FR3157656A1 - Systeme d’identification d’au moins une balise - Google Patents
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Abstract
Un système d’identification d’au moins une balise (B) comprenant des jumelles de vision nocturne ou une lunette intégrant un tube amplificateur d’images (13).
Le tube amplificateur d’images (13) comprend un réseau de diffraction (20) placé entre une fenêtre d’entrée (15) et une photocathode (16) de sorte à diffracter les photons dans ladite photocathode et à permettre à la photocathode de présenter une efficacité quantique (QE) :– supérieure à 1% dans une gamme de longueurs d’onde de formation d’image et ;– comprise entre 0.001 et 1% dans une gamme de longueurs d’onde de détection, distincte de ladite gamme de longueurs d’onde de formation d’image, ladite gamme de longueurs d’onde de détection étant au minimum comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres ;le tube amplificateur d’images étant configuré pour capter un rayonnement électromagnétique émis par ladite balise dans ladite seconde gamme de longueurs d’onde de détection.
Figure pour l’abrégé : Fig 5
Description
Le domaine technique de l’invention concerne les systèmes d’identification de balises par des jumelles de vision nocturne ou une lunette de vision nocturne, notamment en condition de faible luminosité. Les balises peuvent être portées par des individus, des animaux, des véhicules ou placées en des endroits stratégiques.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine militaire. En effet, pour l’identification ami ou ennemi sur un terrain d’opération militaire, également connu sous l’acronyme anglo-saxon IFF pour « Identification Friend or Foe », les balises peuvent être portées par les soldats. Dans ce contexte, l’invention permet à un soldat équipé d’une lunette ou de jumelles d’identifier les forces amies, de manière fiable et discrète. Ainsi, ce système permet de prévenir les incidents de tirs fratricides et d’optimiser la coordination entre les unités amies, tout en offrant une capacité de réponse adaptable aux divers scénarios opérationnels.
Dans le contexte d’opérations militaires, il est connu d’utiliser des dispositifs de vision nocturne110. Tel que schématiquement illustré sur les figures 1 et 3 de l’état de la technique, un dispositif de vision nocturne110se présente classiquement sous la forme d’une lunette destinée à être placée devant un capteur, l’œil d’un utilisateur, ou les deux yeux lorsque deux dispositifs sont juxtaposés pour former des jumelles de vision nocturne, également connu sous l’acronyme anglo-saxonNVGpour « Night Vision Goggle ».
Ce dispositif de vision nocturne110intègre plusieurs éléments placés sur l’axe optiqueα1du capteur ou de l’œil de l’utilisateur, afin de transformer l’image de la scène observée. Plus précisément, la lunette comporte, depuis la scène extérieure au capteur ou à l’œil de l’utilisateur, un objectif12, un tube intensificateur d’images130et un oculaire14. L’objectif12comprend classiquement une ou plusieurs lentilles permettant de capturer les photons du rayonnement électromagnétique de la scène observée. L’oculaire14, de manière similaire à l’objectif12, comprend une ou plusieurs lentilles permettant de capturer et accessoirement de visualiser les photons du signal lumineux émis par le tube intensificateur d’images130.
Le tube intensificateur d’images130comprend au moins trois éléments distincts : une photocathode16, un multiplicateur d’électrons18, et un écran phosphorescent20.
La photocathode16se présente sous la forme d’une couche photosensible semi-transparente recevant les photons du rayonnement électromagnétique incident, c’est-à-dire les photons transmis par l’objectif12. Pour ce faire, une fenêtre d’entrée15transmet les photons depuis l’objectif12sur la photocathode16tout en garantissant l’herméticité de la paroi externe23du tube intensificateur d’images130.
La photocathode16est généralement réalisée sous la forme d’une fine couche de métal ou de semi-conducteur apposée sur une couche en verre ou en matériau transparent à la lumière. Le matériau de la photocathode16est choisi en fonction de sa sensibilité à l’image de la scène observée. L’interaction des photons du rayonnement électromagnétique incident de la scène observée avec la photocathode16produit, par effet photoélectrique, une émission d’électrons, appelés photoélectrons.
Ces photoélectrons sont ensuite soumis à un premier champ électrique au sein d’une première zone d’accélération17,permettant de diriger les photoélectrons vers le multiplicateur d’électrons18. Ce premier champ électrique est réalisé en appliquant une tension entre la photocathode16et le multiplicateur d’électrons18, typiquement une tension de l’ordre de 50 à 500 volts pour garantir au mieux un trajet rectiligne des électrons.
Le multiplicateur d’électrons18, également appelé amplificateur d’électrons, comporte classiquement une galette de microcanaux25recouverte par des électrodes. Cette galette de microcanaux est également connue sous l’acronyme GMC ou MCP pour « microchannel plate » dans la littérature anglo-saxonne. Elle est réalisée dans une plaque de matériau résistif ou diélectrique avec une épaisseur typiquement comprise entre 0.2 et 1 millimètre.
Les microcanaux25de cette galette présentent un axe de révolutionα2incliné d’un angleα3de quelques degrés, typiquement entre 4 et 12 degrés, par rapport à la normale de la surface du multiplicateur d’électrons18, de sorte à induire de multiples collisions des photoélectrons28dans les microcanaux25.
Outre le premier champ électrique créé entre la photocathode16et le multiplicateur d’électrons18, un deuxième champ électrique est créé entre l’entrée et la sortie du multiplicateur d’électrons18au moyen des électrodes placées de part et d’autre entre l’entrée et la sortie de la galette de microcanaux25.
Ce champ électrique permet de charger la couche semiconductrice interne des microcanaux25, de sorte que les multiples collisions des photoélectrons28dans les microcanaux25génèrent un grand nombre d’électrons secondaires29. Ce champ électrique permet également, d’une part, d’accélérer les premiers électrons secondaires29à l’intérieur des micro-canaux25, de sorte que ces premiers électrons secondaires29collisionnent à nouveau avec la surface des microcanaux25produisant à leur tour d’autres électrons secondaires29, et ainsi de suite générant par ce processus physique un grand nombre d’électrons secondaires29; et d’autre part d’accélérer les électrons secondaires29par apport d’énergie, afin de les orienter depuis l’entrée des microcanaux25jusqu’à la sortie des microcanaux25. Typiquement, les photoélectrons28sont multipliés par un facteur compris entre 102et 104dans le multiplicateur d’électrons18.
A la sortie des microcanaux25, ces électrons secondaires29sont ensuite déplacés linéairement en direction de l’écran phosphorescent20, au sein d’une seconde zone d’accélération19, sous l’effet d’un troisième champ électrique généré entre la sortie du multiplicateur d’électrons18et l’écran phosphorescent20, typiquement un champ électrique généré par une tension comprise entre 4 et 10 kV.
L’écran phosphorescent20permet de transformer les électrons secondaires29en photons produisant une intensité lumineuse. Il se présente sous la forme d’une couche phosphorescente ou d’une couche d’un matériau luminophore déposée sur un substrat, classiquement en verre. A la sortie de l’écran phosphorescent20, l’image formée est transmise à l’oculaire14par des moyens optiques, classiquement un réseau de fibres optiques21, permettant éventuellement de retourner l’image formée sur l’écran phosphorescent20pour obtenir une visualisation correcte de la scène observée.
Pour générer les trois champs électriques, des composants électroniques22sont classiquement disposés autour d’une enceinte interne sous vide24. Le système de vision nocturne110ainsi formé présente donc des éléments optiques, des composants électroniques22, et éventuellement un système de visualisation de la scène observée sur l’oculaire14.
Un système de vision nocturne110actuellement disponible sur le marché permet classiquement de capter et d’amplifier des photons sur une gamme de longueurs d’ondeλcomprise entre 450 nanomètres et 900 nanomètres. Plus précisément, la gamme de longueurs d’ondeλopérationnelle d’un système de vision nocturne110est principalement conditionnée par le spectre de sensibilité de la photocathode16.
Tel qu’illustré sur laFIG. 2 , le spectre de sensibilité de la photocathode16est défini en fonction de la longueur d’onde des photons reçus par la photocathode16et de l’efficacité quantique, également connu sous l’acronyme anglo-saxonQEpour « Quantum Efficiency », c’est-à-dire du rapport entre le nombre de photoélectrons28générés et le nombre de photons reçus par la photocathode16. Pour un spectre de sensibilité d’un système de vision nocturne110de l’état de la technique, l’efficacité quantiqueQEest classiquement supérieure à 1% entre 450 nanomètres et 900 nanomètres et inférieure à 0.001% en dehors de cette gamme de longueurs d’ondeλopérationnelle.
Outre les photons de la scène observée, cette gamme de longueurs d’ondeλopérationnelle permet également de capter des signaux.
Par exemple, tel que décrit dans le document EP 0 560 470, un système d’identification ami ou ennemi (IFF) peut être mis en œuvre en utilisant des jumelles de vision nocturneNVGpour détecter une baliseBportée par un allié. LaFIG. 4 de l’état de la technique illustre une implémentation possible de l’enseignement du document EP 0 560 470. Dans cet exemple, les jumelles de vision nocturneNVGsont associées à un dispositif d’activation310de la baliseB. Ce dispositif d’activation310génère un signalSaqui active la baliseBde sorte que la baliseBproduise en retour un signal de manifestationSmdétectable via les jumelles de vision nocturneNVG. Pour ce faire, la baliseBpeut utiliser une diode infrarouge qui clignote dans la gamme de longueurs d’ondeλopérationnelle des jumelles de vision nocturneNVGlorsqu’elle est activée.
D’autres solutions analogues sont décrites dans les documents US5299227, US5375008, US20070236384 et WO2022/103941.
Dans toutes ces solutions, la détection de balisesBest réalisée dans la gamme de longueurs d’ondeλopérationnelle du système de vision nocturne110. Or, la détection d’une baliseBdans la gamme de longueurs d’ondeλopérationnelle vient nécessairement dégrader la qualité de l’image obtenue car le signal reçu d’une baliseBvient se substituer aux informations de la scène observée.
En outre, le développement des systèmes de vision nocturne110sur les terrains d’opération engendre une diminution de la furtivité des porteurs de balisesBcar les opposants/ennemis peuvent être équipés de jumelles de vision nocturneNVGpermettant également de détecter le signal de manifestationSmémis par les balisesBcar les jumelles de vision nocturneNVGsont pratiquement toutes sensibles dans la gamme de longueurs d’ondeλcomprise entre 450 nanomètres et 900 nanomètres.
Il existe donc un besoin d’améliorer les systèmes d’identification de balises de l’état de la technique de sorte à garantir la qualité d’image et à préserver la furtivité des porteurs de balises.
L’invention propose de répondre à ce problème technique en utilisant des jumelles de vision nocturne ou une lunette intégrant un tube avec une gamme de longueurs d’onde opérationnelle étendue de sorte à réaliser la détection des balises en dehors de la gamme de longueurs d’ondes utilisée pour former les images de la scène.
Plus précisément, l’invention est issue d’une observation selon laquelle l’utilisation d’un réseau de diffraction intercalé entre la fenêtre d’entrée et la photocathode permet de modifier la forme de la gamme de longueurs d’onde opérationnelle et d’obtenir une efficacité quantique comprise entre 0.001 et 1% dans une gamme de longueurs d’onde spécifique, comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres.
L’invention propose donc d’utiliser des balises émettant un signal de manifestation entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres associées à des jumelles de vision nocturne ou une lunette intégrant un tube amplificateur d’images fonctionnant dans une première gamme de longueurs d’onde, appelée gamme de longueurs d’onde de formation d’image, pour observer la scène et dans une seconde gamme de longueurs d’onde, appelée gamme de longueurs d’onde de détection, pour détecter les balises.
En effet, bien que l’efficacité quantique ne soit pas suffisante dans la gamme de longueurs d’onde de détection comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres pour former une image de la scène, cette efficacité quantique est suffisante pour capteur des signaux de manifestation de balises.
Ainsi, l’invention concerne un système d’identification d’au moins une balise, la balise intégrant un dispositif d’émission de rayonnement électromagnétique à une longueur d’onde comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres, le système comprenant des jumelles de vision nocturne ou une lunette intégrant un tube amplificateur d’images comprenant :
– une fenêtre d’entrée configurée pour recevoir et transmettre les photons ;
– une photocathode, fixée sur une face interne de ladite fenêtre d’entrée, apte à convertir des photons transmis par la fenêtre d’entrée en photoélectrons ; la photocathode présentant un spectre de sensibilité défini en fonction de la longueur d’onde des photons reçus par la photocathode et de l’efficacité quantique de la photocathode, c’est-à-dire du rapport entre le nombre de photoélectrons générés et le nombre de photons reçus par la photocathode ;
– un multiplicateur d’électrons apte à démultiplier les photoélectrons en électrons secondaires ; et
– un écran phosphorescent transformant les électrons secondaires en photons.
– une fenêtre d’entrée configurée pour recevoir et transmettre les photons ;
– une photocathode, fixée sur une face interne de ladite fenêtre d’entrée, apte à convertir des photons transmis par la fenêtre d’entrée en photoélectrons ; la photocathode présentant un spectre de sensibilité défini en fonction de la longueur d’onde des photons reçus par la photocathode et de l’efficacité quantique de la photocathode, c’est-à-dire du rapport entre le nombre de photoélectrons générés et le nombre de photons reçus par la photocathode ;
– un multiplicateur d’électrons apte à démultiplier les photoélectrons en électrons secondaires ; et
– un écran phosphorescent transformant les électrons secondaires en photons.
L’invention se caractérise en ce que le tube amplificateur d’images comprend également un réseau de diffraction placé entre la fenêtre d’entrée et la photocathode de sorte à diffracter les photons dans ladite photocathode et à permettre à la photocathode de présenter une efficacité quantique :
– supérieure à 1% dans une gamme de longueurs d’onde de formation d’image et ;
– comprise entre 0.001 et 1% dans une gamme de longueurs d’onde de détection, distincte de ladite gamme de longueurs d’onde de formation d’image, ladite gamme de longueurs d’onde de détection étant au minimum comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres ;
ledit tube amplificateur d’images étant configuré pour capter un rayonnement électromagnétique émis par ladite balise dans ladite seconde gamme de longueurs d’onde de détection.
– supérieure à 1% dans une gamme de longueurs d’onde de formation d’image et ;
– comprise entre 0.001 et 1% dans une gamme de longueurs d’onde de détection, distincte de ladite gamme de longueurs d’onde de formation d’image, ladite gamme de longueurs d’onde de détection étant au minimum comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres ;
ledit tube amplificateur d’images étant configuré pour capter un rayonnement électromagnétique émis par ladite balise dans ladite seconde gamme de longueurs d’onde de détection.
L’invention permet ainsi de détecter les balises sans dégrader les images formées car la longueur d’onde de détection des balises n’est pas comprise dans la gamme de longueurs d’onde de formation d’image, par exemple comprise entre 450 nanomètres et 900 nanomètres.
En outre, l’invention améliore également la furtivité des porteurs de balises. En effet, les jumelles de vision nocturne classiques, qui détectent des photons dans la gamme de longueurs d’onde comprise entre 450 nanomètres et 900 nanomètres, ne peuvent pas capter les signaux de manifestation des balises dans la gamme de longueurs d’onde comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres. De préférence, le tube amplificateur d’images est configuré pour capter des signaux de manifestation issus de l’au moins une balise à une longueur d’onde de 1064 nanomètres.
De préférence, pour obtenir une détection efficace dans la gamme de longueurs d’onde de détection, la photocathode est formée à base d’antimoine et d’au moins un métal alcalin, tels que les alliages NaKCs , SbNa KCs, SbNaK, SbKCs, SbRbKCs ou SbRbCs.
Outre le tube amplificateur d’images, les jumelles de vision nocturne ou la lunette peuvent également comprendre un dispositif d’activation de la balise. Préférentiellement, ce dispositif d’activation de la balise est configuré pour émettre un signal d’activation alors que la balise comprend un module de réception dudit signal d’activation de sorte à transmettre le rayonnement électromagnétique à la longueur d’onde comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres sous la forme d’un signal de manifestation en réponse au signal d’activation émis par le dispositif d’activation.
Par exemple, le dispositif d’activation de la balise peut être constitué d’un émetteur radiofréquence ou d’un émetteur optique, le module de réception de la balise correspondant respectivement à une antenne ou un récepteur optique. Pour un émetteur/récepteur optique, l’émetteur optique peut être une diode laser avec une longueur d’onde comprise entre 1400 nanomètres et 1800 nanomètres, et le module de réception de la balise peut correspondre à une photodiode apte à capter une longueur d’onde comprise entre 1400 nanomètres et 1800 nanomètres. En effet, l’émission et la réception de ce signal d’activation dans cette gamme de longueurs d’onde assure également une furtivité importante au porteur de la balise.
En outre, pour améliorer la portée de la détection, les jumelles de vision nocturne ou la lunette peuvent être configurées pour observer une scène dans laquelle est placée une zone d’observation spécifique définie par l’angle d’émission dudit dispositif d’activation et l’angle de vision des jumelles de vision nocturne ou de la lunette, la détection de ladite balise étant réalisée uniquement dans ladite zone d’observation spécifique. En effet, en visant une zone spécifique de la zone d’observation, l’angle d’émission du dispositif d’activation peut être réduite afin d’améliorer la portée du signal d’activation. Typiquement, il est possible d’obtenir une détection d’une balise à plus de trois kilomètres avec cette stratégie.
Par ailleurs, le tube amplificateur d’images peut comprendre un mécanisme de régulation du gain lumineux en vue d’adapter la luminance de sortie du tube. Cette fonction est appelée « auto-gating » dans la littérature anglo-saxonne et permet de limiter la saturation et d’augmenter la dynamique pour les scènes avec de très fortes variations d’intensité lumineuses. Ce mécanisme s’appuie sur la détection rapide des variations de lumière pour ajuster, en quelques millisecondes, la génération des photoélectrons et stabiliser la brillance en sortie du tube intensificateur d’images typiquement entre 6 et 12 candela/m² selon les types de phosphore utilisés (P43 vert ou P45 blanc).
La mise en œuvre de ce mécanisme de régulation du gain lumineux est réalisée en ajustant périodiquement le potentiel électrique de la photocathode. Ainsi, lorsqu’une importante variation de la luminosité est détectée en sortie du tube intensificateur d’images, le mécanisme de régulation du gain lumineux intervient pour modifier, en quelques millisecondes, le rapport cyclique de la tension périodique appliquée à la photocathode. Cette modification du rapport cyclique permet d’adapter le nombre de photoélectrons générés par la photocathode qui seront ensuite multipliés par le multiplicateur d’électrons. La tension appliquée aux bornes du multiplicateur d’électrons sera elle-même ajustée pour adapter le nombre d’électrons secondaires et, en conséquence, la luminance de sortie du tube.
Ce principe d’adaptation de charges électriques internes au tube permet de ne pas dépasser le seuil de luminance prédéterminé. Ce seuil est par exemple un seuil MOB, acronyme pour l’expression « Maximum of Brightness » dans la littérature anglo-saxonne.
Ce contrôle dynamique de l’amplification garantit non seulement une protection du tube intensificateur d’images contre les risques liés à une trop forte intensité lumineuse, mais offre également une meilleure vision de la scène observée en adaptant la résolution de l’image aux conditions environnantes, sans phénomène de saturation ou d’éblouissement visuel. En conséquence, les opérateurs bénéficient d’une vision nocturne plus claire et plus stable, même face à des variations lumineuses soudaines, ce qui est crucial pour des applications telles que les opérations militaires ou de surveillance.
Cependant, la période d’activation spécifique au niveau de la photocathode du mécanisme de régulation du gain lumineux induit des phases dans lesquelles le tube amplificateur d’images ne peut pas détecter de balise. Pour éviter que la balise n’émette un signal de manifestation qu’en dehors des plages de détection du tube amplificateur d’images, la balise peut être configurée pour émettre un signal durant une durée importante et supérieure à la période d’activation spécifique du mécanisme de régulation du gain lumineux.
Cependant, cette solution augmente la consommation et donc l’encombrement des balises. Pour résoudre ce problème par une détection asynchrone, le dispositif d’activation peut présenter une période d’activation variable. Avec ce mode de réalisation, la balise peut être détectée lorsque la période d’activation spécifique du tube amplificateur d’images coïncide avec la période d’activation du dispositif d’activation. Cette solution limite la durée d’émission nécessaire des balises mais peut engendrer une latence dans la vitesse de détection des balises, le temps que les deux périodes d’activations coïncident.
Pour éviter cette latence, une détection synchrone peut être réalisée en connectant le dispositif d’activation avec le dispositif de gestion de la période d’activation spécifique du mécanisme de régulation du gain lumineux. Dans ce mode de réalisation, le dispositif d’activation présente une période d’activation synchronisée sur la période d’activation spécifique du mécanisme de régulation du gain lumineux du tube amplificateur d’images.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d’exemple, et réalisée en relation avec les dessins annexés, dans lesquels des références identiques désignent des éléments identiques ou analogues, et dans lesquels :
LaFIG. 1 illustre une vue schématique en section d’un dispositif de vision nocturne de l’état de la technique ;
LaFIG. 2 illustre l’évolution de l’efficacité quantique du dispositif de vision nocturne de laFIG. 1 ;
LaFIG. 3 illustre une vue en perspective du dispositif de vision nocturne de laFIG. 1 ;
LaFIG. 4 illustre une vue schématique d’un système d’identification d’une balise de l’état de la technique mettant en œuvre deux dispositifs de vision nocturne de laFIG. 1 ;
LaFIG. 5 illustre une vue schématique en section d’un dispositif de vision nocturne selon l’invention ;
LaFIG. 6 illustre l’évolution de l’efficacité quantique du dispositif de vision nocturne de laFIG. 5 ;
LaFIG. 7 illustre une vue schématique d’un système d’identification d’une balise selon l’invention mettant en œuvre deux dispositifs de vision nocturne de laFIG. 5 ;
LaFIG. 8 illustre un exemple d’images observées par des lunettes de vision nocturne intégrant deux dispositifs de vision nocturne de laFIG. 7 ;
LaFIG. 9 illustre quatre chronogrammes de déclenchement asynchrone d’une balise avec le système d’identification de laFIG. 7 ; et
LaFIG. 10 illustre quatre chronogrammes de déclenchement synchrone d’une balise avec le système d’identification de laFIG. 7 .
LaFIG. 5 illustre un dispositif de vision nocturne11intégrant un tube intensificateur d’images13conforme à l’invention. Tel qu’illustré sur laFIG. 1 de l’état de la technique, le dispositif de vision nocturne11se présente sous la forme d’une lunette destinée à être placée devant un capteur, l’œil d’un utilisateur, ou les deux yeux lorsque deux dispositifs sont juxtaposés pour former des jumelles de vision nocturne. Ce dispositif de vision nocturne11intègre plusieurs éléments placés sur l’axe optiqueα1du capteur ou de l’œil de l’utilisateur afin de transformer l’image de la scène observée. Plus précisément, la lunette comporte, depuis la scène extérieure au capteur ou à l’œil de l’utilisateur, un objectif12, le tube intensificateur d’images13de l’invention et un oculaire14.
Tel que décrit précédemment, l’objectif12comprend une ou plusieurs lentilles permettant de capturer les photons du rayonnement électromagnétique de la scène observée. L’oculaire14, de manière similaire à l’objectif12, comprend une ou plusieurs lentilles permettant de capturer et accessoirement de visualiser les photons du signal lumineux émis par le tube intensificateur d’images13.
Le tube intensificateur d’images13comprend au moins trois éléments distincts intégrés dans une enceinte interne sous vide24: une photocathode16, un multiplicateur d’électrons18, et un écran phosphorescent20.
Tel que décrit précédemment, la photocathode16se présente sous la forme d’une couche photosensible semi-transparente recevant les photons du rayonnement électromagnétique incident, c’est-à-dire les photons transmis par l’objectif12. Pour ce faire, une fenêtre d’entrée15transmet les photons depuis l’objectif12sur la photocathode16tout en garantissant l’herméticité d’une paroi externe23du tube intensificateur d’images13.
La photocathode16est généralement réalisée sous la forme d’une fine couche de métal ou de semi-conducteur apposée sur une couche en verre ou en matériau transparent à la lumière. Le matériau de la photocathode16est choisi en fonction de sa sensibilité à l’image de la scène observée. L’interaction des photons du rayonnement électromagnétique incident de la scène observée avec la photocathode16produit, par effet photoélectrique, une émission d’électrons.
Plus précisément, la photocathode16est fixée sur un réseau de diffraction30, lui-même fixé sur une face interne de la fenêtre d’entrée15.
Le réseau de diffraction30est formé d’un arrangement périodique de motifs, par exemple des échancrures, des entailles, des évidements, des encoches ou des rayures, ménagés dans la fenêtre d’entrée15. Un matériau de diffraction est préférentiellement placé entre les motifs du réseau de diffraction30de la fenêtre d’entrée15pour former une surface plane de dépôt de la photocathode16. Par exemple, la fenêtre d’entrée15peut être réalisée en verre, en quartz ou en verre borosilicate. Les motifs du réseau de diffraction30de la fenêtre d’entrée15peuvent être réalisés par des techniques connues de gravure, telles que les techniques d’holographie, de gravure ionique et/ou de gravure par diamant.
Les motifs sont ensuite préférentiellement remplis par un matériau de diffraction dont l’indice de réfraction optique n est différent de celui de la fenêtre d’entrée15, comme par exemple de l’Al2O3(n~1, 7), du TiO2(n~2, 3-2, 6), du Ta2O5(n~2,2), ou du HfO2. Ce matériau de diffraction peut être déposé par des techniques connues de dépôt physique en phase vapeur, telles que la pulvérisation cathodique, l’évaporation, ou le dépôt physique en phase vapeur à faisceau d’électrons, également connu sur l’acronyme EBPVD pour « electron beam physical vapour deposition » dans la littérature anglo-saxonne.
La différence entre les indices optiques du matériau de diffraction présent dans lesdits motifs et du matériau de la fenêtre d’entrée15est préférentiellement supérieure ou égale à 0,2.
La photocathode16est préférentiellement réalisée en un matériau semi-conducteur, de préférence un composé alcalin à base d’antimoine. Un tel matériau alcalin peut être choisi parmi les matériaux suivants : SbNaKCs, SbNa2KCs, SbNaK, SbKCs, SbRbKCs ou SbRbCs. De préférence, la photocathode16est formée d’antimoine et de sodium.
A la sortie de la photocathode16, les électrons émis, nommés photoélectrons, sont ensuite soumis à un premier champ électrique au sein d’une première zone d’accélération17permettant de diriger les photoélectrons vers le multiplicateur d’électrons18. Ce premier champ électrique est réalisé en appliquant une tension entre la photocathode16et le multiplicateur d’électrons18, typiquement une tension comprise entre 50 et 500 volts pour garantir un trajet rectiligne des électrons.
Outre le premier champ électrique créé entre la photocathode16et le multiplicateur d’électrons18, un deuxième champ électrique est créé entre les deux faces du multiplicateur d’électrons18au moyen des électrodes placées de part et d’autre de la galette de microcanaux25.
Ce champ électrique permet de charger la couche semiconductrice interne des microcanaux25de sorte que les multiples collisions des photoélectrons28dans les microcanaux25génèrent un grand nombre d’électrons secondaires29. Ce champ électrique permet également, d’une part, d’accélérer les premiers électrons secondaires29à l’intérieur des micro-canaux25, de sorte que ces premiers électrons secondaires29collisionnent à nouveau avec la surface des microcanaux25produisant à leur tour d’autres électrons secondaires29, et ainsi de suite générant par ce processus physique un grand nombre d’électrons secondaires29; et d’autre part d’accélérer les électrons secondaires29par apport d’énergie, afin de les orienter depuis l’entrée des microcanaux25jusqu’à la sortie des microcanaux25. Typiquement, les photoélectrons28sont multipliés par un facteur compris entre 103et 106dans le multiplicateur d’électrons18. A la sortie des microcanaux25, ces électrons secondaires29sont ensuite déplacés linéairement en direction de l’écran phosphorescent20, au sein d’une seconde zone d’accélération19, sous l’effet d’un troisième champ électrique généré entre le multiplicateur d’électrons18et l’écran phosphorescent20, typiquement un champ électrique généré par une tension comprise entre 4 et 10 kV.
L’écran phosphorescent20permet de transformer les électrons secondaires29en photons produisant une intensité lumineuse. Il se présente sous la forme d’une couche phosphorescente ou d’une couche d’un matériau luminophore déposée sur un substrat, classiquement en verre.
A la sortie de l’écran phosphorescent20, l’image formée est transmise à l’oculaire14par des moyens optiques, classiquement un réseau de fibres optiques21permettant éventuellement de retourner l’image formée sur l’écran phosphorescent20pour obtenir une visualisation correcte de la scène observée.
Pour générer les trois champs électriques, des composants électroniques22sont classiquement disposés autour de l’enceinte interne sous vide24. Le système de vision nocturne11ainsi formé présente donc des éléments optiques, des composants électroniques22, et éventuellement un système de visualisation de la scène observée sur l’oculaire14.
Tel qu’illustré sur laFIG. 6 , le tube intensificateur d’images13ainsi formé, avec l’association de la photocathode16et du réseau de diffraction30, présente un spectre de sensibilité avec une efficacité quantiqueQEdont le maximum est inférieur au maximum d’efficacité quantiqueQEd’un tube intensificateur d’images130de l’état de la technique.
En outre, on constate que le spectre de sensibilité est également plus étendu. Il est donc possible de détecter des photons entre 400 nanomètres et 1064 nanomètres, et non plus entre 450 nanomètres et 900 nanomètres.
Plus précisément, selon l’invention, le tube intensificateur d’images13ainsi formé présente une efficacité quantiqueQE:
– supérieure à 1% dans une gamme de longueurs d’onde de formation d’image et ;
– comprise entre 0.001 et 1% dans une gamme de longueurs d’onde de détection, distincte de ladite gamme de longueurs d’onde de formation d’image, la gamme de longueurs d’onde de détection étant au minimum comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres.
– supérieure à 1% dans une gamme de longueurs d’onde de formation d’image et ;
– comprise entre 0.001 et 1% dans une gamme de longueurs d’onde de détection, distincte de ladite gamme de longueurs d’onde de formation d’image, la gamme de longueurs d’onde de détection étant au minimum comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres.
Cette gamme de longueurs d’onde de détection permet de capter un signal de manifestationSmd’au moins une baliseB. Ainsi, tel qu’illustré sur laFIG. 7 , l’invention propose d’utiliser des jumelles de vision nocturneNVG, ou une lunette de vision nocturne, intégrant un tube intensificateur d’images13, tel que précédemment décrit, pour capter un signal de manifestationSmd’au moins une baliseBdans la gamme de longueurs d’onde de détection. De préférence la baliseBémet un signal de manifestationSmà la longueur d’onde précise de 1064 nanomètres.
La baliseBpeut être constituée d’un boitier électronique intégrant une alimentation électrique et des moyens d’émission du signal de manifestationSm, par exemple une diode infrarouge.
Par ailleurs, la baliseBpeut émettre un signal de manifestationSmen permanence ou en réponse à un signal d’activationSa. De préférence, tel qu’illustré sur laFIG. 7 , le signal d’activationSapeut être émis depuis les jumelles de vision nocturneNVG, ou la lunette de vision nocturne. Pour ce faire, les jumelles de vision nocturneNVG, ou la lunette de vision nocturne, intègre un dispositif d’activation31.
Le dispositif d’activation31peut être constitué d’un tube intégrant une alimentation électrique et des moyens d’émission du signal d’activationSa. Il est à noter que l’alimentation électrique du dispositif d’activation31peut être assurée par les jumelles de vision nocturneNVG, ou la lunette de vision nocturne, par exemple par les composants électroniques22.
Le signal d’activationSapeut être lumineux ou radiofréquence. Ainsi, lorsque le dispositif d’activation31de la baliseBintègre un émetteur radiofréquence, la baliseBintègre une antenne et le signal de manifestationSmest émis uniquement en réponse à la réception du signal d’activationSa.
En variante, lorsque le dispositif d’activation31de la baliseBintègre un émetteur optique, par exemple une diode laser, la baliseBintègre un récepteur optique, par exemple une photodiode, et le signal de manifestationSmest également émis uniquement en réponse à la réception du signal d’activationSa. La diode laser et la photodiode peuvent être configurées pour fonctionner à une longueur d’onde comprise entre 1400 nanomètres et 1800 nanomètres, par exemple 1550 nanomètres.
Pour que la baliseBreçoive le signal d’activationSa, il est nécessaire que la portée de propagation et l’angle de propagationF31du dispositif d’activationSasoient réglés de sorte que le signal d’activationSaatteigne la baliseB. De la même manière, la puissance et l’angle de propagationFbde la baliseBdoivent être configurés pour que le signal de manifestationSmatteigne l’angle de détectionFnvgdes jumelles de vision nocturneNVG, ou de la lunette de vision nocturne.
Pour augmenter la portée de détection d’une baliseB, il est possible de réduire l’angle de propagationF31du signal d’activationSa. Il est également possible d’utiliser un angle de propagationF31du signal d’activationSaplus faible que l’angle de visionFnvgdes jumelles de vision nocturneNVG, ou de la lunette de vision nocturne. Dans ce mode de réalisation, les balisesBne peuvent être détectées que sur une zone d’observation spécifiqueZpdes images observées par des jumelles de vision nocturneNVG, ou de la lunette de vision nocturne.
Dans l’exemple de laFIG. 8 , des jumelles de vision nocturneNVGpermettent de visualiser des images nocturnes binoculaires et, dans ces images, une zone d’observation spécifiqueZpcentrale permet la détection de balisesB.
Par ailleurs, les jumelles de vision nocturneNVG, ou la lunette de vision nocturne, peuvent intégrer un mécanisme de régulation du gain lumineux, également appelé « auto-gating » dans la littérature anglo-saxonne, limitant la durée d’ouverture du tube amplificateur d’images13à chaque période d’activation spécifiquePaldu mécanisme de régulation du gain lumineux. Pour éviter que la baliseBn’émette un signal de manifestationSmqu’en dehors des plages de détection du tube amplificateur d’images13, la baliseBpeut être configurée pour émettre un signal durant une durée importante et supérieure à la période d’activation spécifiquePaldu mécanisme de régulation du gain lumineux.
En variante, avec une détection asynchrone telle qu’illustrée sur laFIG. 9 , le dispositif d’activation31peut présenter une période d’activationP31variable. Avec ce mode de réalisation, la baliseBpeut être détectée lorsque la période d’activation spécifiquePaldu tube amplificateur d’images13coïncide avec la période d’activationP31du dispositif d’activation31. Ainsi, sur le dernier chronogramme de laFIG. 9 relatif à la détection du tube amplificateur d’images13, la baliseBn’est pas détectée sur les deux premiers signaux de manifestationSmémis mais elle est détectée sur les deux derniers signaux de manifestationSm.
Avec une détection synchrone telle qu’illustrée sur laFIG. 10 , le dispositif d’activation31est connecté avec le dispositif de gestion de la période d’activation spécifiquePaldu mécanisme de régulation du gain lumineux, par exemple par les composants électroniques22. Dans ce mode de réalisation, le dispositif d’activation31présente une période d’activationP31synchronisée sur la période d’activation spécifiquePaldu mécanisme de régulation du gain lumineux du tube amplificateur d’images13. Ainsi, dans ce mode de réalisation, sur le dernier chronogramme de laFIG. 10 relatif à la détection du tube amplificateur d’images13, la baliseBest détectée sur les quatre signaux de manifestationSmémis.
Ainsi, l’invention permet de détecter des balisesBsans dégrader les images formées par le tube amplificateur d’images13car la longueur d’onde de détection des balisesBn’est pas comprise dans la gamme de longueurs d’onde de formation d’image, par exemple comprise entre 450 nanomètres et 900 nanomètres. En outre, l’invention améliore également la furtivité des porteurs de balisesBcar la longueur d’onde de détection des balisesBn’est pas détectée par les systèmes de vision nocturne classiques qui captent des photons dans la gamme de longueurs d’ondeλcomprise entre 450 nanomètres et 900 nanomètres.
Claims (10)
- Système d’identification d’au moins une balise (B), la balise (B) intégrant un dispositif d’émission de rayonnement électromagnétique à une longueur d’onde comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres, le système comprenant des jumelles de vision nocturne (NVG) ou une lunette intégrant un tube amplificateur d’images (13) comprenant :
– une fenêtre d’entrée (15) configurée pour recevoir et transmettre les photons ;
– une photocathode (16), fixée sur une face interne de ladite fenêtre d’entrée (15), apte à convertir des photons transmis par la fenêtre d’entrée (15) en photoélectrons (28) ; la photocathode (16) présentant un spectre de sensibilité défini en fonction de la longueur d’onde des photons reçus par la photocathode (16) et de l’efficacité quantique (QE) de la photocathode (16), c’est-à-dire du rapport entre le nombre de photoélectrons (28) générés et le nombre de photons reçus par la photocathode (16) ;
– un multiplicateur d’électrons (18) apte à démultiplier les photoélectrons (28) en électrons secondaires (29) ; et
– un écran phosphorescent (20) transformant les électrons secondaires (29) en photons ;
caractérisé en ce quele tube amplificateur d’images (13) comprend également un réseau de diffraction (20) placé entre la fenêtre d’entrée (15) et la photocathode (16) de sorte à diffracter les photons dans ladite photocathode (16) et à permettre à la photocathode (16) de présenter une efficacité quantique (QE) :
– supérieure à 1% dans une gamme de longueurs d’onde de formation d’image et ;
– comprise entre 0.001 et 1% dans une gamme de longueurs d’onde de détection, distincte de ladite gamme de longueurs d’onde de formation d’image, ladite gamme de longueurs d’onde de détection étant au minimum comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres ;
le tube amplificateur d’images (13) étant configuré pour capter un rayonnement électromagnétique émis par ladite balise (B) dans ladite seconde gamme de longueurs d’onde de détection. - Système d’identification d’au moins une balise (B) selon la revendication 1,dans lequella photocathode (16) est formée à base d’antimoine et d’au moins un métal alcalin.
- Système d’identification d’au moins une balise (B) selon la revendication 1 ou 2,dans lequelle tube amplificateur d’images (13) est configuré pour capter des signaux de manifestation (Sm) issus de l’au moins une balise (B) à une longueur d’onde de 1064 nanomètres.
- Système d’identification d’au moins une balise (B) selon l’une des revendications 1 à 3,dans lequelles jumelles de vision nocturne (NVG) ou la lunette comprend également un dispositif d’activation (31) de la balise (B), configuré pour émettre un signal d’activation (Sa), ladite balise (B) comprenant un module de réception dudit signal d’activation (Sa) de sorte à transmettre le rayonnement électromagnétique à la longueur d’onde comprise entre 1050 nanomètres et 1075 nanomètres sous la forme d’un signal de manifestation (Sm) en réponse au signal d’activation (Sa) émis par le dispositif d’activation (31).
- Système d’identification d’au moins une balise (B) selon la revendication 4,dans lequelle dispositif d’activation (31) de la balise (B) est constitué d’un émetteur radiofréquence, le module de réception de ladite balise (B) étant constitué d’une antenne.
- Système d’identification d’au moins une balise (B) selon la revendication 4,dans lequelle dispositif d’activation (31) de la balise (B) est constitué d’un émetteur optique, le module de réception de ladite balise (B) étant constitué d’un récepteur optique.
- Système d’identification d’au moins une balise (B) selon la revendication 6,dans lequell’émetteur optique est une diode laser avec une longueur d’onde comprise entre 1400 nanomètres et 1800 nanomètres, le module de réception de ladite balise (B) étant constitué d’une photodiode apte à capter une longueur d’onde comprise entre 1400 nanomètres et 1800 nanomètres.
- Système d’identification d’au moins une balise (B) selon l’une des revendications 4 à 7,dans lequelles jumelles de vision nocturne (NVG) ou la lunette sont configurées pour observer une scène (Sc) dans laquelle est placée une zone d’observation spécifique (Zp) définie par l’angle d’émission (F31) dudit dispositif d’activation (31) et l’angle de vision (Fnvg) des jumelles de vision nocturne (NVG) ou de la lunette, la détection de ladite balise (B) étant réalisée uniquement dans ladite zone d’observation spécifique (Zp).
- Système d’identification d’au moins une balise (B) selon l’une des revendications 4 à 8,dans lequelle tube amplificateur d’images (13) comprend un mécanisme de régulation du gain lumineux, le dispositif d’activation (31) présentant une période d’activation (P31-1) variable.
- Système d’identification d’au moins une balise (B) selon l’une des revendications 4 à 8,dans lequelle tube amplificateur d’images (13) comprend un mécanisme de régulation du gain lumineux avec une période d’activation spécifique (Pal), le dispositif d’activation (31) présentant une période d’activation (P31-2) synchronisée sur ladite période d’activation spécifique (Pal) du mécanisme de régulation du gain lumineux dudit tube amplificateur d’images (13).
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Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| CHRZANOWSKI K ED - SKARBEK WLAD: "Review of night vision technology", OPTO-ELECTRONICS REVIEW, WARSZAWA, PL, vol. 21, no. 2, 15 March 2013 (2013-03-15), pages 153 - 181, XP035349513, ISSN: 1230-3402, [retrieved on 20130315], DOI: 10.2478/S11772-013-0089-3 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO2025133500A1 (fr) | 2025-06-26 |
| TW202534382A (zh) | 2025-09-01 |
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