédente combinée avec la revendication 3, caractérisé en ce que Às2>Àslet en ce que le deuxième élément froid et le deuxième élément séparateur sont positionnés de manière à assurer une coupure bande haute pour 3 0 1 4 1 9 4 19 le flux provenant de la scène qui est incident en réflexion sur le deuxième élément séparateur (30a).
8. Système d'imagerie d'une scène selon la revendication 6 combinée 5 avec la revendication 5, caractérisé en ce que Às2<Às1 et en ce que le deuxième élément froid et le deuxième élément séparateur sont positionnés de manière à assurer une coupure bande basse pour le flux provenant de la scène qui est incident en réflexion sur le deuxième élément séparateur (30a). 10
9. Système d'imagerie d'une scène selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs premiers éléments séparateurs (30, 30a) ayant chacun une longueur d'onde de séparation différente d'un premier élément séparateur à l'autre, et 15 montés sur des moyens de commutation (60, 60a) de ces premiers éléments séparateurs.
10. Système d'imagerie d'une scène selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs deuxièmes 20 éléments séparateurs (30b) ayant chacun une longueur d'onde de séparation différente d'un premier élément séparateur à l'autre, et montés sur des moyens de commutation (60b) de ces deuxièmes éléments séparateurs. 25
11. Système d'imagerie d'une scène selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens de commutation sont une roue.
12. Système d'imagerie d'une scène selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un élément froid est un 30 corps noir (42, 42a, 42b).
13. Système d'imagerie d'une scène selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un élément froid est un miroir à effet Narcisse (41, 41a, 41b). 35
14. Système d'imagerie d'une scène selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le domaine IR est IR2 ou IR3.