FR3054893A1 - FILTERING DEVICE FOR DETECTING, IN AN OPTICAL SIGNAL, AT LEAST ONE WAVELENGTH EMITTED BY A LASER AND A BAND OF INFRARED WAVE LENGTHS - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de filtrage destiné à détecter, dans un signal optique, au moins une longueur d'onde (λL) émise par un laser (L) et une bande ([λ3,λ4]) de longueurs d'ondes infrarouges supérieures à la longueur d'onde (λL) émise par le laser (L), le dispositif de filtrage comprenant : un cryostat (10), un premier filtre optique (4) agencé à l'extérieur du cryostat (10), et un deuxième filtre optique (8) agencé à l'intérieur du cryostat (10) en aval du premier filtre optique (4), dans lequel le premier filtre optique (4) est configuré pour : laisser passer le signal optique à la longueur d'onde (λL) émise par le laser, atténuer le signal optique au voisinage de la longueur d'onde (λL) émise par le laser, laisser passer le signal optique dans la bande de longueurs d'onde infrarouges ([λ3,λ4]), et dans lequel le deuxième filtre optique (8) est configuré pour : laisser passer le signal optique préalablement filtré par le premier filtre optique à la longueur d'onde (λL) émise par le laser, laisser passer le signal optique préalablement filtré par le premier filtre optique dans la bande de longueurs d'onde infrarouges ([λ3,λ4]), et atténuer le signal optique préalablement filtré par le premier filtre optique (4) à des longueurs d'ondes supérieures à la deuxième bande ([λ3,λ4]).The present invention relates to a filtering device for detecting, in an optical signal, at least one wavelength (λL) emitted by a laser (L) and a band ([λ3, λ4]) of infrared wavelengths. greater than the wavelength (λL) emitted by the laser (L), the filtering device comprising: a cryostat (10), a first optical filter (4) arranged outside the cryostat (10), and a second optical filter (8) arranged inside the cryostat (10) downstream of the first optical filter (4), wherein the first optical filter (4) is configured to: pass the optical signal at the wavelength (λL) emitted by the laser, attenuate the optical signal in the vicinity of the wavelength (λL) emitted by the laser, let the optical signal pass in the infrared wavelength band ([λ3, λ4]), and wherein the second optical filter (8) is configured to: pass the optical signal previously filtered by the first optical filter at the wavelength (λL) emitted by the laser, passing the optical signal previously filtered by the first optical filter in the infrared wavelength band ([λ3, λ4]), and attenuating the optical signal previously filtered by the first optical filter (4) at wavelengths greater than the second band ([λ3, λ4]).
Description
DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne un dispositif de filtrage d’un signal optique, trouvant avantageusement application pour le suivi de cibles de nuit et de jour.The present invention relates to a device for filtering an optical signal, advantageously finding application for tracking night and day targets.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
De nuit comme de jour, un corps à température ambiante émet spontanément des radiations dans le domaine infrarouge. Pour détecter de telles radiations, un dispositif d’imagerie thermique connu comprend un filtre optique adapté pour laisser passer sélectivement, dans un signal optique reçu par le dispositif d’imagerie thermique, une bande de longueurs d’ondes dans le domaine infrarouge. Le filtre comprend un empilement de couches minces d’indice optique et d’épaisseur bien choisis pour assurer cette fonction de filtrage dans la bande désirée.Night and day, a body at room temperature spontaneously emits radiation in the infrared range. To detect such radiation, a known thermal imaging device comprises an optical filter adapted to selectively pass, in an optical signal received by the thermal imaging device, a band of wavelengths in the infrared range. The filter comprises a stack of thin layers of optical index and thickness which are well chosen to perform this filtering function in the desired band.
Or, le filtre optique constitue lui-même un corps susceptible d’émettre des rayonnements infrarouges. Aussi, pour éviter que ces rayonnements ne bruitent le signal optique utile reçu de l’extérieur, le dispositif d’imagerie thermique comprend en outre un cryostat à l’intérieur duquel le filtre optique est agencé. Le cryostat comprend un détecteur et une enceinte adaptée pour maintenir le filtre optique utilisé à une température basse ; les rayonnements infrarouges émis par le filtre optique lui-même sont très fortement atténués dans un tel environnement à basse température.However, the optical filter itself constitutes a body capable of emitting infrared radiation. Also, to prevent this radiation from disturbing the useful optical signal received from the outside, the thermal imaging device also comprises a cryostat inside which the optical filter is arranged. The cryostat comprises a detector and an enclosure adapted to maintain the optical filter used at a low temperature; the infrared radiation emitted by the optical filter itself is very strongly attenuated in such an environment at low temperature.
Dans le contexte particulier de suivi d’une cible dans l’obscurité (par exemple de nuit), il est connu d’utiliser de façon combinée un désignateur laser et un dispositif d’imagerie thermique. Cette configuration fonctionne aussi de jour.In the particular context of tracking a target in the dark (for example at night), it is known to use a laser designator and a thermal imaging device in combination. This configuration also works during the day.
Le désignateur laser sert à éclairer de façon très localisée la cible à suivre. Le laser produit un signal optique à une longueur d’onde comprise dans le domaine visible ou dans le domaine proche infrarouge (donc inférieure aux longueurs d’ondes infrarouges permettant d’observer la cible de nuit) ; ce signal laser est projeté sur une surface de la cible sous la forme d’une tache de dimension très réduite. Le dispositif d’imagerie thermique acquiert des images comprenant cette tâche et le rayonnement infrarouge provenant de la cible. Dans une telle application de suivi de cible, il convient donc de capter un signal optique qui comprenne à la fois la longueur d’onde du laser ainsi que les longueurs d’ondes infrarouges.The laser designator is used to provide very localized illumination of the target to be tracked. The laser produces an optical signal at a wavelength in the visible range or in the near infrared range (therefore less than the infrared wavelengths making it possible to observe the target at night); this laser signal is projected onto a surface of the target in the form of a very small spot. The thermal imaging device acquires images including this task and the infrared radiation from the target. In such a target tracking application, it is therefore necessary to receive an optical signal which includes both the wavelength of the laser as well as the infrared wavelengths.
Dans ce but, il pourrait être envisagé de mettre en œuvre un filtre qui sélectionnerait, dans un signal optique reçu, une bande unique de longueurs d’ondes qui comprendrait toutes ces longueurs d’ondes.For this purpose, it could be envisaged to implement a filter which would select, in a received optical signal, a single band of wavelengths which would include all these wavelengths.
Toutefois, une telle solution ne permettrait pas à la caméra de fonctionner correctement de jour. En effet, de jour, s’ajoutent aux rayonnements spontanément émis par la cible des rayonnements solaires réfléchis par cette cible. Ces rayonnements constituent un bruit très important dans lequel le signal laser se trouve noyé.However, such a solution would not allow the camera to function properly during the day. In fact, during the day, solar radiation reflected by this target is added to the radiation spontaneously emitted by the target. These radiations constitute a very important noise in which the laser signal is embedded.
Une première solution à ce problème serait d’utiliser deux dispositifs d’imagerie thermique différents : l’un adapté à un usage de jour, et l’autre adapté à un usage de nuit. Cette solution est toutefois peu pratique et coûteuse.A first solution to this problem would be to use two different thermal imaging devices: one suitable for daytime use, and the other suitable for nighttime use. This solution is however impractical and costly.
Aussi une deuxième solution à ce problème pourrait consister à placer dans un cryostat un filtre dont la courbe de transmission serait proche de la courbe idéale représentée en figure 1. Ce filtre serait configuré pour :A second solution to this problem could also consist in placing a filter in a cryostat whose transmission curve would be close to the ideal curve shown in Figure 1. This filter would be configured to:
• laisser passer le signal optique reçu dans une première bande de longueurs d’ondes comprenant la longueur d’onde d’émission du laser, la plus étroite possible de sorte à éliminer au mieux les réflexions solaires susmentionnées dans le signal optique (à gauche de la courbe représentée en figure 1), • laisser passer le signal optique en des longueurs d’onde comprises dans une deuxième bande dans le domaine infrarouge (à droite de la figure 1), • atténuer le signal optique en toute autre longueur d’onde.• allow the received optical signal to pass through a first wavelength band comprising the emission wavelength of the laser, as narrow as possible so as to eliminate as much as possible the solar reflections mentioned above in the optical signal (to the left of the curve shown in Figure 1), • allow the optical signal to pass in wavelengths included in a second band in the infrared range (to the right of Figure 1), • attenuate the optical signal in any other wavelength .
En d’autres termes, le filtre comprendrait deux bandes passantes distinctes : la première bande et la deuxième bande.In other words, the filter would have two separate bandwidths: the first band and the second band.
Pour obtenir une première bande très étroite, le filtre nécessiterait un grand nombre de couches minces pour rétrécir cette première bande.To obtain a very narrow first band, the filter would require a large number of thin layers to shrink this first band.
Or, les multiples chutes de température auxquelles ce filtre serait soumis en raison de son agencement dans le cryostat dégraderaient au cours du temps un empilement de couches minces aussi complexe, et donc ses performances de filtrage.However, the multiple drops in temperature to which this filter would be subjected due to its arrangement in the cryostat would degrade over time a stack of thin layers as complex, and therefore its filtering performance.
EXPOSE DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
Un but de l’invention est de proposer un dispositif de filtrage robuste qui permette la détection et le suivi d’une cible illuminée par laser de nuit comme de jour.An object of the invention is to provide a robust filtering device which allows the detection and monitoring of a laser-illuminated target night and day.
Il est proposé à cet effet un dispositif de filtrage destiné à détecter, dans un signal optique, au moins une longueur d’onde émise par un laser et une bande de longueurs d’ondes infrarouges supérieures à la longueur d’onde émise par le laser, le dispositif de filtrage comprenant :A filtering device is proposed for this purpose intended to detect, in an optical signal, at least one wavelength emitted by a laser and a band of infrared wavelengths greater than the wavelength emitted by the laser. , the filtering device comprising:
• un cryostat, • un premier filtre optique agencé à l’extérieur du cryostat, et un deuxième filtre optique agencé à l’intérieur du cryostat en aval du premier filtre optique, • dans lequel le premier filtre optique est configuré pour :• a cryostat, • a first optical filter arranged outside the cryostat, and a second optical filter arranged inside the cryostat downstream from the first optical filter, • in which the first optical filter is configured to:
o laisser passer le signal optique à la longueur d’onde émise par le laser, o atténuer le signal optique au voisinage de la longueur d’onde émise par le laser, o laisser passer le signal optique dans la bande de longueurs d’onde infrarouges, et • dans lequel le deuxième filtre optique est configuré pour :o let the optical signal pass at the wavelength emitted by the laser, o attenuate the optical signal near the wavelength emitted by the laser, o let the optical signal pass in the infrared wavelength band , and • in which the second optical filter is configured to:
o laisser passer le signal optique préalablement filtré par le premier filtre optique à la longueur d’onde émise par le laser, o laisser passer le signal optique préalablement filtré par le premier filtre optique dans la bande de longueurs d’onde infrarouges, et o atténuer le signal optique préalablement filtré par le premier filtre optique à des longueurs d’ondes supérieures à la deuxième bande.o allow the optical signal previously filtered by the first optical filter to pass at the wavelength emitted by the laser, o allow the optical signal previously filtered by the first optical filter to pass through the infrared wavelength band, and o attenuate the optical signal previously filtered by the first optical filter at wavelengths greater than the second band.
La combinaison des deux filtres optiques permet de retenir dans le signal optique les longueurs d’ondes d’intérêt pour suivre une cible illuminée par laser : la longueur d’onde émise par le laser et celles comprises dans la bande infrarouge.The combination of the two optical filters makes it possible to retain in the optical signal the wavelengths of interest for tracking a laser-illuminated target: the wavelength emitted by the laser and those included in the infrared band.
Le premier filtre optique présente une courbe de transmission relativement complexe. Toutefois, comme ce premier filtre est laissé à l’extérieur du cryostat, ses performances de filtrage ne risquent pas d’être détériorées par des chutes de température successives.The first optical filter has a relatively complex transmission curve. However, as this first filter is left outside the cryostat, its filtering performance is not likely to be deteriorated by successive drops in temperature.
Le deuxième filtre présente une courbe de transmission plus simple, ce qui lui permet d’être résistant aux multiples chutes de température auquel il est soumis du fait de son agencement à l’intérieur du cryostat.The second filter has a simpler transmission curve, which allows it to be resistant to the multiple temperature drops to which it is subjected due to its arrangement inside the cryostat.
Le premier filtre génère un rayonnement propre dans le domaine infrarouge, du fait de son agencement à l’extérieur du cryostat. Ce rayonnement propre induit un bruit photonique présent dans le signal optique filtré par le premier filtre optique.The first filter generates its own radiation in the infrared range, due to its arrangement outside the cryostat. This natural radiation induces photonic noise present in the optical signal filtered by the first optical filter.
L’agencement de ce premier filtre optique à l’extérieur du cryostat va à l’encontre de l’opinion générale dans le domaine, considérant un tel rayonnement propre comme à éviter.The arrangement of this first optical filter outside the cryostat goes against general opinion in the field, considering such clean radiation as to be avoided.
Or, les inventeurs se sont aperçus que ce rayonnement demeure négligeable, et que le signal optique obtenu en sortie du deuxième filtre optique, agencé en aval du premier filtre optique à l’intérieur du cryostat, fournit un signal optique de sortie qui demeure peu bruité.However, the inventors have realized that this radiation remains negligible, and that the optical signal obtained at the output of the second optical filter, arranged downstream of the first optical filter inside the cryostat, provides an optical output signal which remains slightly noisy. .
En définitive, le dispositif de filtrage ainsi proposé peut être utilisé de jour comme de nuit sans que ses performances de filtrage ne soient dégradées.Ultimately, the filtering device thus proposed can be used day and night without its filtering performance being degraded.
Le dispositif selon l’invention peut être complété à l’aide des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison lorsque cela est techniquement possible.The device according to the invention can be completed using the following optional features, taken alone or in combination when technically possible.
Le dispositif comprend un troisième filtre optique mobile entre :The device includes a third mobile optical filter between:
• une position de filtrage, dans laquelle le troisième filtre optique atténue le signal optique à des longueurs d’ondes inférieures à la deuxième bande, • une position escamotée, dans laquelle le troisième filtre optique laisse passer le signal optique.• a filtering position, in which the third optical filter attenuates the optical signal at wavelengths shorter than the second band, • a retracted position, in which the third optical filter allows the optical signal to pass.
La longueur d’onde émise par le laser est dans le domaine visible et/ou inférieure à 1,7 micromètre, par exemple égale à 1,064 micromètre.The wavelength emitted by the laser is in the visible range and / or less than 1.7 micrometer, for example equal to 1.064 micrometer.
Le premier filtre optique est configuré pour :The first optical filter is configured to:
• laisser passer le signal optique dans une bande comprenant la longueur d’onde émise par le laser et présentant une largeur de bande inférieure à 30 nanomètres, et • atténuer le signal optique au voisinage de ladite bande comprenant la longueur d’onde émise par le laser.• allow the optical signal to pass through a band comprising the wavelength emitted by the laser and having a bandwidth of less than 30 nanometers, and • attenuate the optical signal in the vicinity of said band comprising the wavelength emitted by the laser.
La bande de longueurs d’ondes infrarouges a une borne inférieure de valeur supérieure ou égale à 3 micromètres.The infrared wavelength band has a lower bound of greater than or equal to 3 micrometers.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose également un dispositif d’imagerie thermique comprenant un dispositif de filtrage conforme à ce qui précède pour filtrer un signal optique reçu par le dispositif d’imagerie thermique.According to a second aspect, the invention also provides a thermal imaging device comprising a filtering device in accordance with the above for filtering an optical signal received by the thermal imaging device.
Ce dispositif d’imagerie thermique peut comprendre :This thermal imaging device can include:
• une entrée pour faire pénétrer le signal optique dans le dispositif d’imagerie thermique, • un système optique configuré pour rediriger le signal optique entré dans le dispositif d’imagerie thermique vers le deuxième filtre optique, le premier filtre optique étant agencé en amont du système optique.• an input for penetrating the optical signal into the thermal imaging device, • an optical system configured to redirect the optical signal entered into the thermal imaging device towards the second optical filter, the first optical filter being arranged upstream of the optical system.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un procédé de filtrage optique pour détecter au moins une longueur d’onde émise par un laser et une bande de longueurs d’ondes infrarouges supérieures à la longueur d’onde émise par le laser, le procédé étant comprenant des étapes de:According to a third aspect of the invention, an optical filtering method is proposed for detecting at least one wavelength emitted by a laser and a band of infrared wavelengths greater than the wavelength emitted by the laser. , the method being comprising steps of:
• premier filtrage appliqué à un signal optique d’entrée et mis en œuvre à l’extérieur d’un cryostat de sorte à produire un signal optique filtré, le premier filtrage étant configuré pour :• first filtering applied to an optical input signal and implemented outside a cryostat so as to produce a filtered optical signal, the first filtering being configured for:
o laisser passer le signal optique d’entrée à la longueur d’onde émise par le laser, o atténuer le signal optique d’entrée au voisinage de la longueur d’onde émise par le laser, o laisser passer le signal optique d’entrée dans la bande de longueurs d’onde infrarouges, • deuxième filtrage appliqué au signal optique filtré et mis en œuvre à l’intérieur du cryostat, le deuxième filtrage étant configuré pour :o allow the input optical signal to pass at the wavelength emitted by the laser, o attenuate the input optical signal in the vicinity of the wavelength emitted by the laser, o allow the input optical signal to pass in the infrared wavelength band, • second filtering applied to the filtered optical signal and implemented inside the cryostat, the second filtering being configured to:
o laisser passer le signal optique filtré à la longueur d’onde émise par le laser, o laisser passer le signal optique filtré dans la bande de longueurs d’onde infrarouges, et o atténuer le signal optique filtré à des longueurs d’ondes supérieures à la bande de longueurs d’ondes infrarouges.o pass the filtered optical signal at the wavelength emitted by the laser, o allow the filtered optical signal to pass through the infrared wavelength band, and o attenuate the filtered optical signal at wavelengths greater than the infrared wavelength band.
Le premier filtrage peut être conduit à une température comprise entre 240 et 350 degrés Kelvin.The first filtering can be carried out at a temperature between 240 and 350 Kelvin degrees.
Le deuxième filtrage peut être conduit à une température inférieure à 150 degrés Kelvin.The second filtering can be carried out at a temperature below 150 degrees Kelvin.
Le procédé peut par ailleurs comprendre la mise en œuvre d’un filtre optique mobile entre :The method can also include the implementation of a mobile optical filter between:
• une position de filtrage, dans laquelle le filtre optique atténue des longueurs d’ondes du signal optique d’entrée ou du premier signal optique filtré ou du signal optique résultant du deuxième filtrage qui sont inférieures à la deuxième bande, • une position escamotée, dans laquelle le filtre optique ne filtre pas ledit signal optique.A filtering position, in which the optical filter attenuates wavelengths of the input optical signal or of the first filtered optical signal or of the optical signal resulting from the second filtering which are less than the second band, • a retracted position, wherein the optical filter does not filter said optical signal.
Le procédé peut également comprendre des étapes de :The method can also include steps of:
• émission par un laser d’un signal laser dans au moins une longueur d’onde de sorte à illuminer la cible, • mise en œuvre du procédé de filtrage appliqué à un signal optique émanant de la cible illuminée par le laser, dans lequel la première bande comprend au moins une longueur d’onde émise par le laser.• emission by a laser of a laser signal in at least one wavelength so as to illuminate the target, • implementation of the filtering process applied to an optical signal emanating from the target illuminated by the laser, in which the first band comprises at least one wavelength emitted by the laser.
Le procédé peut également comprendre des étapes de :The method can also include steps of:
• avant l’émission du signal laser, première mise en œuvre du procédé de filtrage selon la revendication 12 au cours de laquelle le filtre optique mobile est positionné dans la position de filtrage, • pendant que la cible est illuminée par le signal laser, deuxième mise en œuvre du procédé de filtrage au cours de laquelle le filtre optique mobile est positionné dans la position escamotée.• before the emission of the laser signal, first implementation of the filtering method according to claim 12 during which the mobile optical filter is positioned in the filtering position, • while the target is illuminated by the laser signal, second implementation of the filtering process during which the mobile optical filter is positioned in the retracted position.
DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF THE FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés suivants :Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and which should be read with reference to the following appended drawings:
• La figure 1, déjà discutée, représente une courbe de transmission d’un filtre optique théorique convenant pour le suivi d’une cible illuminée par laser.• Figure 1, already discussed, represents a transmission curve of a theoretical optical filter suitable for tracking a laser-illuminated target.
• La figure 2 est une vue schématique d’un dispositif d’imagerie thermique selon un mode de réalisation de l’invention.• Figure 2 is a schematic view of a thermal imaging device according to an embodiment of the invention.
• La figure 3 représente la courbe de transmission d’un premier filtre optique du dispositif de la figure 2, selon un mode de réalisation de l’invention.• Figure 3 shows the transmission curve of a first optical filter of the device of Figure 2, according to an embodiment of the invention.
• La figure 4 représente la courbe de transmission d’un deuxième filtre optique du dispositif de la figure 2, selon un mode de réalisation de l’invention.• Figure 4 shows the transmission curve of a second optical filter of the device of Figure 2, according to an embodiment of the invention.
• La figure 5 est une courbe représentant l’intégrale normalisée du bruit photonique émis par un corps noir à 300 Kelvins.• Figure 5 is a curve representing the normalized integral of the photonic noise emitted by a black body at 300 Kelvins.
• La figure 6 représente deux courbes de transmission superposées de deux filtres optiques selon un mode de réalisation de l’invention.• Figure 6 shows two superimposed transmission curves of two optical filters according to an embodiment of the invention.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.In all of the figures, similar elements bear identical references.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION
Dispositif d’imagerie thermiqueThermal imaging device
En référence à la figure 2, un dispositif d’imagerie thermique 1 comprend une entrée optique 2, un premier filtre optique 4, un système optique 6, un deuxième filtre optique 8, un cryostat 10 et un détecteur 12.Referring to Figure 2, a thermal imaging device 1 includes an optical input 2, a first optical filter 4, an optical system 6, a second optical filter 8, a cryostat 10 and a detector 12.
L’entrée optique 2 est prévue pour faire pénétrer à l’intérieur du dispositif 1 un signal optique émis par une cible T.The optical input 2 is provided to make an optical signal emitted by a target T penetrate inside the device 1.
Le premier filtre optique 4 est agencé en aval de l’entrée optique 2.The first optical filter 4 is arranged downstream of the optical input 2.
Le système optique 6 est agencé en aval du premier filtre optique 4. Le système optique est adapté pour rediriger un signal optique via l’entrée optique 2 vers le deuxième filtre optique 8. Ce système optique 6 comprend conventionnellement une pluralité d’éléments optiques tels que des lentilles.The optical system 6 is arranged downstream of the first optical filter 4. The optical system is adapted to redirect an optical signal via the optical input 2 to the second optical filter 8. This optical system 6 conventionally comprises a plurality of optical elements such only lenses.
De façon connue en elle-même, le cryostat 10 comprend une enceinte 14 et des moyens de refroidissement 15 de l’enceinte 14 à une température très basse. Le cryostat 10 comprend par ailleurs un hublot 16 adapté pour faire entrer dans l’enceinte 14 du cryostat 10 un signal optique en provenance du système optique 6.In a manner known in itself, the cryostat 10 comprises an enclosure 14 and means 15 for cooling the enclosure 14 to a very low temperature. The cryostat 10 also comprises a porthole 16 suitable for bringing into the enclosure 14 of the cryostat 10 an optical signal coming from the optical system 6.
Le deuxième filtre optique 8 est agencé à l’intérieur de l’enceinte 14 du cryostat 10, en regard du hublot 16, tandis que le premier filtre optique 4 est agencé dans le dispositif 1 à l’extérieur du cryostat 10.The second optical filter 8 is arranged inside the enclosure 14 of the cryostat 10, facing the window 16, while the first optical filter 4 is arranged in the device 1 outside the cryostat 10.
Le détecteur 12 du dispositif d’imagerie thermique 1 est également agencé dans l’enceinte 14 du cryostat 10, en aval du deuxième filtre optique 8 et en regard de celui-ci. Le détecteur 12 est configuré pour convertir le signal optique en sortie du deuxième filtre optique 2 en un signal électrique.The detector 12 of the thermal imaging device 1 is also arranged in the enclosure 14 of the cryostat 10, downstream of the second optical filter 8 and facing the latter. The detector 12 is configured to convert the optical signal at the output of the second optical filter 2 into an electrical signal.
Le détecteur 12 est, par exemple, réalisé en antimoniure d'indium (InSb), qui est un composé semi-conducteur lll-V constitué d'antimoine et d'indium. Un détecteur réalisé dans un tel matériau est sensible aux longueurs d'ondes comprises entre 1 et 5 micromètres.The detector 12 is, for example, made of indium antimonide (InSb), which is a III-V semiconductor compound consisting of antimony and indium. A detector made of such a material is sensitive to wavelengths between 1 and 5 micrometers.
Le deuxième filtre optique 8 constitue un élément indépendant du détecteur 12. Alternativement, le deuxième filtre optique 8 fait partie du détecteur 12.The second optical filter 8 constitutes an element independent of the detector 12. Alternatively, the second optical filter 8 is part of the detector 12.
Le dispositif d’imagerie thermique 1 comprend par ailleurs un troisième filtre optique 18 qui peut être agencé à un emplacement quelconque du chemin optique s’étendant entre l’entrée 2 et le détecteur 12, à l’intérieur du cryostat ou non. Le troisième filtre optique est par exemple en amont du premier filtre optique 4, ou bien en aval du premier filtre optique 4 et en amont du deuxième filtre optique 8 (comme représenté sur la figure 1), ou bien en aval du deuxième filtre optique 8. De préférence, le troisième filtre optique 18 est agencé à l’extérieur du cryostat 10, de manière à pouvoir réduire les dimensions de l’enceinte 14 du cryostat 10 et donc limiter le coût de fabrication du dispositif d’imagerie thermique 1.The thermal imaging device 1 also comprises a third optical filter 18 which can be arranged at any location on the optical path extending between the input 2 and the detector 12, inside the cryostat or not. The third optical filter is for example upstream of the first optical filter 4, or downstream of the first optical filter 4 and upstream of the second optical filter 8 (as shown in FIG. 1), or else downstream of the second optical filter 8 Preferably, the third optical filter 18 is arranged outside the cryostat 10, so as to be able to reduce the dimensions of the enclosure 14 of the cryostat 10 and therefore limit the manufacturing cost of the thermal imaging device 1.
Le dispositif d’imagerie thermique 1 comprend en outre une unité de traitements d’images 19 appliqués au signal électrique fourni par le détecteur 12, de sorte à produire des données image affichables sur un écran d’affichage (non illustré sur les figures). Une telle unité de traitements 19 est connue de l’état de la technique. Le dispositif d’imagerie thermique 1 est par exemple une caméra infrarouge.The thermal imaging device 1 also comprises an image processing unit 19 applied to the electrical signal supplied by the detector 12, so as to produce image data which can be displayed on a display screen (not illustrated in the figures). Such a processing unit 19 is known from the state of the art. The thermal imaging device 1 is for example an infrared camera.
Chacun des filtres optiques 4, 8 et 18 comprend, de façon conventionnelle, un empilement de couches minces superposées. Les courbes de transmission respectives de ces différents filtres dépendent du nombre de couches minces qu’ils comprennent, des matériaux utilisés pour constituer ces couches minces, ainsi que de leurs épaisseurs.Each of the optical filters 4, 8 and 18 conventionally comprises a stack of superimposed thin layers. The respective transmission curves of these different filters depend on the number of thin layers they comprise, the materials used to form these thin layers, as well as their thicknesses.
Par convention, dans le présent document, on considère qu’un filtre optique atténue un signal en une longueur d’onde lorsque ce filtre divise au moins par deux la puissance du signal qu’il reçoit en cette longueur d’onde. Par opposition, on considère qu’un filtre laisse passer un signal optique en une longueur d’onde si ce filtre n’atténue pas ce signal optique en cette longueur d’onde conformément à la définition qui précède. Enfin, on considère qu’une bande passante d’un filtre optique est un intervalle continu de longueurs d’ondes conservées par ce filtre optique.By convention, in this document, it is considered that an optical filter attenuates a signal by a wavelength when this filter divides at least by two the power of the signal which it receives in this wavelength. In contrast, a filter is considered to pass an optical signal in one wavelength if this filter does not attenuate this optical signal in this wavelength according to the above definition. Finally, we consider that a bandwidth of an optical filter is a continuous interval of wavelengths retained by this optical filter.
Est également représenté en figure 2 un désignateur laser L agencé pour illuminer une cible T. En pratique, le désignateur laser L et le dispositif 1 peuvent être alignés, dans le sens où leurs axes optiques respectifs sont positionnés parallèlement. Le laser L peut par exemple être intégré au dispositif d’imagerie thermique 1. En variante, le désignateur laser est totalement indépendant du dispositif 1.Also shown in FIG. 2 is a laser designator L arranged to illuminate a target T. In practice, the laser designator L and the device 1 can be aligned, in the sense that their respective optical axes are positioned in parallel. The laser L can for example be integrated into the thermal imaging device 1. As a variant, the laser designator is completely independent of the device 1.
On a illustré en figure 3 la courbe de transmission en longueur d’onde du premier filtre optique 4 selon un mode de réalisation.FIG. 3 illustrates the wavelength transmission curve of the first optical filter 4 according to one embodiment.
Le premier filtre optique 4 du dispositif de filtrage est configuré pour laisser passer un signal optique incident dans une première bande de longueur d’ondes [λ1;λ2] comprenant au moins une longueur d’onde ÀL émise par le laser L.The first optical filter 4 of the filtering device is configured to allow an incident optical signal to pass through a first band of wavelength [λ 1; λ 2 ] comprising at least one wavelength λ L emitted by the laser L.
Le premier filtre optique 4 est par ailleurs configuré pour atténuer un signal optique incident au voisinage de la première bande, c’est-à-dire situé de part et d’autre de la première bande [λ1;λ2]. En d’autres termes, le voisinage où une telle atténuation est mise en œuvre comprend deux bandes [Àx - et [λ2,λ2 + AA2].The first optical filter 4 is also configured to attenuate an incident optical signal in the vicinity of the first band, that is to say located on either side of the first band [λ 1; λ 2 ]. In other words, the neighborhood where such attenuation is implemented comprises two bands [À x - and [λ 2 , λ 2 + AA 2 ].
La largeur de la première bande [AX,A2] est de préférence inférieure à 30 nanomètres, plus préférentiellement à 20 nanomètre, encore plus préférentiellement inférieure à 10 nanomètres. Une telle étroitesse de bande permet au premier filtre optique 4 d’éliminer une grande proportion de réflexions solaires dans un signal optique incident.The width of the first strip [A X , A 2 ] is preferably less than 30 nanometers, more preferably 20 nanometers, even more preferably less than 10 nanometers. Such a narrow band allows the first optical filter 4 to eliminate a large proportion of solar reflections in an incident optical signal.
Par exemple, la première bande comprend la longueur d’onde AL = 1,064 pm. Cette longueur d’onde est émise par un laser YAG dopé au néodyme (noté conventionnellement Nd:YAG) ; le choix d’une telle première bande permet donc de détecter le signal d’illumination d’une cible émis par un tel laser.For example, the first band comprises the wavelength A L = 1.064 µm. This wavelength is emitted by a YAG laser doped with neodymium (conventionally noted Nd: YAG); the choice of such a first band therefore makes it possible to detect the target illumination signal emitted by such a laser.
Par ailleurs, le premier filtre optique 4 est configuré pour laisser passer un signal optique incident dans une deuxième bande de longueurs d’onde [λ3,λ4] dans le domaine infrarouge.Furthermore, the first optical filter 4 is configured to let an incident optical signal pass through a second band of wavelengths [λ 3 , λ 4 ] in the infrared range.
Les longueurs d’onde de la deuxième bande sont strictement supérieures à celles de la première bande [λχ, λ2]. Ainsi, la première bande et la deuxième bande sont séparées l’une de l’autre par un intervalle [λ2,λ3] non nul.The wavelengths of the second band are strictly greater than those of the first band [λ χ , λ 2 ]. Thus, the first band and the second band are separated from each other by a non-zero interval [λ 2 , λ 3 ].
La deuxième bande [λ3,λ4] est comprise dans l’intervalle s’étendant de 3 pm à 15 pm, intervalle qui comprend les infrarouges moyens (Medium Wavelength Infrared, ou MWIR) et lointains (Long Wavelength Infrared, ou LWIR). Cet intervalle est particulièrement adapté au suivi et la surveillance de cibles.The second band [λ 3 , λ 4 ] is included in the interval extending from 3 pm to 15 pm, interval which includes medium (Medium Wavelength Infrared, or MWIR) and distant (Long Wavelength Infrared, or LWIR) . This interval is particularly suitable for tracking and monitoring targets.
Dans la suite, on prend l’exemple d’un mode de réalisation non limitatif dans lequel λ3 = 3 pm et λ4 = 5 pm (bande MWIR).In the following, we take the example of a nonlimiting embodiment in which λ 3 = 3 pm and λ 4 = 5 pm (MWIR band).
Le traitement appliqué par le premier filtre optique 4 aux longueurs d’ondes d’un signal optique incident qui sont supérieures à la deuxième bande ([λ3,λ4]) est quelconque.The processing applied by the first optical filter 4 to the wavelengths of an incident optical signal which are greater than the second band ([λ 3 , λ 4 ]) is arbitrary.
En définitive, le gain du premier filtre optique 4 :Ultimately, the gain of the first optical filter 4:
• est nul ou quasi nul pour toute longueur d’onde qui est inférieure à jusqu’à atteindre des bandes spectrales où des matériaux optiques spécifiques absorbent la lumière (sous 0,85 pm par exemple) ;• is zero or almost zero for any wavelength which is less than until it reaches spectral bands where specific optical materials absorb light (under 0.85 pm for example);
• prend une valeur non nulle dans la première bande [χ,Τ], cette valeur étant de préférence supérieure à 80% ;• takes a non-zero value in the first band [χ, Τ], this value preferably being greater than 80%;
• est nul ou quasi nul au voisinage supérieur de la première bande [Âi,Â2], constituant une portion inférieure de l’intervalle [A2^3], • est quelconque dans la portion supérieure de cet intervalle [Â2,Â3] (représentée en pointillés sur la figure 2) ; dans cette partie supérieure, l’atmosphère coupe le rayonnement solaire ;• is zero or almost zero in the upper vicinity of the first band [Âi, Â 2 ], constituting a lower portion of the interval [A 2 ^ 3 ], • is arbitrary in the upper portion of this interval [Â 2 , Â 3 ] (shown in dotted lines in FIG. 2); in this upper part, the atmosphere cuts the solar radiation;
• prend une valeur non nulle dans la deuxième bande [Â3,Â4], par exemple de valeur constante égale à la valeur à la valeur du gain dans la première bande [Âi,Â2], cette valeur étant de préférence supérieure à 80%;• takes a non-zero value in the second band [Â 3 , Â 4 ], for example of constant value equal to the value of the gain value in the first band [Âi, Â 2 ], this value preferably being greater than 80%;
• est quelconque pour les longueurs d’ondes supérieures à la deuxième bande [Â3,Â4]. Le premier filtre optique 4 est par conséquent un filtre multi-bandes, et plus précisément à deux bandes passantes : [λ1;λ2] et [λ3,λ4].• is arbitrary for wavelengths greater than the second band [Â 3 , Â 4 ]. The first optical filter 4 is therefore a multi-band filter, and more precisely with two pass bands: [λ 1; λ 2 ] and [λ 3 , λ 4 ].
Le premier filtre optique 4 peut être réalisé à partir d’au moins un filtre dichroïque et/ou à partir d’un filtre optique constitué d’un matériau de la gamme « IRG » de la marque SCHOTT (qui absorbe le rayonnement sous 800 nm).The first optical filter 4 can be produced from at least one dichroic filter and / or from an optical filter made of a material from the “IRG” range of the SCHOTT brand (which absorbs radiation at 800 nm ).
Le premier filtre optique 4 est à la même température que celle du système optique 6. Le premier filtre optique 4 ne risque donc pas de subir des dégradations causées par un quelconque maintien à basse température dans le but d’éliminer son rayonnement infrarouge. II sera vu dans la suite que le positionnement du premier filtre optique 4 à l’extérieur de tout cryostat 10, combiné au deuxième filtre optique 8, est parfaitement adapté pour un suivi de cible T nocturne et diurne.The first optical filter 4 is at the same temperature as that of the optical system 6. The first optical filter 4 therefore does not risk being subjected to degradations caused by any maintenance at low temperature in order to eliminate its infrared radiation. It will be seen below that the positioning of the first optical filter 4 outside any cryostat 10, combined with the second optical filter 8, is perfectly suited for tracking night and daytime targets T.
ίοίο
Le fait de placer le premier filtre optique 4 en amont du système optique 6 permet au premier filtre optique 4 de réaliser des atténuations importantes du signal optique au voisinage de la première bande [y,λ2]. En effet, c’est en amont du système optique 6 que les faisceaux qui composent le signal optique sont d’incidence faible.Placing the first optical filter 4 upstream of the optical system 6 allows the first optical filter 4 to achieve significant attenuations of the optical signal in the vicinity of the first band [y, λ 2 ]. Indeed, it is upstream of the optical system 6 that the beams which make up the optical signal are of low incidence.
Le deuxième filtre optique 8 a une courbe de transmission conforme à la figure 4.The second optical filter 8 has a transmission curve in accordance with FIG. 4.
Le deuxième filtre optique 8 est configuré pour atténuer les longueurs d’ondes d’un signal optique incident qui sont supérieures à la deuxième bande [λ3,λ4].The second optical filter 8 is configured to attenuate the wavelengths of an incident optical signal which are greater than the second band [λ 3 , λ 4 ].
Le deuxième filtre optique 8 est plus précisément configuré pour atténuer dans un signal optique incident toute longueur d’onde hors d’une bande de longueurs d’ondes comprenant au moins la première bande [λ1;λ2] et la deuxième bande [λ3,λ4].The second optical filter 8 is more precisely configured to attenuate in an incident optical signal any wavelength outside of a band of wavelengths comprising at least the first band [λ 1; λ 2 ] and the second band [λ 3 , λ 4 ].
Le gain du deuxième filtre optique 8 peut être quelconque dans la bande intermédiaire [λ2,λ3] (ce caractère quelconque étant illustré sur la figure 4 par le fait que la courbe est en pointillés dans cet intervalle).The gain of the second optical filter 8 can be arbitrary in the intermediate band [λ 2 , λ 3 ] (this arbitrary character being illustrated in FIG. 4 by the fact that the curve is dotted in this interval).
Le deuxième filtre optique 8 peut se limiter à être un simple filtre mono-bande ayant comme bande passante [λ1;λ4], avec par exemple λ4 = 1 pm et λ4 = 5 pm. Un tel filtre est particulièrement simple à fabriquer.The second optical filter 8 can be limited to being a simple mono-band filter having as pass band [λ 1; λ 4 ], with for example λ 4 = 1 pm and λ 4 = 5 pm. Such a filter is particularly simple to manufacture.
Ainsi, le deuxième filtre optique 8 peut comprendre des couches minces empilées en nombre réduit, qui résistent sur une durée longue à un grand nombre de mise en froid.Thus, the second optical filter 8 can comprise thin layers stacked in a reduced number, which resist over a long period of time to a large number of cooling.
Par ailleurs, le troisième filtre optique 18 est mobile entre une position de filtrage et une position escamotée.Furthermore, the third optical filter 18 is movable between a filtering position and a retracted position.
Dans la position de filtrage, le troisième filtre optique 18 atténue des longueurs d’ondes du signal optique qui sont inférieures à la borne inférieure Â3 de la deuxième bande. De la sorte, ce troisième filtre élimine, dans sa position de filtrage, des halos solaires (réflexions vitreuses, ou sur un pare-brise...) gênant pour l’observation et l’identification de la cible T de jour.In the filtering position, the third optical filter 18 attenuates wavelengths of the optical signal which are less than the lower terminal 3 3 of the second band. In this way, this third filter eliminates, in its filtering position, solar halos (vitreous reflections, or on a windshield ...) which are troublesome for the observation and identification of the target T by day.
Dans la position escamotée, le troisième filtre optique 18 ne filtre pas le signal optique. Par exemple, dans la position escamotée, le troisième filtre optique 18 est placé à l’écart du signal optique, de sorte à ne pas être traversé par ce signal optique.In the retracted position, the third optical filter 18 does not filter the optical signal. For example, in the retracted position, the third optical filter 18 is placed away from the optical signal, so as not to be crossed by this optical signal.
Procédé de filtrage de signal optiqueOptical signal filtering method
Le dispositif d’imagerie thermique 1 fonctionne de la manière suivante.The thermal imaging device 1 operates in the following manner.
Le filtre supplémentaire 18 est en position escamotée.The additional filter 18 is in the retracted position.
Le dispositif d’imagerie thermique 1 est à une température ambiante comprise entre 240 et 350 Kelvins, par exemple à 300 Kelvins.The thermal imaging device 1 is at an ambient temperature of between 240 and 350 Kelvins, for example at 300 Kelvins.
Un laser génère un faisceau ou signal laser à la longueur d’onde qui illumine une cible T.A laser generates a wavelength laser beam or signal that illuminates a T target.
La cible T renvoie un signal optique d’intensité non nulle à la longueur d’onde (par réflexion du signal laser sur la surface de la cible T).The target T returns an optical signal of non-zero intensity at the wavelength (by reflection of the laser signal on the surface of the target T).
La cible T émet également un rayonnement propre dans le domaine infrarouge. Ce rayonnement induit un bruit photonique d’intensité non nulle, notamment dans la deuxième bande [λ3,λ4].The target T also emits its own radiation in the infrared range. This radiation induces a photonic noise of non-zero intensity, in particular in the second band [λ 3 , λ 4 ].
De façon connue, dans un système d’imagerie thermique, l’ensemble des bruits photoniques est le principal contributeur au bruit global de l’imageur.As is known, in a thermal imaging system, all of the photonic noise is the main contributor to the overall noise of the imager.
A titre d’exemple est représenté en figure 5 une courbe représentant la quantité de bruit photonique produit par un corps noir à 300 Kelvins (assimilé ici au flux rayonné par la cible T). On voit notamment que la bande de longueurs d’ondes allant de 0.9 à 3 micromètres ne contribue qu’à hauteur de 4% au bruit total généré sur la bande de longueurs d’ondes allant de 0.9 à 5.2 micromètres.By way of example is shown in FIG. 5 a curve representing the amount of photonic noise produced by a black body at 300 Kelvins (assimilated here to the flux radiated by the target T). We see in particular that the wavelength band ranging from 0.9 to 3 micrometers only contributes up to 4% to the total noise generated on the wavelength band ranging from 0.9 to 5.2 micrometers.
Le signal optique pénètre dans le dispositif d’imagerie thermique 1 par l’entrée 2.The optical signal enters the thermal imaging device 1 through input 2.
Le premier filtre optique 4 filtre le signal optique reçu via l’entrée 2, de sorte à produire un premier signal optique filtré.The first optical filter 4 filters the optical signal received via input 2, so as to produce a first filtered optical signal.
Ce filtrage mis en œuvre par le premier filtre optique 4 est conduit à la température ambiante. Ceci a pour conséquence que le premier filtre optique 4 émet luimême un rayonnement dans le domaine infrarouge, ce rayonnement induisant un bruit photonique qui se superpose au signal optique reçu via l’entrée.This filtering implemented by the first optical filter 4 is conducted at ambient temperature. This has the consequence that the first optical filter 4 itself emits radiation in the infrared domain, this radiation inducing photonic noise which is superimposed on the optical signal received via the input.
Dans le cas où la cible T émet un bruit photonique conforme à la figure 5, en filtrant la bande complète allant de 1 à 5 micromètres au moyen du filtre optique 8 agencé à l’intérieur du cryostat 10, on augmente le bruit photonique seulement à hauteur de 4% supplémentaire. Par ailleurs, le filtre optique 4 agencé à l’extérieur du cryostat ne constitue qu’un faible contributeur de bruit supplémentaire, lié à l’émission propre du dit filtre.In the case where the target T emits a photonic noise in accordance with FIG. 5, by filtering the complete band going from 1 to 5 micrometers by means of the optical filter 8 arranged inside the cryostat 10, the photonic noise is increased only to additional 4% height. Furthermore, the optical filter 4 arranged outside the cryostat constitutes only a small additional noise contributor, linked to the proper emission of said filter.
Le premier signal optique filtré est redirigé par le système optique 6 vers le hublot 16 du cryostat 10, et pénètre dans l’enceinte 14 du cryostat 10 via le hublot 16.The first filtered optical signal is redirected by the optical system 6 to the window 16 of the cryostat 10, and enters the enclosure 14 of the cryostat 10 via the window 16.
Le premier signal optique filtré est filtré par le deuxième filtre optique 8 agencé dans l’enceinte 14 du cryostat 10, de sorte à produire un deuxième signal optique filtré.The first filtered optical signal is filtered by the second optical filter 8 arranged in the enclosure 14 of the cryostat 10, so as to produce a second filtered optical signal.
Le filtrage mis en œuvre par le deuxième filtre optique 8 est conduit à température basse. La température de l’enceinte 14 du cryostat 10 est maintenue à une température basse typiquement inférieure à 175 Kelvin, par exemple 80 Kelvin, par les moyens de refroidissement 15 du cryostat 10. De la sorte, le deuxième filtre optique 8 ne génère pas ou très peu de bruit photonique additionnel. Au contraire, le deuxième filtre optique 8 élimine le bruit photonique particulièrement présent dans les longueurs d’ondes supérieures à Â4 du premier signal optique filtréThe filtering implemented by the second optical filter 8 is carried out at low temperature. The temperature of the enclosure 14 of the cryostat 10 is maintained at a low temperature typically less than 175 Kelvin, for example 80 Kelvin, by the cooling means 15 of the cryostat 10. In this way, the second optical filter 8 does not generate or very little additional photon noise. On the contrary, the second optical filter 8 eliminates the photonic noise particularly present in the wavelengths greater than  4 of the first filtered optical signal
Le deuxième signal optique filtré est converti par le détecteur 12 en un signal électrique.The second filtered optical signal is converted by the detector 12 into an electrical signal.
Des traitements d’images conventionnels sont mis en oeuvre par l’unité de traitements d’images 19 sur la base du signal électrique fourni par le détecteur 12, de sorte à produire une image affichable sur un écran d’affichage (non illustré sur les figures).Conventional image processing is carried out by the image processing unit 19 on the basis of the electrical signal supplied by the detector 12, so as to produce an image which can be displayed on a display screen (not illustrated in the figures).
La figure 6 montre en superposition deux courbes de transmissions typiques pour les filtres optiques 4 et 8. La quantité d’électrons de signal utile obtenu en sortie d’un dispositif 1 dont les filtres optiques 4 et 8 présentent ces deux courbes de transmission est égale à la quantité d’électrons de signal utile obtenu en sortie d’un dispositif comprenant l’unique filtre optique dont la courbe de transmission est illustrée en figure 1 : cette quantité est de l’ordre de 66000 électrons pour un temps d’intégration donné.FIG. 6 shows in superposition two typical transmission curves for optical filters 4 and 8. The quantity of useful signal electrons obtained at the output of a device 1 whose optical filters 4 and 8 have these two transmission curves is equal the quantity of useful signal electrons obtained at the output of a device comprising the single optical filter, the transmission curve of which is illustrated in FIG. 1: this quantity is of the order of 66,000 electrons for a given integration time .
Dans le cas de la figure 1, le bruit de photon lié au flux rayonné par la scène observée et le système (sur la bande allant de 3,5 à 5 micromètres uniquement) est de 920 électrons pour ce même temps d’intégration. Dans le cas de la figure 6, conforme à la présente invention, le bruit photonique lié au flux de scène et rayonné par le système (y compris par le filtre optique 4 agencé à l’extérieur du cryostat 10) sur la bande allant de 1 à 5 micromètres est de 998 électrons pour le même temps d’intégration. Ainsi, le bruit photonique est augmenté dans des proportions tout à fait raisonnables comparativement au filtre optique de la figure 1 (à hauteur de seulement (998-920)/998 = 7%). Toutefois, le dispositif à double filtre conforme à la figure 6 est beaucoup plus résistant qu’un simple filtre conforme à la figure 1 agencé dans un cryostat, du fait de la faible complexité du deuxième filtre optique 8 agencé dans le cryostat 10.In the case of FIG. 1, the photon noise linked to the flux radiated by the observed scene and the system (on the band going from 3.5 to 5 micrometers only) is 920 electrons for this same integration time. In the case of FIG. 6, in accordance with the present invention, the photonic noise linked to the scene flux and radiated by the system (including by the optical filter 4 arranged outside the cryostat 10) on the band going from 1 at 5 micrometers is 998 electrons for the same integration time. Thus, the photonic noise is increased in quite reasonable proportions compared to the optical filter of Figure 1 (up to only (998-920) / 998 = 7%). However, the double filter device according to FIG. 6 is much more resistant than a simple filter according to FIG. 1 arranged in a cryostat, due to the low complexity of the second optical filter 8 arranged in the cryostat 10.
Le dispositif d’imagerie thermique 1 peut également être utilisé de jour alors que la cible T se trouve éclairée par la lumière du soleil.The thermal imaging device 1 can also be used during the day while the target T is illuminated by sunlight.
Dans ce cas, des réflexions solaires sur la cible T sont présentes dans le signal optique reçu par le dispositif 1 en sus du rayonnement infrarouge propre de la cible T et du rayonnement laser réfléchi par la cible T.In this case, solar reflections on the target T are present in the optical signal received by the device 1 in addition to the own infrared radiation of the target T and of the laser radiation reflected by the target T.
Le spectre des réflexions solaires s’étend principalement de 0,3 pm à 2,5 pm et présente un pic de transmission autour de 550 nanomètres ; celles-ci sont donc susceptibles de gêner la bonne détection de la longueur d’onde émise par le désignateur laser L. Les réflexions solaires sont en revanche d’intensité plus faible dans le domaine infrarouge, notamment dans la bande allant de 3 à 5 micromètres.The spectrum of solar reflections mainly ranges from 0.3 pm to 2.5 pm and has a transmission peak around 550 nanometers; these are therefore likely to interfere with the proper detection of the wavelength emitted by the laser designator L. The solar reflections, on the other hand, are of lower intensity in the infrared range, in particular in the band going from 3 to 5 micrometers .
Le signal optique reçu dans le dispositif d’imagerie thermique 1 est filtré par le premier filtre optique 4 agencé à l’extérieur du cryostat. Comme la bande [A1,A2] est très étroite, une très grande proportion des réflexions solaires est éliminée par le premier filtre optique 4.The optical signal received in the thermal imaging device 1 is filtered by the first optical filter 4 arranged outside the cryostat. As the band [A 1 , A 2 ] is very narrow, a very large proportion of the solar reflections is eliminated by the first optical filter 4.
Le signal optique filtré par le premier filtre optique 4 est ensuite filtré par le deuxième filtre optique 8 agencé dans le cryostat 10, puis détecté par le détecteur 12.The optical signal filtered by the first optical filter 4 is then filtered by the second optical filter 8 arranged in the cryostat 10, then detected by the detector 12.
Par ailleurs, le troisième filtre optique 18 (escamotable) peut avantageusement être utilisé de la façon suivante dans un contexte diurne.Furthermore, the third optical filter 18 (retractable) can advantageously be used in the following manner in a daytime context.
Un opérateur identifie la cible T avec le troisième filtre 18 dans sa position de filtrage. Le dispositif 1 est alors dans un mode de « pure » imagerie thermique.An operator identifies the target T with the third filter 18 in its filtering position. The device 1 is then in a “pure” thermal imaging mode.
Juste avant la désignation de la cible au moyen du désignateur laser L, le troisième filtre optique 18 est déplacé dans sa position escamotée. Même si la cible T peut localement changer d’aspect (par exemple en raison de halos solaires), l’opérateur ne la perd pas car il l’a déjà repérée. L’illumination de la cible à l’aide du désignateur laser L peut alors débuter.Just before the designation of the target by means of the laser designator L, the third optical filter 18 is moved into its retracted position. Even if the target T can locally change its appearance (for example due to solar halos), the operator does not lose it because he has already spotted it. Illumination of the target using the laser designator L can then begin.
D’autres variantes de réalisation de l’invention peuvent être envisagées.Other alternative embodiments of the invention can be envisaged.
L’exemple de réalisation présenté précédemment est adapté à la détection d’images thermiques dans une bande MWIR. Alternativement, on peut par exemple choisir la deuxième bande (infrarouge) de la façon suivante : λ3 = 8 pm et λ4 = 12 pm (bande LWIR).The embodiment presented above is suitable for the detection of thermal images in an MWIR band. Alternatively, one can for example choose the second band (infrared) as follows: λ 3 = 8 pm and λ 4 = 12 pm (LWIR band).
De même, le procédé s’applique pour toutes longueurs lasers inférieures à 2 pm.Likewise, the process applies to all laser lengths less than 2 µm.
On a vu précédemment que le deuxième filtre optique 8 atténue le signal optique préalablement filtré par le premier filtre optique 4 aux longueurs d’onde supérieures à À4, et que, par ailleurs, le comportement du premier filtre optique 4 pouvait être quelconque pour ces longueurs d’onde supérieures à À4.We have previously seen that the second optical filter 8 attenuates the optical signal previously filtered by the first optical filter 4 at wavelengths greater than 4 , and that, moreover, the behavior of the first optical filter 4 could be arbitrary for these wavelengths greater than A 4 .
Le premier filtre optique 4 peut néanmoins être configuré pour laisser passer un signal optique incident à des longueurs d’ondes supérieures à la deuxième bande [Â3,Â4]. Ceci permet de simplifier la courbe de transmission du premier filtre optique, donc réduire les coûts de fabrication de ce premier filtre optique 4.The first optical filter 4 can nevertheless be configured to allow an incident optical signal to pass at wavelengths greater than the second band [Â 3 , Â 4 ]. This simplifies the transmission curve of the first optical filter, therefore reducing the manufacturing costs of this first optical filter 4.
Alternativement le premier filtre optique 4 peut être configuré pour atténuer un signal optique incident à des longueurs d’ondes supérieures à À4. Ces longueurs d’ondes, considérées comme parasites, sont alors plus efficacement éliminées car font l’objet d’une double atténuation (par les deux filtres optiques 4 et 8).Alternatively, the first optical filter 4 can be configured to attenuate an incident optical signal at wavelengths greater than λ 4 . These wavelengths, considered as parasitic, are then more effectively eliminated since they are subject to a double attenuation (by the two optical filters 4 and 8).
Claims (13)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3117219A1 (en) | 2020-12-03 | 2022-06-10 | Safran Electronics & Defense | Method for acquiring a sequence of image parts and associated acquisition system |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4827130A (en) * | 1987-10-22 | 1989-05-02 | General Electric Company | Selectable field infrared imager and lens set |
| US20100283988A1 (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-11 | Raytheon Company | Semi-active optical tracking system |
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2016
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR3117219A1 (en) | 2020-12-03 | 2022-06-10 | Safran Electronics & Defense | Method for acquiring a sequence of image parts and associated acquisition system |
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