FR2479975A1 - Telemetre perfectionne fonctionnant dans l'infrarouge - Google Patents

Abstract

SELON L'INVENTION, UN DETECTEUR DE RAYONNEMENT INFRAROUGE EST SITUE EN UN POINT F ET RECOIT DE L'ENERGIE INFRAROUGE DE PARTIES ALTERNEES D'UN CHAMP DE VISION (PAR EXEMPLE DES PARTIES SITUEES ENTRE LES LIGNES 1 ET 2, 3 ET 4, 5 ET 6, ETC.), MAIS NE RECOIT PAS D'ENERGIE DES PARTIES ALTERNEES RESTANTES DU CHAMP. LA TOTALITE DU SYSTEME TOURNE AUTOUR DU POINT P, SI BIEN QUE LE SIGNAL DE SORTIE DU DETECTEUR COMPORTE UNE COMPOSANTE DE FREQUENCE LIEE A LA DISTANCE D'UNE CIBLE SE TROUVANT DANS UNE DIRECTION BALAYEE AU COURS DE LA ROTATION DU SYSTEME. LA MESURE DE LA FREQUENCE DE CETTE COMPOSANTE PERMET DE DETERMINER LA DISTANCE DE LA CIBLE.

Description

La présente invention concerne d'une manière générale les appareils sensibles à la distance d'une cible, et concerne en particulier les appareils de télémétrie.

On sait que la distance séparant une cible d'un point donné peut être déterminée par des procédés mettant en jeu un radar.

Cependant, même dans le cas de télémétrie en vision directe, un dispositif radar tend à être complexe et relativement volumineux, et son fonctionnement consomme une puissance considérable.

Dans le cas de la télémétrie en vision directe, on peut utiliser des dispositifs optiques dans lesquels deux images d'une cible sont observées chacune à travers un prisme différent, le déplacement relatif des prismes nécessaire pour amener les deux images en coincidence donnant une indication de la distance de l'objet considéré.

Un tel appareil est relativement simple et peu volumineux, mais les résultats obtenus dépendent essentiellement de l'habileté de l'opérateur, et peuvent donc être facilement affectés par des erreurs de celui-ci.

De plus, ce type d'appareil ne peut être utilisé que lorsque la cible est visible à l'oeil.

L'invention concerne un appareil perfectionné sensible à > distance d'une cible, et concerne en particulier un appareil perfectionné de télémétrie dans lequel les défauts mentionnés précédemment sont atténués.

Selon l'invention, un appareil sensible à la distance d'une cible comporte un détecteur d'énergie conçu à recevoir simultané slent de l'énergie électromagnétique venant de plusieurs parties séparées d'un champ de vision, et un dispositif produisant un balayage dudit champ de vision par rapport à la direction de la cible dont on veut déterminer la distance, de façon qu'en cours de fonctionnement le signal électrique de sortie dudit détecteur d'énergie comporte une composante de fréquence dépendant de la distance de ladite cible.

Le détecteur d'énergie peut comporter plusieurs détecteurs individuels d'énergie, chaque détecteur individuel étant disposé de façon à recevoir de l'énergie de l'une particulière desdites parties séparées dudit champ de vision, et les signaux de sortie des différentsx détecteurs individuels étant combinés. Cependant, de prdférence, ledit détecteur d'énergie est constitué par un seul détecteur disposé de façon à recevoir de énergie de toutes lesdites parties séparées dudit champ de vision.

Du fait que le signal de sortie dudit détecteur comporte une composante de fréquence dépendant de la distance d'une cible, l'appareil selon l'invention peut être utilisé pour constituer un téle- mètre. Dans ce cas, un dispositif sensible à la fréquence est connecté de façon à indiquer la distance d'une cible. Du fait que des cibles se trouvant à des distances différentes font apparaître différentes composantes de fréquence à la sortie dudit détecteur d'énergie, un ou plusieurs filtres passe-bande peuvent être connectés à la sortie dudit détecteur d'énergie, de façon à établir une ou plusieurs fenetres de distance, afin d'exclure des distances sélectionnées. Cette carac éristique peut être utilisée pour éliminer des réponses parasites venant d'objets se trouvant dans le champ de vision, mais ne présentant pas d'intérêt.Un ou plusieurs filtres peuvent avoir leur sortie reliée a un dispositif sensible à la fréquence, de façon à indiquer la distance d'une cible se trouvant dans la ou les fenêtres de distance correspondantes. En supplément, ou alternativement, un ou plusieurs filtres peuvent avoir leur sortie appliquée à un dispositif sensible à la fréquence produisant un signal indiquant la présence d'une cible à une distance présentant de l'intérêt, comprise dans la ou les fenêtres de distance
Le dispositif produisant le balayage dudit champ de vision par rapport à la direction dé la cible comporte de préférence un dispositif produisant une rotation dudit champ de vision.

Ledit détecteur d'énergie est géneralement constituE par un détecteur d'énergie électromagnétique infrarouge.

Normalement, les lignes limitant les différentes parties du champ de vision divergent dans la direction de la cible, de façon à présenter un point focal. Dans ce cas, lorsqu'il existe un dispositif produisant une rotation du champ de vision, l'axe de rotation est situé de préférence entre la cible et ledit point focal.

Une série d'éléments réfléchissants distincts peut être intercalée entre ledit point focal et l'axe de rotation, un élément réfléchissant étant affecté à chaque partie du champ de vision. Chaque réflecteur élémentaire est dispose de façon à diriger énergie électromagnétique sur un détecteur commun, par l'intermédiaire d'une fente particulière d'un réseau de fentes. En fait, dans ce cas, les différentes parties du champ de vision sont définies par le réseau de fentes dont l';mageest reprêsentéedans l'espace par lesdits réflecteurs élémencalres.

Normalement, les fentes sont étroites dans le plan de rotation et relativement allongées dans un plan perpendiculaire au plan de rotation, de façon à recueillir l'énergie de manière satisfaisante.

Dans un mode de réalisation de l'invention, lesdits réflecteurs élémentaires sont inclinés de façon que les images des fentes du réseau soient adjacentes dans le champ de vision, afin que ce champ de vision soit: divisé en une série de parties adjacentes correspondant chacune a une image d'une fente différente. De plus, dans ce mode de réalisation, il existe des moyens permettant de diviser optiquement en deux parties chaque fente, et donc chacune des parties adajacentes du champ de vision, la séparation étant effectuée dans une direction perpendiculaire au plan de rotation. L'énergie reçue par une partie de chaque fente est dirigée sur un détecteur, tandis que l'énergie reçue par l'autre partie de chaque fente est dirigée sur un autre détecteur, et les sorties des deux détecteurs sont combinées en opposition de phase avant d'être appliquées au dispositif de mesure de fréquence.Ce mode de réalisation fonctionne de façon très satisfaisante, en particulier, pour les distances élevées. Cependant, du fait que chaque élément réflecteur est associé à deux parties du champ de vision, une certaine confusion peut se produire aux courtes distances entre les deux parties du champ de vision correspondant à chaque dldmcnt réflecteur, du fait de l'utilisation d'une zone de formation d'image commune. Dans un mode de réalisation modifié, il existe une série d'éléments réflecteurs individuels, associés chacun à une partie du champ de vision, l'élément réflecteur individuel correspondant à une partie du champ de vision étant disposé de façon à diriger la lumiere sur une partie d'une fente du réseau, tandis que l'élément réflecteur individuel adjacent est disposé de façon à diriger à travers l'autre partie de la meme fente la lumière reçue à partir de la partie adjacente du champ de vision. En d'autres termes, pour chaque paire de parties adjacentes du champ de vision formée par l'image d'une fente, il existe deux éléments réflecteurs individuels associés chacun avec une partie différente de la même fente.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il existe un réseau d'éléments réfléchissant et concentrant l'énergie électromagnétique5 disposés de façon à diriger de 1'énergie électromagnétique sur un détecteur, chaque élément réfléchissant et concentrant voyant une partie distincte du champ de vision.De préférence, un second détecteur d'énergie électromagnétique est disposé de façon à recevoir de l'énergie électromagnétique d'un second réseau éléments réfléchissant et concentrant l'énergie électromagnétique, les éléments réfléchissants et concentrantsdudit second réseau étant intercalés alternativement entre les éléments réfléchissants et concentrantsdudit premier réseau, et disposés de façon à voir des parties distinctes différentes du champ de vision, intercalees alternativement entre les parties du champ de vision vues par les éléments réfléchissantset-concentrantsdudit premier réseau.Normalement, les partis du champ de vision vues par l'ensemble des éléments réfléchissants des deux réseaux présentent la même longueur dans le plan de rotation et, normalement, il existe des moyens combinant les signaux de sortie des deux détecteurs en opposition de phase, avant que le signal combiné ne soit appliqué à un dispositif sensible à la fréquence.

Chaque élément réfléchissant et concentrant est de préférence un élément réfléchissant sphérique.

Lesdits éléments réfléchissants et concentrants sont disposés de préférence de façon à diriger sur le détecteur d'énergie électromagnétique, ou sur le détecteur d'énergie électromagnétique respectif, la lumière venant des différentes parties du champ de vision, par l'intermédiaire d'un réseau de réflecteurs plans.Lesdits éléments réfléchissants et concentrants sont en outre disposés de façon à se trouver dans un plan distinct du plan dans lequel se trouve le réseau d'éléments réfléchissants plana, ces deux derniers plans étant cependant parallèles au plan de rotation, et lesdits éléments réfléchissants et concentrants ainsi que lesdits éléments réfléchissants plans étant inclinés par rapport à la perpendiculaire au plan de rotation de la valeur nécessaire pour transmettre au détecteur, ou aux détecteurs, selon le cas, l'énergie venant des éléments réfléchissants et concen tranLs.

De préférence, un second réseau d'éléments réfléchissants plans est intercalé entre ledit premier réseau d'éléments réfléchissants plans et le ou les détecteurs, ledit second réseau d'éléments réfléchissants plans se trouvant dans un plan distinct dudit plan dans lequel se trouve le premier réseau d'éléments réfléchissants plans, mais parallèle à ce dernier, et du côté de ce dernier opposé par rapport audit plan dans lequel se trouvent les éléments réfléchissants et concentrants. Les éléments réfléchissants plans dudit second réseau sont également inclinés de la manière nécessaire par rapport à la perpendiculaire au plan de rotation.Le détecteur, ou les détecteurs, peuvent se trouver dans le même plan que le second réseau d'éléments réfléchissants plans, ou dans un autre plan, distinct du plan dans lequel se trouve ledit second réseau d'éléments réfléchissants plans, mais parallèle à ce dernier et situé du côté de ce dernier opposé par rapport au plan dans lequel se trouve ledit premier réseau d'éléments réfléchissants plans.

Dans un mode de réalisation pratique dans lequel le plan de rotation est le plan horizontal, ledit réseau d'éléments réfléchissants et concentrants est disposé à un certain niveau à l'arrière d'un boîtier, de façon à diriger vers l'avant dudit boîtier l'énergie reçue dans la direction de la cible, afin que cette énergie atteigne ledit premier réseau d'éléments réfléchissants plans disposé à un niveau inférieur à l'avant dudit boîtier, ledit premier réseau d'éléments réfléchissants plans étant disposé de façon à diriger l'énergie électromagnétique vers l'arrière dudit boîtier, sur ledit second réseau d'éléments réfléchissants plans, lui-même disposé à un niveau encore inférieur de façon à diriger l'énergie électromagnétique vers ledit détecteur, ou lesdits détecteurs, montés à l'avant du boîtier à un niveau inférieur à celui dudit second réseau d'éléments réfléchissants plans.

L'axe de rotation est disposé de préférence de façon à passer approximativement par le milieu dudit réseau d'éléments réfléchissants et concentrants.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés,sur lesquels
- la figure 1 montre le principe fondamental d'un appareil de détermination de distance fonctionnant dans l'infrarouge, correspondant à l'invention
- les figures 2 et 3 sont des graphiques explicatifs ;
- la figure 4 est un schéma d'un mode de réalisation pratique d'un appareil de détermination de distance correspondant à l'invention
- les figures Sa et 5b représentent plus en détail certaines parties de l'appareil de la figure 4
- la figure 6 représente une modification de l'appareil de la figure 4 ;;
- les figures 7 et 8 sont respectivement des vues en plan, et en coupe en élévation d'un autre mode de réalisation d'un appareil de détermination de dis tance correspondant à l'invention ; et
- la figure 9 est un schéma synoptique représentant un système complet comprenant un appareil du type représenté sur les figures 7 et 8.

On se référera maintenant à la figure 1 qui représente un diagramme de sensibilité en azimut représenté par les lignes 1 à 11.

Par exemple, ce diagramme peut être engendré dans ltespace d'une manière similaire à celles utilisées dans l'une des demandes de brevet britanniques n" 45 065/71, 38 861/71 et 39 167/71, déposées par la demanderesse et concernant des cinémomètres optiques.

Dans le cas le plus simple, le diagramme de sensibilité peut être tel qu'un récepteur infrarouge se trouvant en un point de réception du rayonnement (par exemple au foyerF dans le cas simple de la figure 1) reçoive un rayonnement infrarouge venant de parties alternées du champ de vision (par exemple,entre les lignes 1 et 2, 3 et 4, 5 et 6, 7 et 8, 9 et 10), mais ne venant pas des parties alternées restantes du champ de vision (par exemple, entre les lignes 2 et 3, 4 et 5, 6 et 7, 8 et 9, 10 et 11). Ceci peut être obtenu simplement en utilisant un réseau approprié placé entre le détecteur et la cible, ce réseau éliminant toutes ces parties alternées restantes du champ de vision. On supposera que le "facteur de forme" entre les parties adjacentes du champ de vision est égal à l'unité.

Fondamentalement, dans le cas d'un mouvement uniforme, la relation entre la distance et le temps est donnée par
vxt=d v étant la vitesse dans la direction du déplacement.

Cette relation peut également être exprimée à partir des inverses des quan titres considérées ci-dessus, à savoir
1 1 1
d t v
Ceci peut encore s'écrire :
fréquence temporelle
fréquence spatiale = (1)
vitesse
Si l'on fait tourner le diagramme de sensibilité de la figure 1 autour d'un point P situé sur l'axe de symétrie à une distance r du foyer F, avec une vitesse angulaire w constante, et si ia distance entre le point P et une cible T est égab à R, on peut écrire
v = R# (2) et la fréquence spatiale fondamentale f produite par le diagramme de
s sensibilité est donnée par

darus laquelle a est l'angle sous-tendu au foyer F par une paire de lignes (c'est-à-dire l'angle entre deux lignes limitant une partie du champ de vision).

En combinant les équations (1), (2) et (3), on obtient
1 f
(r + R)α = R# soit

En supposant que l'écartement entre les cycles consécutifs du diagramme de sensibilité au niveau de l'ouverture optique est égal à s, on a
s = ra et f = # x rR (4)
s r + R
Dans un système collimaté, c'est-à-dire dans un système où les lignes 1 à 11 sont parallèles entre elles, la distance r est infinie, ce qui simplifie l'équation (4) qui devient f= uR (5)
s
Dans ce cas, la fréquence fondamentale engendrée par le diagramme de sensibilité tournant et par le contraste dû à la cible est directement proportionnelle à la distance.

Dans le cas d'un système non collimaté > dans lequel la distance r est relativement petite, lléquation (4) est approximativement équivalente à
f = #r (b)
s et la fréquence fondamentale est indépendante de la distance de la cible.

Dans le cas d'un système partiellement collimaté, dans lequel les lignes 1 à 11 ne sont pas parallèles entre elles, mais dans lequel la distance r est relativement grandie, l-téquation (4) peut être écrite sous la forme

qui peut être comparée directement avec l'équation (5). On voit alors que pour une distance particulière R, le comportement du système est équivalent à celui d'un système collimaté ayant un écartement entre cycles adjacents égal à

Ainsi, dans le cas du système partiellement collimaté) l'écartement entre cycles augmente avec la distance. Ceci ne permet d'utiliser qu'une ouverture optique totale plus faible pour que l'écartement du diagramme de sensibilité soit adapté de façon optimale à la taille de la cible, à la distance maximale appropriée.Par exemple, la figure 2 montre la relation entre les facteurs (R + r) et R, dans
r le cas où l'écartement entre les paires de lignes individuelles au niveau de l'ouverture optique est choisi égal à 0,1 m. L'ouverture effective de la paire de lignes pour différentes valeurs de r est donnée dans le tableau ci-après.

TABLEAU
Ouverture effective d'une paire de lignes écartées de 0,1 m,à une distance de 5000 m

<tb> <SEP> r <SEP> (mètres) <SEP> 125 <SEP> 250 <SEP> 500 <SEP> 1000
<tb> ouverture <SEP> (mètres) <SEP> 4 > 1 <SEP> J <SEP>
<tb> effective <SEP> 2,1 <SEP> 1,1 <SEP> 0,6 <SEP> 0 > 1 <SEP>
<tb>
En supposant , s et r constants, on peut déterminer la précision des mesures de distance fournies par un tel système partiellement collimaté, en partant de l'équation (4) et en opérant de la manière suivante.En prenant le logarithme des deux membres de l'équation (4) et en différentiant l'équation obtenue, on a
df - r dR (8)
f r + R x R
Il s'ensuit que la précision des mesures de distance est diminuée dans le rapport
r
r+R par rapport à un système collimaté. Ce rapport est égal à l'inverse de l'augmentation de l'écartement entre cycles.

Si on suppose qu'il existe un nombre de cycles fixes dans l'ouverture optique, la largeur de bande relative df/f est constante.

Ainsi, la capacité du système à mesurer les distances et à éliminer les réponses parasites est d'autant meilleure que le facteur r est élevé.

La figure 3 représente la réponse en fréquence pour différentes valeurs de r. Dans chaque cas, on utilise les paramètres suivants - ouverture horizontale du système : 1 m - nombre de cycles : 10 - écartement horizontal d'une seule
paire de lignes au niveau de
l'ouverture optique : 0,1 m - bande passante relative : + 10 % - période de rotation : 10 s
Ainsi, dans un mode de réalisatinn. pratique dtun dis- positif de surveillance au sol, pouvant détecter des cibles jusqu'à une distance de 5000 m, r serait choisi entre 500 et 1000 m.Ceci conduirait à une ouverture effective de 1,1 à 0,6 m par paire de lignes, à une distance de 5000 m,avec une ouverture effective proportionnellement moindre pour des distances plus courtes (voir figure 2).

On voit que la dimension r constitue un paramètre important dans la réalisation pratique d'un dispositif de télémétrie correspondant à l'invention.

Lorsque r croît, le système s'approche de plus près d'un système collimaté, et il présente une meilleure résolution en distance, ainsi qu'une meilleure élimination des réponses parasites. Inverserment, lorsque r décroît, l'écartement entre les cycles du diagramme dc sensibilité devient plus grand, et les dimensions globales du système optique deviennent plus petites.

La conception du système résulte donc d'un compromis conduisant à donner au paramètre r la valeur la plus élevée possible.

Ceci est accompli en adaptant l'écartement du diagramme de sensibilité a la taille de la cible etàla distance maximale appropriée.

Dans le mode de réalisation pratique décrit ci-après en relation avec les figures 4, Sa et 5b, on peut utiliser une valeur de r relativement élevée, tout en évitant les dimensions globales importantes auxquelles on serait conduit en employant la configuration simple de la figure 1.

Les éléments desfigures4, Sa et 5b analogues à des éléments de la figure 1 portent les mêmes numéros de référence que sur la figure 1.

Contrairement à la configuration de la figure 1, les parties correspondant à la division du champ de vision ne comportent pas de parties correspondant aux parties pleines du réseau 12, entre les fentes. Ceci est obtenu en inclinant de façon appropriée chacun des éléments réfléchissants 13 à 22, de façon à juxtaposer les images des fentes du réseau 12.

L'énergie reçue à partir de chaque partie distincte du champ de vision, à travers les différentes fentes du réseau 12, est focalisée par une lentille collectrice 24 sur un système de détection de rayonnement infrarouge constitué par deux détecteurs distincts 25N et 25P. Le détecteur 25N est disposé de façon à recevoir de l'énergie à travers une moitié de chaque fente du réseau 12, tandis que le détecteur 25P est disposé de façon à recevoir de l'énergie à travers l'autre moitié de chaque fente du réseau 12. La disposition optique des détecteurs 25N et 25P, des lentilles 23 et 24 et du réseau 12 sera décrite plus en détail en relation avec les figures Sa et 5b. La figure 4 représente cependant l'action produite par cet ensemble optique.Chaque partie du champ de vision (par exemple entre la paire de lignes 1 et 2) correspondant à une fente du réseau 12, est divisée elle-même en deux partiels, une partie vue finalement par le détecteur 25N et l'autre partie vue finalement par le détecteur 25P. Si les signaux de sortie électriques des deux détecteurs sont combinés en opposition de phase, c'est-à-dire si le signal de sortie du détecteur 25N est inversé et additionné au signal de sortie du détecteur 25P, on obtient un diagramme de sensibilité du type de celui représenté en 26.Comme on le voit, le diagramme de sensibilité présente un cycle complet sur la largeur de chaque partie du champ de vision vue à travers une fente, un demi-cycle négatifcorres- pondant à la partie vue par le détecteur 25N, et un demi-cycle positif correspondant à la partie vue par le détecteur 25P.

Comme il a été indiqué précédemment, le diagramme de sensibilité est constitué par 10 parties du champ de vision, entre les lignes 1 et 2, 2 et 3, 3 et 4, etc..., chaque partie comportant une partie de sensibilité négative vue finalement par le détecteur 25N, et une partie de sensibilité positive vue finalement par le détecteur 25P.

Les dix parties différentes du champ de vision sont définies en formant dans l'espace les images des fentes du réseau à dix fentes 12, par l'in- termédiaire des dix éléments distincts 13 à 22, réfléchissant les rayons infrarouges. Un objectif 23 est intercalé entre le réseau 12 et les éléments réfléchissants 13 à 22.

Les détecteurs 25N et les lentilles 23 et 24, le réseau 12 et Les éléments réfléchissants distincts 13 à 22 sont contenus dans un boîtier 27 monté de façon à pouvoir tourner en azimut autour du point P.

Les fentes du réseau 12 sont relativement étroites en azimut, c'est-à-dire dans le plan de rotation (autrement dit dans le plan du dessin), mais relativement longues en élévation, c'est-à-dire dans le plan perpendiculaire au plan de rotation, de façon à collecter la plus grande quantité d'energie possible.

Le système optique est en fait-un système du type partiellement collimaté, défini précédemment. Les lignes 1 à 11 limitant les différentes parties du champ de vision sont divergentes dans la direction de la cible T et, si on les prolongeait au-delà des éléments réfléchissants 13 à 22 (comme il est représenté par les lignes en pointillé 1V à 11V) elles se couperaient en un point commun situé en un foyer virtuel éloigné (non représenté). On comprend maintenant que dans le cas de la configuration représentée sur la figure 4, la distance r entre le point de rotation P et le foyer correspondant au point F de la figure 1, peut être grande sans que les dimensions globales de la tête optique contenues dans le boîtier 27 soient excessivement grandes.Ceci est important, non seulement du fait que la tête optique tourne autour du point P, mais aussi du fait que la tête a d'autant moins de chance d'être remarquée au niveau de la cible, que ses dimensions sont petites.

On se référera maintenant en particulier aux figures Sa et 5b 5b,montrant que le réseau 12 se trouve dans un plan image conjugué de l'objectif 23. Pour diviseur en deux parties égales l'énergie reçue par chaque fente, l'une de ces parties devant être reçue par le détecteur 25N, et l'autre par le détecteur 25P, un élément de réfraction 28, de forme prismatique symétrique, (représente à plus grande échelle sur la figure 5b) est disposé dans chaque fente.

L'énergie correspondant à une moitié d cycle spatial d'information frappe l'une des faces de chaque élément prismatique, tandis que l'énergie correspondant à l'autre moitié du cycle spatial d'information frappe l'autre face de chaque élément prismatique.

Dans chaque cas, l'énergie atteignant l'une des faces (par exemple la face supérieur sur le dessin) est réfractée dans une direction génerale donnée (c'est-à-dire vers le bas sur le dessin), tandis que l'énergie atteignant l'autre face est réfractée dans une autre direction générale donnée (c'est-à-dire vers le haut sur le dessin). Dans l'ensemble optique complet, le condenseur 24 concentre cette énergie réfractée en deux zones dans lesquelles sont placés les photodétecteurs 25N et 25P, comme si l'énergie venait en fait de deux lentilles équivalentes 23N et 23P placées respectivement de chaque côté de l'objectif 23, comme il est représenté en pointillé.Ainsi, la totalité de l'énergie venant des demi-cycles de rang pair ou demi-cycles positifs, du diagramme de sensibilité atteint l'un des photodétecteurs (par exemple le photodétecteur 25P), et toute énergie venant de demi-cycles de rang impair, ou demi-cycles négatifs, atteint l'autre photodétecteur (par exemple le photodétecteur 25N) ce qui permet d'équilisrer les signaux en combinant en opposition de phase les sorties des deux détecteurs. Ceci renforce le signal désiré et tend à annuler les signaux parasites.

On se référera maintenant à la figure 6 sur laquelle on a utilisé les mêmes numéros de référence que sur la figure 4 pour désigner les éléments similaires à des éléments de la figure 4. Comme on le voit, la seule différence entre la configuration représentée sur la figure 6 et celle décrite en relation avec les figures 4, 5a et 5b,consiste en ce que chaque élément réfléchissant distinct du rayonnement infrarouge, correspondant aux références 13 à 22 sur la figure 4, est remplacé par deux éléments distincts réfléchissant le rayonnement infrarouge.Les deux éléments distincts réfléchissant le rayonnement infrarouge et rempla çant l'élément 13 de la figure 4 portent les références 13P et 13N, respectivement, les deux éléments remplaçant l'élément 14 de la figure 4 portent les références 14P et 14N, respectivement, et ainsi de suite.

Les éléments 13P, 14P, 15P, 16P, 17P, 18P, 19P, 20P, 21P et 22P sont disposés de façon à diriger sur le détecteur 25P de la lumière venant des parties du champ de vision correspondant aux demi-cycles positifs du diagramme de sensibilité, tandis que, de façon similaire, les éléments 13N à 22N sont disposés de façon à diriger sur le détecteur 25Nla lumière venant des parties du champ de vision correspondant aux demi-cycles négatifs du diagramme de sensibilité.

Cette configuration fonctionne de façon similaire au mode de réalisation représenté sur la figure 4. On notera cependant qu'elle apporte une diminution de la tendance à la confusion se manifestant pour les courtes distances entre la lumière venant de parties adjacentes du champ de vision, du fait de la région de formation d'image commune du mode de réalisation de la figure 4.

On considérera maintenant les figures 7 et 8, dans lesquelles on utilise un système optique n'utilisant que des éléments réfléchissants, sans faire appel à un réseau de fentes. La figure 7 est une vue en plan,darls le plan de rotation autour du point P, tandis que la figure 8 est une vue en coupe en élévation.

Le diagramme de sensibilité est engendré par 20 éléments sphériques réfléchissant et concentrant le rayonnement infrarouge,
portant les références 27A à 46A. Ces éléments réfléchissants sont montés
à un niveau supérieur à l'arrière d'un boîtier 47 possédant une face
avant 48 pouvant être soit ouverte, soit fermée par une feuille d'un
matériau transparent au rayonnement infrarouge.

Comme dans la configuration des figures 4 et 6, le
champ de vision est divisé en dix parties, chacune étant constituée
par deux parties égales comprises entre les lignes 49 et 50, 50 et 51,
51 et52, etc. Chaque paire de parties adjacentes correspond à un cycle
complet du diagramme de sensibilité, représenté à nouveau en 26. Comme
dans la configurationde la figure 6, un élément réfléchissant distinct,
27A à 46A, est affecté à chaque partie du champ de vision. Les éléments
réfléchissants 27A à 46A de rang impair reçoivent de l'énergie des
parties du champ de vision correspondant aux demi-cycles positifs du
diagramme de sensibilité, tandis que les éléments réfléchissants 27A à 46A de rang pair reçoivent de l'énergie des parties du champ de vision
correspondant aux demi-cycles négatifs du diagramme de sensibilité.

La nature périodique du diagramme de sensibilité résulte à nouveau du fait
que, comme on le verra ultérieurement, on utilise deux détecteurs infra
rouges dont les signaux de sortie sont combinés en opposition de phase.

Ces deux détecteurs de rayonnement infrarouge portent les références 25N
et 25P, du fait qu'ils sont essentiellement analogues aux détecteurs por
tant les mêmes références dans les configurations des figures 4 et 6.

Dans le plan horizontal, les axes des éléments réflé
chissants 27A à 46A sont disposés de façon à coincider avec les lignes
médianes des différentes parties du diagramme de sensibilité (parties
positives ou négatives selon le cas), ce diagramme de sensibilité pouvant
être collimaté, ou partiellement collimaté, comme il a été indiqué précé
demment. Dans le plan vertical, les éléments réfléchissants 27A à 46A
sont inclinés vers le bas (comme il est nettement plus visible sur la
figure 8), et chaque élément réfléchissant dirige l'énergie reçue sur
un miroir particulier appartenant à un premier réseau de vingt miroirs
plans 27B à 46B, disposés à un niveau inférieur vers l'avant du boîtier 47.

Chaque élément réfléchissant plan 27B à 46B est disposé à son tour de
façon à réfléchir l'énergie reçue sur un réflecteur particulier apparte
nant à un autre réseau de vingt réflecteurs plans 27C à 46C, disposés à un niveau encore plus inférieur vers l'arrière du boîtier 47.

Le second réseau de réflecteurs plans. 27C à 46C est finalement disposé de façon à réfléchir l'énergie reçue sur l'un ou l'autre des deux détecteurs infrarouges 25N et 25P mentionnés précédemment, qui sont montés vers l'avant du boîtier et à un niveau inférieur à celui dudit second réseau de réflecteurs plans.

Comme il est~représenté, les réflecteurs du réseau de réflecteurs plans 27B à 46B sont inclinés dans le plan horizontal de façon à juxtaposer les éléments du système optique, et sont également inclinés dans le plan vertical, de façon à réfléchir l'énergie vers le bas, en direction des éléments réfléchissants 27C à 46C,se trouvant au niveau inférieur.

On voit que l'énergie reçue par les réflecteurs de rang impair appartenant au réseau de réflecteurs plans 27C à 46C est dirigée sur le détecteur 25P tandis que l'énergie reçue par les réflecteurs de rang pair appartenant au réseau de réflecteurs plans 27C à 46C est dirigée sur le détecteur 25N. Ainsi, le détecteur 25P reçoit l'énergie venant des éléments réfléchissants et concentrants 27A à 46A de rang impair, et donc des parties du champ de vision correspondant aux demi-cycles positifs du diagramme de sensibilité, tandis que le détecteur 25N reçoit l'énergie venant des éléments réfléchissants et concentrants 27A à 46A de rang pair, et donc des parties du champ de vision correspondant aux demi-cycles négatifs du diagramme de sensibilité.Comme il a été mentionné précédemment, la polarité du signal de sortie du détecteur 25N est inversée avant que ce signal ne soit combiné avec le signal de sortie du détecteur 25P, puis le signal combiné est soumis à une détection de fréquence, comme il a été indiqué précédemment. Ceci sert à réaliser un effet d'équilibrage tendant à réduire la sensibilité du système en ce qui concerne le bruit.

Les longueurs totales des chemins optiques entre les réflecteurs 27.N à 46A et les détecteurs 25P et 25N, ainsi que la distance focale des éléments réfléchissants et concentrants 27A à 46A, sont choisies de façon à former sur les détecteurs des images correspondant à une distancc nominale, déterminée en fonction des besoins, avec un grossissement tel que l'image correspondant à un demi-cycle (c'est-à-dire à la moitié de la distance entre les lignes 49 et 50, 50 et 51, etc...), occupe exactement un détecteur à cette distance nominale.

Les avantages des systèmes représentés sur les figures 7 et 8, en comparaison par exemple avec les systèmes représentés sur les figures 4 ou 6, viennent de ce qu'ils permettent d'accomplir la formation des images sans décalage par rapport à l'axe principal dans le plan horizontal, de façon à réduire les aberrations dans ce plan. Le plan horizontal présente une grande importance, dans la mesure où on suppose qu'il correspond au plan de rotation. Le système représenté présente une diffraction limitée dans le plan horizontal. Le fait que les élémentsconcentrants 27A à 46A soient inclinés verticalement ne présente pas de conséquence défavorable en pratique, du fait que la légère aberration pouvant en résulter-dans le plan vertical demeure tolérable. L'utilisation exclusive éléments réfléchissants évite tout effet chromatique.On notera également que cette configuration permet de régler le degré de collimation, en réglant convenablement chacun des éléments réfléchissants et concentrants 27A à 46A.

On se référera maintenant à la figure9 sur laquelle le système représenté comporte une tête de balayage 60 correspondant à celle représentée sur les figures 7 et 8. Deux détecteurs de rayonnement infrarouge sont représentés schématiquement en 25N et 25P. La sortie du détecteur de rayonnement infrarouge 25N est connectée à un inverseur 61.

La sortie de l'inverseur 61 est combinée avec la sortie de l'autre détecteur de rayonnement infrarouge,25P.

Le signal de sortie combiné est appliqué aux entrées de plusieurs filtres passe-bande qui, dans ce cas, sont au nombre de quatre 62, 63, 64 et 65. Chaque filtre passe-bande possède une bande passante pouvant être très étroite ou relativement large, en fonction des besoins, correspondant à une fenêtre de distance intéressante. La sortie de chaque filtre passe-bande 62 à 65 est connectée à l'entrée d'un détecteur de fréquence 66 à 69, respectivement. Chaque détecteur de fréquence 66 à 69 fournit un signal de sortie s'il détecte une fréquence transmise par le filtre passe-bande respectif. Les sorties des détecteurs de fréquence 66 à 69 sont connectées aux entrées de quatre indicateurs 70 à 73, respectivement.

Chaque indicateur 70 à 73 fournit une indication sous une forme désirée en cas de détection d'une cible à une distance se trouvant dans la fenêtre de distance correspondant au filtre passe-bande respectif. Dans sa forme la plus simple, chaque indicateur peut servir simplement à alerter un opérateur.

Comme il est représenté, la sortie de chaque filtre passebande 62 à 65 est également appliquée à un indicateur de distance accomplissant une mesure de fréquence, 74, ce qui permet d'indiquer également la distance dela cible. L'indicateur de distance est constitué essentiellement par la combinaison d'un convertisseur fréquence-tension et d'un appareil de mesure. Une telle combinaison peut être affectée à chaque fenêtre de distance > ou à plusieurs fenêtres, ou à toutes les fenêtres, en combinant de façon appropriée les sorties des filtres 62 à 65 appliquées à l'indicateur de distance 74. Electriquement, l'indicateur de distance 74 est similaire à l'appareil utilisé pour indiquer la vitesse à partir d'un signal d'entrée correspondant à une fréquence "Doppler" dans un système de radar.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (24)

REVENDICATIONS

1. Appareil fournissant une indication de distance > caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur d'énergie disposé de façon à recevoir simultanément de l'énergie électromagnétique à partir de parties distinctes d'un champ de vision, et un dispositif déterminant un balayage dudit champ de vision par rapport à la direction d'une cible, grâce à quoi, au cours du fonctionnement, le signai électrique de sortie dudit détecteur d'énergie comporte une composante defréquence dépendant de la distance de ladite cible.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit détecteur d'énergie comporte plusieurs détecteurs d'énergie individuels, chaque détecteur individuel étant disposé de façon à recevoir de l'énergie de l'une particulière desdites parties distinctes dudit champ de vision, et les signaux de sortie desdits détecteurs individuels étant combinés.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit détecteur d'énergie comporte un seul détecteur d'énergie disposé de façon à recevoir de l'énergie à partir de la totalité desdites parties distinctes dudit champ de vision.

4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif déterminant un balayage dudit champ de vision par rapport à la direction d'une cible comporte un dispositif produisant une rotation dudit champ de vision.

5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit détecteur d'énergie est un détecteur sensible au rayonnement infrarouge. t

6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les lignes limitant les différentes parties du champ de vision sont disposées de façon à diverger dans la direction de la cible, de façon que ces lignes définissent un foyer.

7. Appareil selon la revendication 4 et la revendication 6, caractérisé en ce que l'axe de rotation est situé du côté de la cible par rapport audit foyer.

8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'unie série d'éléments réfléchissants distincts est intercalée entre ledit foyer et ledit ae de rotation, un élément réfléchissant étant affecté à chaque partie du champ de vision, chaque élément réfléchissant distinct étant disposé de façon à diriger l'énergie électromagnétique sur un détecteur commun, par l'intermédiaire d'une fente particulière d'un réseau de fentes.

9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites fentes sont étroites dans le plan de rotation et relativement longues dans un plan perpendiculaire au plan de rotation, de façon à bien recueillir l'énergie.

10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdits éléments réfléchissants distincts sont inclinés de façon que les images des fentes du réseau soient juxtaposes dans le champ de vision, afin que ce champ de vision soit divisé en une série de parties adjacentes correspondant chacune à l'image d'une fente distincte ; et en ce qu'il comporte un dispositif divisant optiquement chaque fente, et donc chacune desdites parties adjacentes du champ de vision, en deux partiels, dans une direction perpendiculaire au plan de rotation, l'énergie reçue par une partie de chaque fente étant dirigée vers un détecteur, et l'énergie reçue par l'autre partie de chaque fente étant dirigée vers un autre détecteur, et les signaux de sortie de ces détecteurs étant combinés en opposition de phase avant d'être appliqués à un dispositif de mesure de fréquence.

11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdits éléments réfléchissants distincts sont inclinés de façon que les images des fentes du réseau soient juxtaposes dans le champ de vision, afin que ce champ de vision soit divisé en une série de parties adjacentes correspondant chacune à l'image d'une partie d'une fente distincte, l'élément réfléchissant distinct correspondant à une partie du champ de vision étant disposé de façon à diriger la lumière vers une partie d'une fente déterminée du réseau de fentes et l'élément réfléchissant distinct adjacent étant disposé de façon à diriger vers l'auLre partie de la même fente la lumière reçue à partir de la partie adjacente du champ de vision,la séparation entre les deux parties de chaque fente étant perpendiculaire au plan de rotation , l'énergie reçue par une partie de chaque fente étant dirigée sur un détecteur et l'énergie reçue par l'autre partie de chaque fente étant dirigée sur un autre détecteur, et les signaux de sortie de ces détecteurs étant combinés en opposition de phase avant d'être appliqués à un dispositif de mesure de fréquence.

12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3-à7, caractérisé en ce qu'il comporte un réseau d'éléments réfléchissant et concentrant l'énergie électromagnétique, chaque élément de ce reseau étant disposé de façon à former dans l'espace une image d'un détecteur d'énergie électromagnétique, et chaque élément réfléchissant et concentrant voyant une partie distincte du champ de vision.

13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un second détecteur d'énergie électromagnétique disposé de façon que son image soit formée dans l'espace par un second réseau d'éléments réfléchissant et concentrant l'énergie électromagnétique, les éléments réfléchissants et concentrants dudit second réseau étant intercalés alternativement entre les éléments réfléchissants et concentrants dudit premier réseau, et étant disposés de façon à voir des parties distinctes du champ de vision intercalées alternativement entre les parties du champ de vision vues par les éléments réfléchissants et concentrants dudit premier réseau.

14. Appareil selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que les parties du champ de vision vues par l'ensemble des éléments réfléchissants des deux réseaux présentent une longueur égale dans le plan de rotation ; et en ce qu'il comporte un dispositif combinant en opposition de phase les signaux de sortie des deux détecteurs, avant que ces signaux ne soient appliqués à m dispositif de mesure de fréquence.

15. Appareil selon l'une quelconque des revendications 12 à 14 > caractérisé en ce que chaque élément réfléchissant et concentrant est un élément réfléchissant sphérique.

16. Appareil selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que lesdits éléments réfléchissants et concentrants sont disposés de façon à diriger sur le détecteur d'énergie électromagnétique, ou sur le détecteur d'énergie électromagnétique respectif, par l'intermédiaíre d'un réseau de réflecteurs plans, la lumière reçue des différentes parties du champ de vision, lesdits éléments réfléchissants et concentrants étant disposés de façon à se trouver dans un plan distinct du plan dans lequel se trouvent les éléments réfléchissants plans, ces deux derniers plans étant cependant parallèles au plan de rotation, et lesdits éléments réfléchissants plans et lesdits éléments réfléchissants et concentrants étant inclinés par rapport

à la perpendiculaire au plan de rotation de la valeur nécessaire pour transmettre au détecteur, ou aux détecteurs, selon le cas, l'énergie venant des éléments réfléchissants et concentrants.

17. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'un second réseau d'éléments réfléchissants plans est intercalé entre ledit premier réseau d'éléments réfléchissants plans et le ou les détecteurs, ledit second réseau d'blemets réfléchissants plans se trouvant dans un plan distinct mais parallèle par rapport audit plan dans lequel se trouvent les éléments réfléchissants plans dudit premier réseau, et situé du côté de ce dernier plan qui est opposé au côté duquel se trouve ledit plan contenant lesdits éléments réfléchissants et concentirants, les éléments réfléchissants plans dudit second réseau étant également inclinés de la valeur nécessaire par rapport à la perpendiculaire au plan de rotation.

18. Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ceque le ou les détecteurs se trouvent dans le même plan que ledit second réseau d'éléments réfléchissants plans.

19. Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que le ou les détecteurs se trouvent dans un plan distinct mais parallèle par rapport au plan dans lequel se trouve ledit second réseau d'éléments réfléchissants plans, et situé du côté de ce dernier plan opposé au côté duquel se trouve le plan contenant le premier réseau d'éléments réfléchissants plans.

20. Appareil selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que le plan de rotation est le plan horizontal en ce que ledit réseau d'éléments réfléchissants et concentrants est disposé à un premier niveau à l'arrière d'un boîtier, de façon à diriger l'énergie reçue dans la direction de la cible vers l'avant dudit boîtier, sur ledit premier réseau d'éléments réfléchissants plans, disposé à un niveau inférieur à l'avant dudit boîtier ; en ce que ledit premier réseau d'éléments réfléchissants plans est disposé de façon à diriger l'énergie vers l'arrière dudit boîtier, sur ledit second réseau d'éléments réfléchissants plans, lui-même disposé à un niveau encore plus inférieur ; et en ce que ledit second réseau d'éléments réfléchissants plans est disposé de façon à diriger l'énergie vers ledit détecteur, ou lesdits détecteurs, montés à l'avant du boîtier, à un niveau inférieur à celui dudit réseau d'éléments réfléchissants plans.

21. ' Appareil selon l'une quelconque des revendications 12 à 20, caractérisé en ce que l'axe de rotation passe approximativement par le milieu dudit réseau d'éléments réfléchissants et concentrants.

22. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 a Li, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif sensible à la fréquence indiquant la distance d'une cible branché de façon à recevoir le signal de sortie dudit détecteur d'énergie.

23. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs filtres passe-bande connectés à la sortie dudit détecteur d'énergie, de façon à établir une ou plusieurs fenêtres de distance permettant d'éliminer certaines dis tances choisies.

24. Appareil selon la revendication 23, caractérisé en ce que le signal de sortie de l'un au moins desdits filtres est appliqué à un dispositif sensible à la fréquence produisant un signal indiquant la présence d'une cible se trouvant à une distance intéressante, comprise dans la fenêtre de distance, ou dans l'une des fenêtres de distance.