FR2521733A1 - INFRARED RADIATION DETECTOR - Google Patents

Abstract

An infrared radiation detector assembly comprises a radiation detector element or an arrangement of radiation detector elements, a focusing lens and/or mirror arrangement which, as the case may be, forms a part of an optical scanning system which focuses radiation received onto the detector element, as well as a screen or mask which surrounds the beam path towards the detector element and screens the detector element from stray radiation. In order to reduce the problems of known assemblies of this type, in which the radiation reflected or emitted by the detector element itself is retroreflected from the inner surface of the screen onto the detector element, as the case may be on to precisely the same point from which the radiation emanated, the inner surface of the screen is shaped in such a way that the radiation coming from the region of the detector element is deflected onto a non-reflecting surface which surrounds the detector element. For this purpose, the surface has a shape which is spheroidal or in the form of an axially offset spherical segment.

Description

La presente invention concerne des détecteurs de rayonnement infrarouge et un écran qui permet de reduire certains phénomènes indésirables pouvant se produire lors de leur utilisation. The present invention relates to infrared radiation detectors and a screen which makes it possible to reduce certain undesirable phenomena which may occur during their use.

Dans un dispositif de formation d'image thermique, un rayonnement infrarouge provenant d'un champ de vision est transmis à un détecteur de rayonnement via un système optique comprenant en série une lentille d'objectif, un dispositif de balayage optique constitué, par exemple, d'un miroir plan oscillant et d'un miroir polygonal tournant,et une lentille de focalisation.Le fonctionnement du système de balayage est tel que la partie du champ de vision dont provient réellement le rayonnement et que reçoit le détecteur se déplace dans le champ de vision, par exemple, en formant un motif de balayage par lignes Le détecteur peut comprendre un élément unique ou "photosite", ou une matrice ou réseau d'éléments de cette nature
On connaît l'interet qu'il y a à protéger un tel détecteur,lorsqu'il est utilisé dans un dispositif de formation d'image thermique, contre le "bruits' dt au rayonnement tel que le rayonnement parasite provenant des parties émettrices du dispositif de formation d'image lui-même En particulier, on a proposé de placer, entre la lentille de focalisation et l'élément détecteur d'un dispositif de formation d'image thermique, un écran ou bouclier cylindrique, dont la surface intérieure est extrêmement réfléchissante et présente un faible pouvoir émissif , et est dente lée de manière à définir un grand nombre de "reflecteurs dièdres cubiques" qui ont la propriété de réflZchir un rayonnement reçu suivant un trajet de retour parallèle au trajet d'arrivée. Avec un tel écran, le seul rayonnement qui peut être réfléchi par l'écran vers le détecteur est le rayonnement qui provient du détecteur lui-même et ce détecteur est suppose être un corps froid".Cependant, le détecteur peut en fait réfléchir ou diffuser une partie du rayonnement de l'image qu'il reçoit et, si tel est le cas, ce rayonnement sera renvoyé par un écran formant réflecteur dièdre vers le détecteur pour donner un effet tel que les "points chauds" de l'image sont disséminés, éventuellement au point même oR les parties d'image à faible contraste du voisinage deviennent masquées.In a thermal imaging device, infrared radiation from a field of vision is transmitted to a radiation detector via an optical system comprising in series an objective lens, an optical scanning device consisting, for example, an oscillating plane mirror and a rotating polygonal mirror, and a focusing lens. The functioning of the scanning system is such that the part of the field of vision from which the radiation actually comes and which the detector receives moves in the field of vision, for example, by forming a scanning pattern by lines The detector can comprise a single element or "photosite", or a matrix or network of elements of this nature
We know the value of protecting such a detector, when it is used in a thermal imaging device, against "noise" due to radiation such as parasitic radiation coming from the emitting parts of the device. In particular, it has been proposed to place, between the focusing lens and the detector element of a thermal imaging device, a cylindrical screen or shield, the inner surface of which is extremely reflecting and has a low emissivity, and is slender so as to define a large number of "cubic dihedral reflectors" which have the property of reflecting received radiation following a return path parallel to the arrival path. , the only radiation that can be reflected from the screen back to the detector is the radiation that comes from the detector itself, and that detector is assumed to be a cold body. "However, the detector can actually reflect or scatter part of the radiation from the image it receives and, if this is the case, this radiation will be returned by a screen forming a dihedral reflector towards the detector to give an effect such that the "hot spots" of the image are scattered, possibly at the same point where the low-contrast image parts of the neighborhood become masked.

Selon la présente invention, on prévoit un ditec- teur de rayonnement infrarouge comprenant un élément sensible aux infrarouges, un moyen de focalisation placé de ma nière à transmettre le rayonnement infrarouge reçu vers l'élément, un moyen définissant une surface non réfléchissante placée autour de l'élément et, entre le moyen de focalisation et l'élément, un écran ayant au moins une partie de surface interne réfléchissante, à faible pouvoir émissif, qui est disposée autour du trajet du rayonnement allant du moyen de focalisation à- ltel.ement et en regard du sens général de l'élément, la partie de surface pouvant réfléchir vers le moyen définissant la surface non réfléchissante tout rayonnement en provenance de l'éléments
On remarquera qu'un détecteur selon la presente invention pourrait être utilisé non seulement dans un dispositif de formation d'image thermique, expression que l'on peut avoir adoptée pour désigner seulement des appareils semblables aux caméras de TV, décrits ci-dessus où un balayage à deux dimensions du champ de vision est exécuté par un moyen de balayage à l'intérieur du dispositif de formation d'image, mais a des applications plus générales, par exemple dans d'autres types de dispositifs de surveillance aux infrarouges tels qu'un équipement de balayage par lignes d'avion et un équipement ofl le balayage en soi n'est pas effectué du tout, et aussi dans des équipements de télécommunications et analogues,
La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels
La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un détecteur d'infrarouge et
Les figures 2 et 3 sont une vue schématique en élévation en coupe et une vue schématique de côté en coupe, respectivement, d'un second détecteur aux infrarouges.According to the present invention, an infrared radiation detector is provided comprising an infrared-sensitive element, a focusing means positioned so as to transmit the received infrared radiation to the element, a means defining a non-reflecting surface placed around the element and, between the focusing means and the element, a screen having at least a portion of internal reflecting surface, with low emissivity, which is arranged around the path of the radiation going from the focusing means to this element. and opposite the general direction of the element, the surface part being able to reflect towards the means defining the non-reflecting surface any radiation coming from the elements
It will be noted that a detector according to the present invention could be used not only in a thermal imaging device, an expression which may have been adopted to designate only apparatus similar to TV cameras, described above where a two-dimensional scanning of the field of vision is carried out by a scanning means inside the imaging device, but has more general applications, for example in other types of infrared monitoring devices such as aircraft line scanning equipment and ofl the scanning equipment itself is not carried out at all, and also in telecommunications and similar equipment,
The present invention will be understood from the following description given in conjunction with the accompanying drawings in which
Figure 1 is a schematic sectional view of an infrared detector and
Figures 2 and 3 are a schematic sectional elevation view and a schematic side sectional view, respectively, of a second infrared detector.

Le détecteur représenté 1 comprend un substrat 2 sur lequel est formée une matrice 3 d'emplacements sensibles aux infrarouges et qui peut titre refroidi par un moyen de refroidissement non représenté pour que sa température corresponde å la faible température de fonctionnement requise de la matrice 3. Une lentille de focalisation 4 est montée avec son axe optique 5 tombant sur la matrice 3 de façon qu'il y ait focalisation sur le réseau du rayonnement infrarouge reçu par la lentille et provenant par exemple, du système de balayage optique (non représentE) d'un dispositif de formation d'image thermique dans lequel le détecteur est utilisé.Le détecteur est enfermé dans un vase
Dewar 6 (repr8senté seulement enarte) qui comporte une fenêtre plate 7 transparente aux infrarouges s'étendant entre le détecteur 1 et la lentille 4.The detector shown 1 comprises a substrate 2 on which a matrix 3 of infrared-sensitive locations is formed and which can be cooled by a cooling means (not shown) so that its temperature corresponds to the low operating temperature required of the matrix 3. A focusing lens 4 is mounted with its optical axis 5 falling on the matrix 3 so that there is focus on the network of infrared radiation received by the lens and coming for example from the optical scanning system (not shown) d '' a thermal imaging device in which the detector is used.The detector is enclosed in a vase
Dewar 6 (shown only enarte) which has a flat window 7 transparent to infrared extending between the detector 1 and the lens 4.

La surface du substrat 2 autour de la matrice 3 est recouverte par une plaque 8 comportant une ouverture, ayant une-surface non réfléchissante dans le sens oppose au substrat 2 et une partie latérale extérieure comportant un rebord 9,le rebord s'étendant vers la fenêtre 7, La plaque est refroidie en même temps que le substrat 2. Llouver- ture centrale de la plaque entoure très étroitement la matrice 3, bien qu'il y ait un petit interstice entre la plaque et la matrice. Un cylindre de protection 10 est placé entre la fenêtre 7 et le détecteur en entourant l'axe 5. The surface of the substrate 2 around the matrix 3 is covered by a plate 8 comprising an opening, having a non-reflecting surface in the opposite direction to the substrate 2 and an external lateral part comprising a flange 9, the flange extending towards the window 7, The plate is cooled at the same time as the substrate 2. The central opening of the plate very closely surrounds the matrix 3, although there is a small gap between the plate and the matrix. A protective cylinder 10 is placed between the window 7 and the detector, surrounding the axis 5.

La surface intérieure de cet écran est évidée annulairement de manière à définir une série de trois parties de surface réfléchissantes 11 qui sont coaxiales à l'axe 5 et sont inclinées de manière à être en regard du sens général de la matrice 3. Chaque partie 11 correspond à la surface d'un segment d'un sphéroïde formé par rotation autour de l'axe 5 d'une ellipse ayant un foyer au point ot l'axe 5 coupe la matrice 3 et son autre foyer à un point de la surface exposée de la plaque 8. L'écran 10 n'est pas refroidi mais est constitué d'un matériau tel ou est traité d'une manière telle qu'au moins les parties 11 de sa surface intérieure présentent une réflectivité élevée et un faible pouvoir émissif.A titre d'exemple, l'écran peut être en aluminium ou en matériau plastique comportant un revêtement réfléchissant approprié. On préfère, mais cela n'est pas essentiel, que les parties internes de la surface de l'écran entre les parties 11, c'est- -di.re les parties se dirigeant dans le sens opposé à la matrice 3, soient également réfléchissantes.The inner surface of this screen is hollowed out annularly so as to define a series of three reflecting surface parts 11 which are coaxial with the axis 5 and are inclined so as to be opposite the general direction of the matrix 3. Each part 11 corresponds to the surface of a segment of a spheroid formed by rotation around the axis 5 of an ellipse having a focus at the point where the axis 5 intersects the matrix 3 and its other focus at a point on the exposed surface of the plate 8. The screen 10 is not cooled but is made of such a material or is treated in such a way that at least the parts 11 of its inner surface have a high reflectivity and a low emissivity By way of example, the screen may be made of aluminum or of plastic material comprising an appropriate reflective coating. It is preferred, but this is not essential, that the internal parts of the screen surface between the parts 11, that is to say the parts pointing in the opposite direction to the matrix 3, are also reflective.

La monture 12 de la lentille 4 est profilée de façon å présenter,dans la direction de la matrice 3, une partie de surface réfléchissante 13 identique aux parties 11, c'est-à-dire correspondant à un segment d'un autre sphéroide formé par rotation autour de l'axe 5 d'une ellipse dont les foyers sont communs à ceux des ellipses des parties 11. The frame 12 of the lens 4 is profiled so as to present, in the direction of the matrix 3, a part of reflecting surface 13 identical to the parts 11, that is to say corresponding to a segment of another spheroid formed by rotation about the axis 5 of an ellipse whose foci are common to those of the ellipses of the parts 11.

Le rayonnement émis ou réfléchi par la surface de la matrice 3, par exemple le rayonnement représenté par les faisceaux A ou B, est réfléchi par les parties 11 et/ou 13 pour être renvoyé sur la plaque 8 au lieu de revenir sur la matrice 3. The radiation emitted or reflected by the surface of the matrix 3, for example the radiation represented by the beams A or B, is reflected by the parts 11 and / or 13 to be returned to the plate 8 instead of returning to the matrix 3 .

Au lieu d'utiliser la plaque 8, la surface du substrat 2 entourant la matrice 3 pourrait être rendue non réf léchissante par traitement de surface et/ou application d'un revêtement approprié ressemblant à de la peinture. Instead of using the plate 8, the surface of the substrate 2 surrounding the matrix 3 could be made non-reflecting by surface treatment and / or application of an appropriate coating resembling paint.

La forme elliptique en coupe des surfaces 11 et 13 pourrait être modifiée pour prendre un autre profil ap proprié qui, comme représenté, provoque la déviation d'au moins la majeure partie du rayonnement provenant de la matrice 3 vers une position distante de la matrice. A titre d'exemple particulier, bien que la forme décrite des surfa- ces réfléchissantes 11 et 13 soit généralement plus avantageuse, beaucoup d'ensembles de détection auxquels la présente invention peut s'appliquer ont des dimensions telles qu'il n'y a qu'une légère différence observable entre la partie de surface réfléchissante ayant la forme décrite et une partie qui correspond a un segment d'un sphérolde formé par rotation d'un cercle au lieu d'une ellipse autour de l'axe 6. The elliptical sectional shape of the surfaces 11 and 13 could be modified to take another suitable profile which, as shown, causes the deviation of at least most of the radiation coming from the matrix 3 towards a position distant from the matrix. As a particular example, although the described shape of the reflective surfaces 11 and 13 is generally more advantageous, many detection assemblies to which the present invention can be applied have dimensions such that there are no that a slight observable difference between the part of the reflecting surface having the shape described and a part which corresponds to a segment of a spheroid formed by rotation of a circle instead of an ellipse around the axis 6.

Ainsi, dans certains cas, les parties de urface Il et 13 pourraient avoir cette dernière formez
Au lieu d'avoir une surface extérieure cylindrique plane comme représenté et une paroi épaisse suffisani- ment profonde pour recevoir les évidements définissant les surfaces ll,l'écran 10 pourra entre réalisé en matériau se présentant sous forme d'une feuille relativement mince, de façon que le diametre de la surface extérieure varie pour suivre la surface intérieure.So, in some cases, the parts of urface II and 13 could have the latter form
Instead of having a planar cylindrical outer surface as shown and a thick wall sufficiently deep to receive the recesses defining the surfaces 11, the screen 10 may in between be made of material in the form of a relatively thin sheet, of so that the diameter of the outer surface varies to follow the inner surface.

On remarquera que le moyen de lentille de focal- sation du détecteur de rayonnement infrarouge décrit c- dessus peut être remplacé par un dispositif mécanique évi- dent constitue d'un miroir de focalisation ou dun agence- ment de miroirs donnant un effet global de focalisation, ou une combinaison d'un ou de plusieurs miroirs et d'une ou de plusieurs lentilles. Note that the focusing lens means of the infrared radiation detector described above can be replaced by an obvious mechanical device consisting of a focusing mirror or of an arrangement of mirrors giving an overall focusing effect. , or a combination of one or more mirrors and one or more lenses.

En particulier,mais non exclusivement, dans le cas où l'élément de détecteur comprend un réseau de photosites linéaire au lieu que la (ou chaque) partie de surface intérieure réfléchissante de faible pouvoir émissif, telle que les parties 11 de la figure 1, soit sphéroide, celle-ci pourrait être partiellement sphérlque, de préférence hémi- sphérique,la partie jetant arrondie autour d'un point d'un plan déplacé vers un cOtF de l'élément de détecteur, com 111e cela est représenté par exemple dans les figures 2 et 3. In particular, but not exclusively, in the case where the detector element comprises a linear photosite network instead of the (or each) part of the reflecting interior surface of low emissivity, such as the parts 11 of FIG. 1, either spheroid, this could be partially spherical, preferably hemispherical, the throwing part rounded around a point on a plane displaced towards a cOtF of the detector element, as shown in, for example, Figures 2 and 3.

Le détecteur représenté dans ces figures comprend une surface refroidie 21 sur laquelle est formé un réseau linéaire 22 d'emplacements sensibles aux infrarouges. Le rayonnement 23 provenant d'une scène examinée est mis au point sur le réseau 22, par,par exemple, un système de balayage optique (non représenté) qui comprend un miroir de focalisation ou une combinaison mi.roir/lentille (également non représentée? En variante, la focalisation pourrait être effectué par un lentille constituant une partie du détecteur. Autour du trajet du rayonnement 23 est disposé un écran 24 qui ressemble a une hémisphère creuse dans laquelle est pratique une ouverture allongée 25, les longs côtés de l'ouverture entant en alignement avec les longs côtés du réseau 22.La surface intérieure réfléchissante de l'écran est genéralement en regard du réseau 22 et l'écran a une position par rapport au réseau telle que, en figure 2, où la sprue est réalisée dans une direction parallèle aux longs côtés du réseau 22, la surface intérieure de l'écran fosrne un rayon autour d'un point 26 du substrat 21 déplace vers un côté du réseau. Ainsi, le rayonnement reçu par l'écran est provenant du réseau est réfléchi, non pas pour revernir vers ie reseau , mais sur le substrat 21. The detector shown in these figures comprises a cooled surface 21 on which a linear network 22 of locations sensitive to infrared is formed. The radiation 23 coming from an examined scene is focused on the network 22, for example by an optical scanning system (not shown) which comprises a focusing mirror or a mirror / lens combination (also not shown) Alternatively, the focusing could be effected by a lens constituting a part of the detector. Around the radiation path 23 is arranged a screen 24 which resembles a hollow hemisphere in which an elongated opening 25 is practiced, the long sides of the opening entering into alignment with the long sides of the network 22. The reflective interior surface of the screen is generally facing the network 22 and the screen has a position relative to the network such as, in FIG. 2, where the sprue is produced in a direction parallel to the long sides of the array 22, the interior surface of the screen forms a ray around a point 26 of the substrate 21 moves towards one side of the array. Thus, the radiation received by the screen is p coming from the network is reflected, not to revarnish towards the network, but on the substrate 21.

Au lieu d'un écran simple de forme hémispnérique, il pourrait y avoir uu ou plusieurs écrans placés l'un au-dessus de l'autre. T: plus, l'écran, ou chaque écran, pourrait être remplacé pai un élément généralement cylindrique ou oblong à pare Cc forte épaisseur avec un ou plusieurs évidements annulaires intérieurs définissant des surfaces hémisphériques respectives. Instead of a single hemispheric screen, there could be one or more screens placed one above the other. T: more, the screen, or each screen, could be replaced by a generally cylindrical or oblong element with a thick Cc barrier with one or more internal annular recesses defining respective hemispherical surfaces.

Dans l'exemple particulier des figures 2 et 3, l'ouverture 25 est placée de façon que le champ de vision 27 du réseau 22 du détecteur soit symétrique par rapport à l'axe optique 28 du système de focalisation qui dirige le rayonnement sur le réseau. Ainsi, l'ouserture n'est pas symétrique par rapport à- 111'axe1, de l'écran, c'est-à-dire la ligne 29 qui est parallèle à l'axe et qui passe par le centre du rayon 21. En d'autres termes, en figure 2, l'ouverture 25 n'est pas centrée au "sommet" de l'écran mais est au contraire déplacée dans la direction du réseau du détecteur.  In the particular example of FIGS. 2 and 3, the opening 25 is placed so that the field of vision 27 of the array 22 of the detector is symmetrical with respect to the optical axis 28 of the focusing system which directs the radiation on the network. Thus, the opening is not symmetrical with respect to the axis 1 of the screen, that is to say the line 29 which is parallel to the axis and which passes through the center of the radius 21. In other words, in FIG. 2, the opening 25 is not centered at the "top" of the screen but is, on the contrary, moved in the direction of the network of the detector.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparattront à l'homme de l'art.  The present invention is not limited to the embodiments which have just been described, it is on the contrary subject to modifications and variants which will appear to those skilled in the art.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1 - Détecteur de rayonnement infrarouge comprenant un élément sensible aux infrarouges, un moyen de focalisation positionné de façon à transmettre vers l'élément le rayonnement infrarouge reçu, un moyen définissant une surface non réfléchissante placé autour de l'élément, et entre le moyen de focalisation et l'élément, un écran axant au moins une partie de sa surface intérieure, réfléchissante, de faible pouvoir émissif, disposée autour du trajet du rayonnement allant du moyen de focalisation à l'élément et en regard de la direction générale de l'élément, la partie de surface pouvant réfléchir tout rayonnement provenant de la direction de l'élément et se dirigeant vers le moyen définissant une surface non réfléchissante. 1 - Infrared radiation detector comprising an infrared-sensitive element, a focusing means positioned so as to transmit the received infrared radiation to the element, a means defining a non-reflecting surface placed around the element, and between the means of focusing and the element, a screen focusing at least a part of its internal surface, reflecting, of low emissivity, arranged around the path of the radiation going from the focusing means to the element and facing the general direction of the element, the surface part being able to reflect any radiation coming from the direction of the element and going towards the means defining a non-reflecting surface. 2 - Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de la surface intérieure, ou chaque partie de la surface intérieure est une surface annulaire correspondant à la surface d'un segment d'un sphérolde formé par rotation autour d'un axe coupant l'élément d'une forme géométrique incurvée à deux dimensions. 2 - Detector according to claim 1, characterized in that the part of the internal surface, or each part of the internal surface is an annular surface corresponding to the surface of a segment of a spheroid formed by rotation about an axis cutting the element of a two-dimensional curved geometric shape. 3 - Détecteur selon la revendication 2,caracte- risé en ce que la forme est une ellipse ayant un foyer coïncidant avec le point auquel l'axe coupe l'élément et son autre foyer sur la surface non réfléchissante ou en un endroit contigu à cette surface. 3 - Detector according to claim 2, characterized in that the shape is an ellipse having a focal point coinciding with the point at which the axis intersects the element and its other focal point on the non-reflecting surface or in a place contiguous to this area. 4 - Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la forme est circulaire. 4 - Detector according to claim 2, characterized in that the shape is circular. 5 - Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de la surface intérieure ou chaque partie de la surface intérieure correspond à une partie d'une sphère.  5 - Detector according to claim 1, characterized in that the part of the inner surface or each part of the inner surface corresponds to a part of a sphere.