WO2024110716A1 - Dispositif d'imagerie bi-spectrale à deux zones de détection - Google Patents

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WO2024110716A1
WO2024110716A1 PCT/FR2023/051778 FR2023051778W WO2024110716A1 WO 2024110716 A1 WO2024110716 A1 WO 2024110716A1 FR 2023051778 W FR2023051778 W FR 2023051778W WO 2024110716 A1 WO2024110716 A1 WO 2024110716A1
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WO
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electromagnetic radiation
imaging device
spectral band
spectral
detection zone
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/051778
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Inventor
Arnaud Davenel
Emmanuel Kling
Pascal Junique
Original Assignee
Safran Electronics & Defense
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
    • G02B17/0808—Catadioptric systems using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G02B13/146—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation with corrections for use in multiple wavelength bands, such as infrared and visible light, e.g. FLIR systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

Definitions

  • TITLE Bi-spectral imaging device with two detection zones
  • the technical field of the invention is imaging devices, in particular infrared imaging devices.
  • the present invention relates to an imaging device capable of simultaneously imaging a scene observed in two spectral bands.
  • the spectral content of an object present in an observed scene can make it possible to characterize the nature of this object.
  • a commonly used solution consists of placing a wheel equipped with optical filters in front of a broadband detector in order to observe the scene successively through the different optical filters.
  • a solution does not make it possible to simultaneously obtain spectral information in several spectral bands.
  • Another solution consists of using two separate detectors, each detector comprising a sensor and an optical system for imaging an electromagnetic field coming from the scene on the sensor, the first detector being sensitive to a first spectral band, the second detector being sensitive to a second spectral band.
  • Such a solution makes it possible to simultaneously obtain spectral information in several spectral bands but is expensive high financial.
  • the integration of these two detectors is also costly in terms of physical size and mass.
  • the present invention therefore aims to overcome all or part of the aforementioned drawbacks and to provide an imaging device configured to simultaneously detect two spectral bands coming from a scene in a reliable and inexpensive manner.
  • the subject of the present invention is an imaging device comprising means for detecting electromagnetic radiation coming from an observed scene, the detection means comprising a first and a second distinct detection zones and respectively sensitive to a first and to a second spectral bands of electromagnetic radiation, the imaging device comprising an optical system defining a dioptric path configured to direct the electromagnetic radiation included in the first spectral band towards the first detection zone, and defining a catadioptric path configured to direct the radiation electromagnetic included in the second spectral band towards the second detection zone, the optical system comprising a dichroic filter arranged both on the dioptric channel and on the catadioptric channel and configured to transmit the electromagnetic radiation included in the first spectral band and reflect the electromagnetic radiation included in the second spectral band.
  • the present invention makes it possible to spatially separate the spectral information coming from the scene and included in the first spectral band from the spectral information coming from the scene and included in the second spectral band.
  • the present invention is robust to the variability of observed objects, scenes and atmospheres.
  • the optical system comprises a concave mirror perforated in its center arranged on the catadioptric path, and a lens radially centered on the concave mirror placed on the diopter path and axially between the observed scene and the concave mirror.
  • the dichroic filter includes optical processing performed on a surface of the lens.
  • the optical system comprises a prism placed on the diopter path facing the observed scene.
  • the prism is able to match the field of observation of the dioptric channel with the field of observation of the catadioptric channel so that the first and second detection zones observe the same scene.
  • the optical system comprises a set of at least one lens arranged both on the dioptric path and on the catadioptric path, the set of at least one lens being arranged facing the detection means.
  • the assembly of at least one lens comprises at least three lenses.
  • the surface of the second detection zone is at least twice as large as the surface of the first detection zone.
  • the first spectral band comprises the MWIR spectral band, the second spectral band comprising the LWIR spectral band.
  • the detection means comprises an electromagnetic radiation sensor configured to detect electromagnetic radiation included in at least the first and second spectral bands, a lower part of the sensor defining the first detection zone, an upper part of the sensor defining the second detection zone.
  • the detection means comprises a first electromagnetic radiation sensor configured to detect the electromagnetic radiation included in at least the first spectral band and defining the first detection zone, and a second electromagnetic radiation sensor configured to detect electromagnetic radiation included in at least the second spectral band and defining the second detection zone.
  • FIG 1 schematically illustrates an imaging device according to the invention, the observed scene emitting electromagnetic radiation included in the first spectral band
  • FIG 2 schematically illustrates the imaging device of Figure 1, the observed scene emitting electromagnetic radiation included in the second spectral band
  • FIG 3 schematically illustrates the imaging device of Figure 1, the observed scene emitting electromagnetic radiation included in the first spectral band and in the second spectral band;
  • FIG 4 schematically illustrates a detection means according to a first embodiment of the invention
  • FIG 5 schematically illustrates a detection means according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 1 schematically represents an imaging device 2 comprising a detection means 4 sensitive to electromagnetic radiation, for example a bolometer sensitive to infrared electromagnetic radiation.
  • the imaging device 2 is oriented towards a scene emitting electromagnetic radiation in a first spectral band and in a second spectral band distinct from the first spectral band.
  • spectral band of electromagnetic radiation is meant a portion of the spectrum of said electromagnetic radiation.
  • a spectral band is all the wavelengths included between two predefined wavelengths.
  • the detection means 4 comprises a first detection zone 6 sensitive to the first spectral band of electromagnetic radiation.
  • the first detection zone 6 is capable of collecting spectral and spatial information coming from the observed scene and included in the first spectral band.
  • the detection means 4 comprises a second detection zone 8 distinct from the first detection zone 6 and sensitive to the second spectral band of electromagnetic radiation.
  • the second detection zone 8 is capable of collecting spectral and spatial information coming from the observed scene and included in the second spectral band.
  • the imaging device 2 comprises an optical system 10 defining a dioptric channel 12 and a catadioptric channel 14 (represented in Figure 2), the light rays coming from the scene undergoing refraction and not undergoing reflections on the dioptric channel 12, the light rays coming from the scene undergoing refractions and reflections on the catadioptric channel 14.
  • the optical system 10 comprises optical components on the dioptric channel 12 capable of directing the electromagnetic radiation emitted by the scene and included in the first spectral band towards the first detection zone 6.
  • the optical system 10 comprises optical components on the catadioptric channel 14 capable of directing the electromagnetic radiation emitted by the scene and included in the second spectral band towards the second detection zone 8.
  • the optical system 10 comprises a dichroic filter 16 arranged both on the dioptric channel 12 and on the catadioptric channel 14.
  • the dichroic filter 16 is configured to transmit the electromagnetic radiation included in the first spectral band and to reflect the electromagnetic radiation included in the second spectral band.
  • the first and second detection zones 6, 8 are spatially separated.
  • the electromagnetic radiation included in the first spectral band is detected by the first detection zone 6, the electromagnetic radiation included in the second spectral band not being directed towards the first detection zone 6 by the optical system 10.
  • the radiation electromagnetic radiation included in the second spectral band is detected by the second detection zone 8, the electromagnetic radiation included in the first spectral band not being directed towards the second detection zone 8.
  • the first and second detection zones 6 , 8 can be partially confused.
  • the detection means 4 is for example connected to computer calculation means (not shown) to process the spectral and spatial information coming from the scene and collected by the first and second detection zones 6, 8.
  • the optical system 10 comprises a concave mirror 18 perforated in its center and placed on the catadioptric channel 14.
  • the optical system 10 comprises a lens 20 radially centered on the same optical axis as the concave mirror 18 and arranged on the diopter path 12.
  • the lens 20 is arranged axially between the observed scene and the concave mirror 18.
  • the diameter of the concave mirror 18 is twice greater than the diameter of the lens 20, the latter corresponding approximately to the size of the perforation in the center of the concave mirror 18.
  • the diameter of the concave mirror 18 is for example 65 mm, the distance between the concave mirror 18 and the detection means 4 is for example 40 mm.
  • the dichroic filter 16 here comprises an optical treatment carried out on a surface of the lens 20, said surface facing the detection means 4 and corresponding to the second diopter of the lens 20.
  • the optical treatment comprises for example a dielectric treatment.
  • the optical system 10 comprises a prism 22 placed on the dioptric channel 12 facing the observed scene.
  • the lens 20 is arranged axially between the prism 22 and the means of detection 4.
  • the prism 22 is able to match the field of observation of the dioptric channel 12 with the field of observation of the catadioptric channel 14 so that the first and second detection zones 6, 8 observe the same scene.
  • the electromagnetic radiation coming from the observed scene, containing spectral information included in the first spectral band and in the second spectral band, and being on the diopter path 12 passes through the prism 22 and the first diopter of the lens 20.
  • spectral information of the electromagnetic radiation included in the first spectral band is then transmitted by the dichroic filter 16 towards the detection means 4, the spectral information of the electromagnetic radiation included in the second spectral band being reflected by the dichroic filter 16.
  • the lens 20 comprises for example a material transmitting the electromagnetic radiation included in the first spectral band and reflecting the electromagnetic radiation included in the second spectral band, for example silicon and/or sapphire.
  • the lens 20 comprises an anti-reflective treatment capable of reducing the reflection of electromagnetic radiation included in the first spectral band.
  • the electromagnetic radiation coming from the observed scene containing spectral information included in the first spectral band and in the second spectral band, and being on the catadioptric channel 14, is reflected by the concave mirror 18 towards the dichroic filter 16.
  • the spectral information of the electromagnetic radiation included in the first spectral band is then transmitted by the dichroic filter 16, the spectral information of the electromagnetic radiation included in the second spectral band is reflected by the dichroic filter 16 in direction of the detection means 4.
  • the optical configuration of the catadioptric channel 14 is close to the optical configuration of a Cassegrain type telescope.
  • the dichroic filter 16 could comprise a dichroic optical component placed axially between the concave mirror 18 and the lens 20, said dichroic optical component comprising for example a blade with flat and parallel faces or any other dichroic optical component simplifying the production and/or or the manufacture of the spectral filtering function provided by the dichroic filter 16.
  • the optical system 10 comprises a set of at least one lens 24 arranged both on the dioptric channel 12 and on the catadioptric channel 14.
  • the set of at least one lens 24 is arranged facing the detection means 4, axially between the lens 20 and the detection means 4.
  • FIG 3 simultaneously illustrates the path of the electromagnetic radiation coming from the scene on the dioptric 12 and catadioptric 14 channels.
  • the assembly of at least one lens 24 is capable of directing the electromagnetic radiation of the diopter channel 12, included in the first spectral band and passing through the dichroic filter 16, towards the first detection zone 6.
  • the assembly of at least one lens 24 is capable of directing the electromagnetic radiation of the catadioptric channel 14, included in the second spectral band and reflected by the dichroic filter 16, towards the second detection zone 8.
  • the set of at least one lens 24 comprises at least three lenses in order to correct the main optical aberrations.
  • the first spectral band comprises the MWIR spectral band, for MidWave InfraRed in English terms, the second spectral band comprising the LWIR spectral band, for Long Wave InfraRed in English terms.
  • the MWIR spectral band includes, for example, electromagnetic radiation whose wavelength is between 3 and 5 pm.
  • the LWIR spectral band includes, for example, electromagnetic radiation whose wavelength is between 8 and 14 pm.
  • the detection means 4 comprises a sealed structure (not shown) provided with a porthole 26 and a sensor 28 disposed inside the sealed structure, the interior of the sealed structure being able to be cooled and to be placed under vacuum, for example under secondary vacuum. Such detection means 4 makes it possible to carry out quality infrared electromagnetic radiation measurements.
  • the concave mirror 18, the prism 22, the lens 20 and the assembly of at least one lens 24 are dimensioned so that the surface of the second detection zone 8 is at least twice as large as the surface of the first detection zone 6.
  • the surface of the second detection zone 8 is four times larger than the surface of the first detection zone 6. This embodiment is particularly advantageous when the intensity of the electromagnetic radiation of the first spectral band is less than the intensity of the electromagnetic radiation of the second spectral band. Concentrating the electromagnetic radiation of the first spectral band to an advantage makes it possible to increase the detection range of the first detection zone 6.
  • the larger surface of the second detection zone 8 allows a greater angular resolution of the scene observed by the second detection zone 8.
  • the first and second detection zones 6, 8 include detection pixels of identical individual dimensions and collect spectral and spatial information coming from the same space of the observed scene. Consequently, the second detection zone 8 can include more detection pixels than the first detection zone 6 and therefore collect spatial information coming from the same space of the observed scene that is more precise than the information collected by the first detection zone 6, the second detection zone 8 then being able to observe more details of the observed scene than the first detection zone 6.
  • the detection means 4 comprises a single electromagnetic radiation sensor 30 sensitive at least to the first and second bands spectral.
  • the sensor 30 comprises a lower part 32 defining the first detection zone 6 and an upper part 34 defining the second detection zone 8, the lower parts 32 and upper 34 being at least sensitive to the first and second spectral bands of electromagnetic radiation.
  • the lower 32 and upper 34 parts are spatially separated and sensitive only to the first and second spectral bands of electromagnetic radiation in order to limit the risks of false detection.
  • the detection means 4 comprises a first electromagnetic radiation sensor 36 and a second electromagnetic radiation sensor 38.
  • the first electromagnetic radiation sensor 36 is sensitive at least to the first spectral band and defines the first detection zone 6.
  • the first electromagnetic radiation sensor 36 is sensitive only to the first spectral band, in particular in order to improve the ' detection efficiency of the first electromagnetic radiation sensor 36 in the first spectral band.
  • the second electromagnetic radiation sensor 38 is sensitive at least to the second spectral band and defines the second detection zone 8.
  • the second electromagnetic radiation sensor 38 is sensitive only to the second spectral band, in particular in order to improve the ' detection efficiency of the second electromagnetic radiation sensor 38 in the second spectral band.
  • the computer calculation means are able to analyze variations of successive acquisitions of the detection means 4, in particular so as not to detect electromagnetic radiation included in a third spectral band, the third spectral band not including the first and second bands spectral and/or to improve the detection of an object present in the observed scene.
  • the computer calculation means are capable of carrying out the ratio of the light intensity detected in the first detection zone 6 and the light intensity detected in the second detection zone 8 in order in particular to determine whether the object present in the observed scene emits more electromagnetic radiation in the first spectral band or in the second spectral band.
  • the imaging device 2 is capable of assisting in piloting a helicopter, in particular capable of improving the perception of the helicopter pilot in a degraded situation such as in fog.
  • the imaging device 2 may comprise at least one free-form optical component, or freeform in English terms, in particular to adapt the dimensions of the imaging device 2 and/or the number of optical components of the imaging device. imagery 2.
  • the imaging device 2 may comprise at least one nanostructured optical component, for example a metasurface such as a meta-lens, in particular to reduce the dimensions of the imaging device 2 and/or the number of optical components of the imaging device. imaging 2 and/or to add additional optical functions to the imaging device 2.
  • a metasurface such as a meta-lens

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Abstract

Ce dispositif d'imagerie (2) comprend un moyen de détection (4) d'un rayonnement électromagnétique comprenant une première et une deuxième zones de détection (6, 8) distinctes et respectivement sensibles à une première et à une deuxième bandes spectrales de rayonnement électromagnétique, le dispositif (2) comprenant un système optique (10) définissant une voie dioptrique (12) configurée pour orienter le rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale vers la première zone de détection (6), une voie catadioptrique (14) configurée pour orienter le rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale vers la deuxième zone de détection (8), et comprenant un filtre dichroïque (16) disposé à la fois sur la voie dioptrique (12) et sur la voie catadioptrique (14) et configuré pour transmettre le rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale et réfléchir le rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif d’imagerie bi-spectrale à deux zones de détection
Domaine technique
L ’invention a pour domaine technique les dispositifs d’imagerie, notamment les dispositifs d’imagerie infrarouge.
En particulier, la présente invention a pour objet un dispositif d’imagerie capable d’imager simultanément une scène observée dans deux bandes spectrales.
Techniques antérieures
Le contenu spectral d’un obj et présent dans une scène observée peut permettre de caractériser la nature de cet objet. Il existe des applications de détection et/ou de surveillance optique de la scène nécessitant de détecter une information spectrale comprise dans deux bandes spectrales pour caractériser l’objet afin par exemple de générer un signal d’ alerte ou d’éviter la génération d’une fausse alerte.
Un dispositif d’imagerie capable de reconnaître deux bandes spectrales est donc nécessaire. Cependant, la dépendance de l ’indice optique des composants optiques à la longueur d’onde rend difficile l’observation de la scène dans une bande spectrale étendue ou dans plusieurs bandes spectrales séparées.
Une solution couramment utilisée consiste à placer une roue munie de filtres optiques devant un détecteur large bande afin d’observer la scène successivement à travers les différents filtres optiques. Cependant une telle solution ne permet pas d’obtenir simultanément l’information spectrale dans plusieurs bandes spectrales.
Une autre solution consiste à utiliser deux détecteurs distincts, chaque détecteur comprenant un capteur et un système optique pour imager un champ électromagnétique provenant de la scène sur le capteur, le premier détecteur étant sensible à une première bande spectrale, le deuxième détecteur étant sensible à une deuxième bande spectrale. Une telle solution permet d’obtenir simultanément l’information spectrale dans plusieurs bandes spectrales mais est de coût financier élevé. L ’intégration de ces deux détecteurs est également coûteuse en encombrement physique et en masse.
Exposé de l’invention
La présente invention a donc pour objectif de pallier tout ou partie des inconvénients précités et de fournir un dispositif d’imagerie configuré pour détecter simultanément deux bandes spectrales provenant d’une scène de manière fiable et peu coûteuse.
La présente invention a pour objet un dispositif d’imagerie comprenant un moyen de détection d’un rayonnement électromagnétique issu d’une scène observée, le moyen de détection comprenant une première et une deuxième zones de détection distinctes et respectivement sensibles à une première et à une deuxième bandes spectrales de rayonnement électromagnétique, le dispositif d’imagerie comprenant un système optique définissant une voie dioptrique configurée pour orienter le rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale vers la première zone de détection, et définissant une voie catadioptrique configurée pour orienter le rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale vers la deuxième zone de détection, le système optique comprenant un filtre dichroïque disposé à la fois sur la voie dioptrique et sur la voie catadioptrique et configuré pour transmettre le rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale et réfléchir le rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale.
Ainsi, la présente invention permet de séparer spatialement l’information spectrale provenant de la scène et comprise dans la première bande spectrale de l’information spectrale provenant de la scène et comprise dans la deuxième bande spectrale. La présente invention est robuste à la variabilité des objets observés, des scènes et des atmosphères.
Avantageusement, le système optique comprend un miroir concave perforé en son centre disposé sur la voie catadioptrique, et une lentille radialement centrée sur le miroir concave disposée sur la voie dioptrique et axialement entre la scène observée et le miroir concave.
Dans un mode de réalisation, le filtre dichroïque comprend un traitement optique réalisé sur une surface de la lentille.
Avantageusement, le système optique comprend un prisme disposé sur la voie dioptrique en regard de la scène observée.
Avantageusement, le prisme est apte à faire correspondre le champ d’observation de la voie dioptrique avec le champ d’observation de la voie catadioptrique de sorte que les première et deuxième zones de détection observent la même scène.
Dans un mode de réalisation, le système optique comprend un ensemble d’ au moins une lentille disposée à la fois sur la voie dioptrique et sur la voie catadioptrique, l’ ensemble d’au moins une lentille étant disposé en regard du moyen de détection.
Avantageusement, l’ensemble d’ au moins une lentille comprend au moins trois lentilles.
Dans un mode de réalisation, la surface de la deuxième zone de détection est au moins deux fois plus grande que la surface de la première zone de détection.
Avantageusement, la première bande spectrale comprend la bande spectrale MWIR, la deuxième bande spectrale comprenant la bande spectrale LWIR.
Dans un mode de réalisation, le moyen de détection comprend un capteur de rayonnement électromagnétique configuré pour détecter le rayonnement électromagnétique compris dans au moins les première et deuxième bandes spectrales, une partie inférieure du capteur définissant la première zone de détection, une partie supérieure du capteur définissant la deuxième zone de détection.
Dans un autre mode de réalisation, le moyen de détection comprend un premier capteur de rayonnement électromagnétique configuré pour détecter le rayonnement électromagnétique compris dans au moins la première bande spectrale et définissant la première zone de détection, et un deuxième capteur de rayonnement électromagnétique configuré pour détecter le rayonnement électromagnétique compris dans au moins la deuxième bande spectrale et définissant la deuxième zone de détection.
Brève description des dessins
D ’ autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’ exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig 1 ] illustre schématiquement un dispositif d’imagerie selon l’invention, la scène observée émettant un rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale ;
[Fig 2] illustre schématiquement le dispositif d’imagerie de la figure 1 , la scène observée émettant un rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale ;
[Fig 3] illustre schématiquement le dispositif d’imagerie de la figure 1 , la scène observée émettant un rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale et dans la deuxième bande spectrale ;
[Fig 4] illustre schématiquement un moyen de détection selon un premier mode de réalisation de l ’invention ; et
[Fig 5] illustre schématiquement un moyen de détection selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée
La figure 1 représente schématiquement un dispositif d’imagerie 2 comprenant un moyen de détection 4 sensible au rayonnement électromagnétique, par exemple un bolomètre sensible au rayonnement électromagnétique infrarouge. Le dispositif d’imagerie 2 est orienté vers une scène émettant un rayonnement électromagnétique dans une première bande spectrale et dans une deuxième bande spectrale distincte de la première bande spectrale. On entend par bande spectrale d’un rayonnement électromagnétique une portion du spectre dudit rayonnement électromagnétique. Autrement dit, une bande spectrale est l’ ensemble des longueurs d’ondes comprises entre deux longueurs d’ondes prédéfinies.
Le moyen de détection 4 comprend une première zone de détection 6 sensible à la première bande spectrale de rayonnement électromagnétique. La première zone de détection 6 est apte à recueillir des informations spectrales et spatiales provenant de la scène observée et comprises dans la première bande spectrale.
Le moyen de détection 4 comprend une deuxième zone de détection 8 distincte de la première zone de détection 6 et sensible à la deuxième bande spectrale de rayonnement électromagnétique. La deuxième zone de détection 8 est apte à recueillir des informations spectrales et spatiales provenant de la scène observée et comprises dans la deuxième bande spectrale.
Le dispositif d’imagerie 2 comprend un système optique 10 définissant une voie dioptrique 12 et une voie catadioptrique 14 (représentée en figure 2), les rayons lumineux provenant de la scène subissant des réfractions et ne subissant pas de réflexions sur la voie dioptrique 12, les rayons lumineux provenant de la scène subissant des réfractions et des réflexions sur la voie catadioptrique 14.
Le système optique 10 comprend des composants optiques sur la voie dioptrique 12 aptes à orienter le rayonnement électromagnétique émis par la scène et compris dans la première bande spectrale vers la première zone de détection 6.
Le système optique 10 comprend des composants optiques sur la voie catadioptrique 14 aptes à orienter le rayonnement électromagnétique émis par la scène et compris dans la deuxième bande spectrale vers la deuxième zone de détection 8.
Le système optique 10 comprend un filtre dichroïque 16 disposé à la fois sur la voie dioptrique 12 et sur la voie catadioptrique 14. Le filtre dichroïque 16 est configuré pour transmettre le rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale et à réfléchir le rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale. De préférence, les première et deuxième zones de détection 6, 8 sont spatialement séparées. Ainsi, le rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale est détecté par la première zone de détection 6, le rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale n’étant pas dirigé vers la première zone de détection 6 par le système optique 10. Le rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale est détecté par la deuxième zone de détection 8, le rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale n’ étant pas dirigé vers la deuxième zone de détection 8. En variante, les première et deuxième zones de détection 6, 8 peuvent être partiellement confondues.
Le moyen de détection 4 est par exemple connecté à des moyens informatiques de calculs (non représentés) pour traiter les informations spectrales et spatiales provenant de la scène et recueillies par les première et deuxième zones de détection 6, 8.
Le système optique 10 comprend un miroir concave 18 perforé en son centre et disposé sur la voie catadioptrique 14.
Le système optique 10 comprend une lentille 20 radialement centrée sur le même axe optique que le miroir concave 18 et disposée sur la voie dioptrique 12. La lentille 20 est disposée axialement entre la scène observée et le miroir concave 18.
De préférence, le diamètre du miroir concave 18 est deux fois supérieur au diamètre de la lentille 20, ce dernier correspondant environ à la taille de la perforation au centre du miroir concave 18. Le diamètre du miroir concave 18 est par exemple de 65 mm, la distance entre le miroir concave 18 et le moyen de détection 4 est par exemple de 40 mm.
Le filtre dichroïque 16 comprend ici un traitement optique réalisé sur une surface de la lentille 20, ladite surface étant en regard du moyen de détection 4 et correspondant au deuxième dioptre de la lentille 20. Le traitement optique comprend par exemple un traitement diélectrique.
De préférence, le système optique 10 comprend un prisme 22 disposé sur la voie dioptrique 12 en regard de la scène observée. Ainsi, la lentille 20 est disposée axialement entre le prisme 22 et le moyen de détection 4. Le prisme 22 est apte à faire correspondre le champ d’observation de la voie dioptrique 12 avec le champ d’observation de la voie catadioptrique 14 de sorte que les première et deuxième zones de détection 6, 8 observent la même scène.
Le rayonnement électromagnétique provenant de la scène observée, contenant de l’information spectrale comprise dans la première bande spectrale et dans la deuxième bande spectrale, et étant sur la voie dioptrique 12 traverse le prisme 22 et le premier dioptre de la lentille 20. L ’information spectrale du rayonnement électromagnétique comprise dans la première bande spectrale est alors transmise par le filtre dichroïque 16 en direction du moyen de détection 4, l’information spectrale du rayonnement électromagnétique comprise dans la deuxième bande spectrale étant réfléchie par le filtre dichroïque 16.
La lentille 20 comprend par exemple un matériau transmettant le rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale et réfléchissant le rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale, par exemple du silicium et/ou du saphir.
Avantageusement, la lentille 20 comprend un traitement antireflet apte à diminuer la réflexion du rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale.
Comme illustré sur la figure 2, le rayonnement électromagnétique provenant de la scène observée, contenant de l’information spectrale comprise dans la première bande spectrale et dans la deuxième bande spectrale, et étant sur la voie catadioptrique 14, est réfléchi par le miroir concave 18 en direction du filtre dichroïque 16. L ’information spectrale du rayonnement électromagnétique comprise dans la première bande spectrale est alors transmise par le filtre dichroïque 16, l’information spectrale du rayonnement électromagnétique comprise dans la deuxième bande spectrale est réfléchie par le filtre dichroïque 16 en direction du moyen de détection 4. La configuration optique de la voie catadioptrique 14 est proche de la configuration optique d’un télescope de type Cassegrain. En variante, le filtre dichroïque 16 pourrait comprendre un composant optique dichroïque placé axialement entre le miroir concave 18 et la lentille 20, ledit composant optique dichroïque comprenant par exemple une lame à faces planes et parallèles ou tout autre composant optique dichroïque simplifiant la réalisation et/ou la fabrication de la fonction de filtrage spectrale assurée par le filtre dichroïque 16.
Le système optique 10 comprend un ensemble d’ au moins une lentille 24 disposée à la fois sur la voie dioptrique 12 et sur la voie catadioptrique 14. L ’ ensemble d’au moins une lentille 24 est disposé en regard du moyen de détection 4, axialement entre la lentille 20 et le moyen de détection 4.
La figure 3 illustre simultanément le trajet du rayonnement électromagnétique provenant de la scène sur les voies dioptrique 12 et catadioptrique 14.
L ’ ensemble d’ au moins une lentille 24 est apte à orienter le rayonnement électromagnétique de la voie dioptrique 12, compris dans la première bande spectrale et traversant le filtre dichroïque 16, vers la première zone de détection 6.
L ’ ensemble d’ au moins une lentille 24 est apte à orienter le rayonnement électromagnétique de la voie catadioptrique 14, compris dans la deuxième bande spectrale et réfléchi par le filtre dichroïque 16, vers la deuxième zone de détection 8.
Optionnellement, l’ ensemble d’ au moins une lentille 24 comprend au moins trois lentilles afin de corriger les principales aberrations optiques.
Dans un mode de réalisation particulier, la première bande spectrale comprend la bande spectrale MWIR, pour MidWave InfraRed en termes anglo-saxons, la deuxième bande spectrale comprenant la bande spectrale LWIR, pour Long Wave InfraRed en termes anglo- saxons. La bande spectrale MWIR comprend par exemple le rayonnement électromagnétique dont la longueur d’onde est comprise entre 3 et 5 pm. La bande spectrale LWIR comprend par exemple le rayonnement électromagnétique dont la longueur d’onde est comprise entre 8 et 14 pm. Avantageusement, le moyen de détection 4 comprend une structure étanche (non représentée) munie d’un hublot 26 et un capteur 28 disposé à l’intérieur de la structure étanche, l’intérieur de la structure étanche étant apte à être refroidi et à être mis sous vide, par exemple sous vide secondaire. Un tel moyen de détection 4 permet d’ effectuer des mesures de rayonnement électromagnétique infrarouge de qualité.
De préférence, le miroir concave 18, le prisme 22, la lentille 20 et l’ ensemble d’au moins une lentille 24 sont dimensionnés de sorte que la surface de la deuxième zone de détection 8 est au moins deux fois plus grande que la surface de la première zone de détection 6. Dans l’ exemple illustré, la surface de la deuxième zone de détection 8 est quatre fois plus grande que la surface de la première zone de détection 6. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque l’intensité du rayonnement électromagnétique de la première bande spectrale est inférieure à l’intensité du rayonnement électromagnétique de la deuxième bande spectrale. Concentrer d’ avantage le rayonnement électromagnétique de la première bande spectrale permet d’ augmenter la portée de détection de la première zone de détection 6. La plus grande surface de la deuxième zone de détection 8 permet une résolution angulaire plus grande de la scène observée par la deuxième zone de détection 8. Par exemple, les première et deuxième zones de détection 6, 8 comprennent des pixels de détection de dimensions individuelles identiques et recueillent des informations spectrales et spatiales provenant d’un même espace de la scène observée. En conséquence, la deuxième zone de détection 8 peut comprendre plus de pixels de détection que la première zone de détection 6 et donc recueillir une information spatiale provenant du même espace de la scène observée plus précise que l’information recueillie par la première zone de détection 6, la deuxième zone de détection 8 étant alors apte à observer plus de détails de la scène observée que la première zone de détection 6.
Dans un mode de réalisation particulier illustré à la figure 4, le moyen de détection 4 comprend un unique capteur 30 de rayonnement électromagnétique sensible au moins aux première et deuxième bandes spectrales. Le capteur 30 comprend une partie inférieure 32 définissant la première zone de détection 6 et une partie supérieure 34 définissant la deuxième zone de détection 8, les parties inférieure 32 et supérieure 34 étant au moins sensibles aux première et deuxième bandes spectrales de rayonnement électromagnétique. De préférence, les parties inférieure 32 et supérieure 34 sont spatialement séparées et sensibles uniquement aux première et deuxième bandes spectrales de rayonnement électromagnétique afin de limiter les risques d’une fausse détection.
Dans un autre mode de réalisation illustré à la figure 5 , le moyen de détection 4 comprend un premier capteur de rayonnement électromagnétique 36 et un deuxième capteur de rayonnement électromagnétique 38.
Le premier capteur de rayonnement électromagnétique 36 est sensible au moins à la première bande spectrale et définit la première zone de détection 6. De préférence, le premier capteur de rayonnement électromagnétique 36 est sensible uniquement à la première bande spectrale, notamment afin d’ améliorer l’ efficacité de détection du premier capteur de rayonnement électromagnétique 36 dans la première bande spectrale.
Le deuxième capteur de rayonnement électromagnétique 38 est sensible au moins à la deuxième bande spectrale et définit la deuxième zone de détection 8. De préférence, le deuxième capteur de rayonnement électromagnétique 38 est sensible uniquement à la deuxième bande spectrale, notamment afin d’ améliorer l’ efficacité de détection du deuxième capteur de rayonnement électromagnétique 38 dans la deuxième bande spectrale.
Avantageusement, les moyens informatiques de calculs sont aptes à analyser des variations d’ acquisitions successives du moyen de détection 4, notamment pour ne pas détecter un rayonnement électromagnétique compris dans une troisième bande spectrale, la troisième bande spectrale ne comprenant par les première et deuxième bandes spectrales et/ou pour améliorer la détection d’un objet présent dans la scène observée. Optionnellement, les moyens informatiques de calculs sont aptes à effectuer le rapport de l’intensité lumineuse détectée dans la première zone de détection 6 et de l’intensité lumineuse détectée dans la deuxième zone de détection 8 afin notamment de déterminer si l’objet présent dans la scène observée émet davantage de rayonnement électromagnétique dans la première bande spectrale ou dans la deuxième bande spectrale.
Avantageusement, le dispositif d’imagerie 2 est apte à aider au pilotage d’un hélicoptère, notamment apte à améliorer la perception du pilote de l’hélicoptère en situation dégradée telle que dans le brouillard.
Optionnellement, le dispositif d’imagerie 2 peut comprendre au moins un composant optique de forme libre, ou freeform en termes anglo-saxons, notamment pour adapter les dimensions du dispositif d’imagerie 2 et/ou le nombre de composants optiques du dispositif d’imagerie 2.
Optionnellement, le dispositif d’imagerie 2 peut comprendre au moins un composant optique nanostructuré, par exemple une métasurface telle une méta-lentille, notamment pour réduire les dimensions du dispositif d’imagerie 2 et/ou le nombre de composants optiques du dispositif d’imagerie 2 et/ou pour ajouter des fonctions optiques supplémentaires au dispositif d’imagerie 2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’imagerie (2) comprenant un moyen de détection (4) d’un rayonnement électromagnétique issu d’une scène observée, caractérisé en ce que le moyen de détection (4) comprend une première et une deuxième zones de détection (6, 8) distinctes et respectivement sensibles à une première et à une deuxième bandes spectrales de rayonnement électromagnétique, le dispositif d’imagerie (2) comprenant un système optique (10) définissant une voie dioptrique ( 12) configurée pour orienter le rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale vers la première zone de détection (6), et définissant une voie catadioptrique ( 14) configurée pour orienter le rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale vers la deuxième zone de détection (8), le système optique ( 10) comprenant un filtre dichroïque ( 16) disposé à la fois sur la voie dioptrique ( 12) et sur la voie catadioptrique ( 14) et configuré pour transmettre le rayonnement électromagnétique compris dans la première bande spectrale et réfléchir le rayonnement électromagnétique compris dans la deuxième bande spectrale.
2. Dispositif d’imagerie (2) selon la revendication 1 , dans lequel le système optique ( 10) comprend un miroir concave ( 18) perforé en son centre disposé sur la voie catadioptrique ( 14), et une lentille (20) radialement centrée sur le miroir concave ( 18) disposée sur la voie dioptrique ( 12) et axialement entre la scène observée et le miroir concave ( 18).
3. Dispositif d’imagerie (2) selon la revendication 2, dans lequel le filtre dichroïque ( 16) comprend un traitement optique réalisé sur une surface de la lentille (20).
4. Dispositif d’imagerie (2) selon l’une quelque des revendications 1 à 3 , dans lequel le système optique ( 10) comprend un prisme (22) disposé sur la voie dioptrique ( 12) en regard de la scène observée.
5. Dispositif d’imagerie (2) selon la revendication 4, dans lequel le prisme (22) est apte à faire correspondre le champ d’observation de la voie dioptrique ( 12) avec le champ d’observation de la voie catadioptrique ( 14) de sorte que les première et deuxième zones de détection (6, 8) observent la même scène.
6. Dispositif d’imagerie (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 , dans lequel le système optique ( 10) comprend un ensemble d’ au moins une lentille (24) disposée à la fois sur la voie dioptrique ( 12) et sur la voie catadioptrique ( 14), l’ ensemble d’ au moins une lentille (24) étant disposé en regard du moyen de détection (4).
7. Dispositif d’imagerie (2) selon la revendication 6, dans lequel l’ ensemble d’ au moins une lentille (24) comprend au moins trois lentilles.
8. Dispositif d’imagerie (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la surface de la deuxième zone de détection (8) est au moins deux fois plus grande que la surface de la première zone de détection (6).
9. Dispositif d’imagerie (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la première bande spectrale comprend la bande spectrale MWIR, la deuxième bande spectrale comprenant la bande spectrale LWIR.
10. Dispositif d’imagerie (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le moyen de détection (4) comprend un capteur de rayonnement électromagnétique (30) configuré pour détecter le rayonnement électromagnétique compris dans au moins les première et deuxième bandes spectrales, une partie inférieure (32) du capteur (30) définissant la première zone de détection (6), une partie supérieure (34) du capteur (30) définissant la deuxième zone de détection (8).
1 1 . Dispositif d’imagerie (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le moyen de détection (4) comprend un premier capteur de rayonnement électromagnétique (36) configuré pour détecter le rayonnement électromagnétique compris dans au moins la première bande spectrale et définissant la première zone de détection (6), et un deuxième capteur de rayonnement électromagnétique (38) configuré pour détecter le rayonnement électromagnétique compris dans au moins la deuxième bande spectrale et définissant la deuxième zone de détection (8).
5
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