FR2521733A1 - Detecteur de rayonnement infrarouge - Google Patents

Abstract

LE DETECTEUR DE RAYONNEMENT INFRAROUGE 1 DE L'INVENTION COMPREND UN ELEMENT DE DETECTEUR DE RAYONNEMENT OU RESEAU D'ELEMENT 3, UNE LENTILLE DE FOCALISATION 4 ETOU UN AGENCEMENT DE MIROIRS, FORMANT EVENTUELLEMENT PARTIE D'UN SYSTEME DE BALAYAGE OPTIQUE, POUR FOCALISER LE RAYONNEMENT RECU A, B SUR L'ELEMENT DE DETECTEUR, ET UN ECRAN OU MASQUE 10 ENTOURANT LE TRAJET DU RAYONNEMENT ALLANT VERS L'ELEMENT ET POUVANT PROTEGER L'ELEMENT CONTRE LES RAYONNEMENTS PARASITES. POUR EVITER UN PROBLEME RENCONTRE AVEC LES DETECTEURS DE L'ART ANTERIEUR, OU LE RAYONNEMENT REFLECHI OU EMIS PAR L'ELEMENT LUI-MEME EST REFLECHI PAR LA SURFACE INTERIEURE DE L'ECRAN POUR REVENIR SUR L'ELEMENT, EVENTUELLEMENT SUR LE MEME ENDROIT D'OU IL ARRIVE, LA SURFACE INTERNE EST FACONNEE, PAR EXEMPLE EN ETANT SPHEROIDE OU EN PARTIE SPHERIQUE AVEC DECALAGE, DE FACON QUE LE RAYONNEMENT PROVENANT DE LA ZONE DE L'ELEMENT DE DETECTEUR SOIT DEVIE SUR UNE SURFACE NON REFLECHISSANTE ENTOURANT L'ELEMENT.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

4 - Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la forme est circulaire.

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.