FR2874427A1

FR2874427A1 - THERMAL INSULATION UNIT FOR A DETECTOR AND USE THEREOF

Info

Publication number: FR2874427A1
Application number: FR0508296A
Authority: FR
Inventors: Jorg Baumgart; Michael Grob
Original assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2006-02-24
Also published as: DE102004040373B4; DE102004040373A1; SE0501744L

Abstract

L'invention concerne une unité d'isolation thermique (27) pour un détecteur (20) comprenant un boîtier (16) isolant thermiquement avec une fenêtre (18), ainsi qu'un détecteur (20) disposé à l'intérieur du boîtier. Dans le boîtier de l'isolation thermique se trouve une optique (28) destinée à reproduire une scène-objet sur le détecteur (20) disposé dans le boîtier (16), entre la fenêtre (18) et le détecteur (20).L'invention concerne en outre l'utilisation d'une unité d'isolation thermique (27) en tant que deuxième étage (44) dans une optique de reproduction (42) à deux étages.The invention relates to a thermal insulation unit (27) for a detector (20) comprising a thermally insulating housing (16) with a window (18), as well as a detector (20) arranged inside the housing. In the thermal insulation housing there is an optic (28) intended to reproduce an object scene on the detector (20) arranged in the housing (16), between the window (18) and the detector (20). The invention further relates to the use of a thermal insulation unit (27) as a second stage (44) in a two-stage reproduction optic (42).

Description

L'invention concerne une unité d'isolation thermique pour un détecteur etThe invention relates to a thermal insulation unit for a detector and

son utilisation.its use.

On sait que les détecteurs, par exemple les détecteurs à semi- conducteurs à base de HgCdTe, PtSi et InSb ainsi que ce qu'on appelle les QWIPs (quantum well infrared photo detectors) n'atteignent leur sensibilité optimale de rayonnement qu'à des températures qui sont largement inférieures à la température ambiante. C'est pourquoi un refroidissement des détecteurs est nécessaire. Pour obtenir un effet de to refroidissement rapide et durable, les détecteurs sont le plus souvent disposés dans une unité d'isolation thermique. On utilise à cet effet dans bien des cas des boîtiers sous vide à double paroi avec une fenêtre perméable aux rayonnements. Ces détecteurs sont proposés par exemple par la société AIM-AEG Infrarot-Module GmbH, Heilbronn. It is known that detectors, for example semiconductor detectors based on HgCdTe, PtSi and InSb as well as so-called QWIPs (quantum well infrared photo detectors) only reach their optimal radiation sensitivity at temperatures that are well below room temperature. This is why a cooling of the detectors is necessary. To obtain a fast and durable cooling effect, the detectors are most often placed in a thermal insulation unit. For this purpose, in many cases double-walled vacuum housings with a radiation-permeable window are used. These detectors are proposed for example by AIM-AEG Infrarot-Module GmbH, Heilbronn.

En thermographie, ces unités d'isolation thermique destinées à un détecteur sont combinées avec une optique additionnelle pour former un système de caméra ou de reproduction. Par système de reproduction au sens de cette demande, on entend un détecteur avec une optique se plaçant devant (optique additionnelle) qui assure la reproduction de scènesobjets sur le détecteur. Dans l'industrie, on a recours par exemple à la thermographie pour vérifier la surchauffe ou le sous-refroidissement de produits ou d'installations. Dans le domaine scientifique, la thermographie est utilisée entre autre dans les domaines de la recherche climatique et la médecine. Dans le secteur militaire, la thermographie sert à l'exploration et à la reconnaissance du terrain. In thermography, these thermal insulation units for a detector are combined with additional optics to form a camera or reproduction system. By reproduction system in the sense of this application, we mean a detector with optics placed in front (additional optics) which ensures the reproduction of scenes objects on the detector. In the industry, for example, thermography is used to check overheating or subcooling of products or installations. In the scientific field, thermography is used among other things in the fields of climate research and medicine. In the military sector, thermography is used for the exploration and reconnaissance of the terrain.

De manière désavantageuse un système de reproduction suivant l'état de la technique a besoin de suffisamment d'espace aussi bien pour l'unité d'isolation thermique du détecteur que pour l'optique additionnelle de reproduction correspondante. Disadvantageously, a reproduction system according to the state of the art needs sufficient space for both the detector's thermal insulation unit and the corresponding additional reproduction optics.

La présente invention a donc pour but d'indiquer une unité d'isolation thermique pour un détecteur qui permette une construction compacte. L'invention a encore pour but d'indiquer une utilisation technique d'une unité d'isolation thermique de ce type. The present invention therefore aims to indicate a thermal insulation unit for a detector that allows a compact construction. The invention also aims to indicate a technical use of a thermal insulation unit of this type.

Le premier but est atteint avec une unité d'isolation thermique pour un détecteur dans laquelle, suivant l'invention, une optique de reproduction d'une scène-objet sur le détecteur est disposée dans un boîtier isolant thermiquement avec une fenêtre, entre cette fenêtre et un détecteur disposé à l'intérieur du boîtier. The first object is achieved with a thermal insulation unit for a detector in which, according to the invention, a reproduction optics of a scene-object on the detector is disposed in a thermally insulating casing with a window, between this window and a detector disposed within the housing.

-o Du fait que dans l'unité d'isolation thermique, de toute façon nécessaire, pour un détecteur, une optique est disposée entre la fenêtre dans le boîtier et le détecteur, on réalise déjà un système de reproduction fonctionnel sur un espace très petit. On exploite ainsi de manière idéale et de façon simple l'espace de construction nécessaire à la réalisation d'une unité d'isolation thermique. Du fait de son intégration à l'unité d'isolation thermique, l'optique de reproduction se trouve ainsi à faible distance du détecteur. De ce fait, l'optique peut être maintenue petite dans ses dimensions géométriques. Ceci entraîne comme autre aspect positif une réduction des coûts. -o Since in the thermal insulation unit, in any case necessary, for a detector, an optic is disposed between the window in the housing and the detector, a functional reproduction system is already produced on a very small space . The construction space necessary for the production of a thermal insulation unit is thus ideally and simply used. Due to its integration with the thermal insulation unit, the reproduction optics is therefore at a short distance from the detector. As a result, the optics can be kept small in geometric dimensions. This leads to another positive aspect of cost reduction.

Du fait qu'une optique est logée dans le boîtier de l'unité d'isolation thermique, la température de l'optique peut être maintenue stable. Etant donné que l'indice de réfraction d'une optique dépend de la température, ceci revient à fixer le foyer de l'optique en une position fixe. Après ajustage unique du détecteur par rapport à l'optique, il est ainsi toujours garanti un comportement optimal de reproduction sur le détecteur. Une unité d'isolation thermique de ce type convient donc particulièrement à son utilisation dans des conditions extrêmes, concernant la température, sans qu'il soit nécessaire d'accepter des réductions de la qualité concernant le comportement de reproduction. Because an optics is housed in the housing of the thermal insulation unit, the temperature of the optics can be kept stable. Since the refractive index of an optic depends on the temperature, this amounts to setting the focus of the optics in a fixed position. After a single adjustment of the detector with respect to the optics, it is thus always guaranteed an optimal behavior of reproduction on the detector. A thermal insulation unit of this type is therefore particularly suitable for use in extreme temperature conditions, without it being necessary to accept reductions in the quality of the reproduction behavior.

On peut par là renoncer à des moyens coûteux et complexes pour la stabilisation de la température de l'optique. This way, expensive and complex means for stabilizing the temperature of the optics can be dispensed with.

Suivant les exigences de qualité des reproductions des scènes-objets sur le détecteur, il est dans certaines circonstances même possible de renoncer totalement à une autre optique qui se trouverait à l'extérieur du boîtier, devant la fenêtre. According to the quality requirements of the reproductions of the scene-objects on the detector, it is in certain circumstances even possible to completely give up another optics that would be outside the case, in front of the window.

Dans une variante avantageuse, l'optique se trouvant dans l'unité d'isolation thermique est conçue comme un filtre froid. Les unités d'isolation thermique contiennent le plus souvent des filtres froids standard. Un filtre froid est un filtre optique qui se trouve devant le détecteur et qui est utilisé pour bloquer un rayonnement d'arrière-plan to à l'extérieur d'une gamme de longueurs d'ondes souhaitée, afin de réduire ainsi le bruit. Dans la pratique, ces filtres sont des plaques minces qui sont constitués d'un matériau optique approprié qui laisse passer le domaine spectral concerné, avec un revêtement le plus souvent sur les deux faces. Etant donné que pour l'optique on peut utiliser aussi un matériau correspondant, la plaque filtrante avec revêtement peut être remplacée sans problème par une optique avec revêtement. De ce fait on combine les propriétés positives d'un filtre froid de manière idéale aux propriétés de reproduction de l'optique. L'espace de construction est habilement exploité par le fait que le filtre froid est simplement remplacé par l"'optique à filtre froid". In an advantageous variant, the optics located in the thermal insulation unit are designed as a cold filter. Thermal insulation units usually contain standard cold filters. A cold filter is an optical filter in front of the detector that is used to block background radiation to outside a desired wavelength range, thereby reducing noise. In practice, these filters are thin plates which consist of a suitable optical material which passes the spectral domain concerned, with a coating most often on both sides. Since for optics a corresponding material can also be used, the coated filter plate can be replaced without problem by coated optics. As a result, the positive properties of a cold filter are ideally combined with the optical reproduction properties. The construction space is cleverly exploited by the fact that the cold filter is simply replaced by the "cold filter optics".

De manière avantageuse, l'optique de l'unité d'isolation thermique est une lentille ou un système de lentilles. Dans le cas d'une lentille il s'agit d'un corps limité par deux surfaces, qui peuvent être soit sphériques soit non sphériques, avec une action de réfraction de la lumière définie. La lentille modifie l'angle d'ouverture d'un faisceau de rayons et possède des propriétés de reproduction. La distance focale constitue la grandeur caractéristique des propriétés de reproduction de la lentille. Etant donné que chaque reproduction au moyen d'une lentille est affectée de défauts de reproduction, on combine souvent plusieurs lentilles différentes en un système de lentilles, afin de réduire par là les défauts de reproduction. La forme donnée à la lentille ou au système de lentilles est choisie de manière que pour une disposition déterminée de la lentille ou du système de lentilles à l'intérieur du boîtier de l'unité d'isolation thermique, devant le détecteur, on obtienne des propriétés de reproduction optimales d'une scène-objet sur le détecteur. Du fait que les deux surfaces latérales de la lentille ou du système de lentilles sont encore recouvertes de couches de filtre froid, le bruit de fond d'un rayonnement indésirable peut être minimisé et de ce fait la qualité de reproduction peut encore être accrue. Advantageously, the optics of the thermal insulation unit is a lens or a lens system. In the case of a lens it is a body limited by two surfaces, which can be either spherical or nonspherical, with a defined light refraction action. The lens changes the aperture angle of a ray beam and has reproducing properties. The focal length is the characteristic size of the reproduction properties of the lens. Since each reproduction by means of a lens is affected by reproduction defects, several different lenses are often combined into a lens system, thereby reducing the reproduction defects. The shape given to the lens or the lens system is chosen so that for a given disposition of the lens or lens system inside the housing of the thermal insulation unit, in front of the detector, there is obtained optimal reproduction properties of a scene-object on the detector. Because both side surfaces of the lens or lens system are still covered with cold filter layers, the background noise of unwanted radiation can be minimized and hence the reproduction quality can be further increased.

De préférence, l'optique est fixée sur un diaphragme froid se to trouvant dans le boîtier de l'unité d'isolation thermique. Ce diaphragme est un dispositif destiné à limiter mécaniquement les faisceaux de rayons de la reproduction optique d'une part et à bloquer le rayonnement thermique d'autre part. Pour cette raison, on utilise pour le diaphragme froid un matériau mince, thermoconducteur. Le diaphragme froid peut être un disque avec une ouverture se trouvant à l'intérieur. Le diaphragme se trouve en contact thermique avec le détecteur, pour présenter la même température que celui-ci. Suivant la conception géométrique, le diaphragme froid peut aussi servir à éliminer la lumière de dispersion incidente ou le rayonnement thermique sur le détecteur. Le diaphragme froid peut constituer ici une sorte de boîtier à l'intérieur du boîtier de l'unité d'isolation thermique - sans toutefois présenter un contact thermique et mécanique avec celui-ci -. Ce boîtier intérieur présente sur l'une de ses faces frontales une ouverture qui se trouve face à la fenêtre du boîtier de l'unité d'isolation thermique. L'autre face frontale est entièrement ou partiellement formée par la surface du détecteur. Preferably, the optics are fixed on a cold diaphragm located in the housing of the thermal insulation unit. This diaphragm is a device for mechanically limiting the optical reproduction beam beams on the one hand and blocking the thermal radiation on the other hand. For this reason, a thin, thermally conductive material is used for the cold diaphragm. The cold diaphragm may be a disc with an opening inside. The diaphragm is in thermal contact with the detector, to present the same temperature as this one. Depending on the geometric design, the cold diaphragm can also be used to remove incident scattering light or thermal radiation on the detector. The cold diaphragm may constitute here a kind of housing inside the housing of the thermal insulation unit - without however having a thermal and mechanical contact with it. This inner housing has on one of its front faces an opening which faces the window of the housing of the thermal insulation unit. The other end face is wholly or partially formed by the surface of the detector.

De manière idéale, l'optique est fixée à l'intérieur du diaphragme froid à une distance appropriée devant le détecteur. De ce fait, l'optique est également protégée contre des influences de la température extérieure par le diaphragme froid. De manière idéale, on utilise un matériau thermoconducteur pour la fixation de l'optique sur le diaphragme froid. De ce fait, l'optique est également en contact avec le détecteur refroidi, par le diaphragme froid. Il est garanti par là une température stable de l'optique et on empêche des décalages dépendant de la température du plan du point focal de l'optique, en raison d'une modification due à la température de l'indice de réfraction du matériau dans lequel est réalisée l'optique. Une compensation de la température, telle qu'elle est nécessaire dans les ensembles optiques classiques, est donc superflue. Dans le cas d'une modification de l'ajustage entre l'optique et le détecteur, par suite d'une distance mal choisie, ce to problème peut être résolu par une modification de la température du détecteur et donc aussi de l'optique, dans une certaine limite, car de ce fait l'indice de réfraction de l'optique et donc la position du plan du point focal correspondant peuvent être influencés. Ideally, the optics are fixed inside the cold diaphragm at an appropriate distance in front of the detector. As a result, the optics are also protected against influences from the outside temperature by the cold diaphragm. Ideally, a thermally conductive material is used for fixing the optics to the cold diaphragm. As a result, the optics are also in contact with the cooled detector by the cold diaphragm. This guarantees a stable temperature of the optics and prevents temperature-dependent shifts in the plane of the focal point of the optics, due to a change due to the temperature of the refractive index of the material in the optical system. which is the optics. Temperature compensation, as necessary in conventional optical assemblies, is therefore superfluous. In the case of a modification of the adjustment between the optics and the detector, as a result of a poorly chosen distance, this problem can be solved by a modification of the temperature of the detector and therefore also of the optics, in a certain limit, because of this the refractive index of the optics and therefore the position of the plane of the corresponding focal point can be influenced.

Dans une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, on donne à une surface de l'optique, tournée vers le détecteur, une forme courbée telle qu'une rétroréflexion du rayonnement par le détecteur soit distribuée de manière diffuse. Par un traitement convenable du détecteur et de la surface de l'optique qui est tournée vers le détecteur, au moyen de revêtement antireflet, on ne peut empêcher que le rayonnement ne soit réfléchi par le détecteur et ne parvienne jusqu'à la face frontale opposée du diaphragme froid et y soit à nouveau réfléchi en retour vers le détecteur. Ce rayonnement réfléchi est alors reproduit de façon floue et entraîne la production d'images dites fantômes sur le détecteur qui fausse la reproduction d'une scène- objet. Par une courbure convenable de la surface de l'optique qui est tournée vers le détecteur, on peut toutefois supprimer la formation d'images fantômes. Grâce à ce moyen, le champ de l'image peut être choisi de manière que l'image fantôme se situe loin de la scène-objet souhaitée et ne gêne donc plus. On peut par là éviter la production d'images fantômes, produites en particulier par un rayonnement laser. In another advantageous embodiment of the invention, a surface of the optics, facing the detector, is given a curved shape such that a retroreflection of the radiation by the detector is distributed in a diffuse manner. By suitable treatment of the detector and the surface of the optics which is turned towards the detector, by means of antireflection coating, it can not be prevented that the radiation is reflected by the detector and reaches the opposite end face cold diaphragm and is again reflected back to the detector. This reflected radiation is then reproduced fuzzily and causes the production of ghost images on the detector that distorts the reproduction of a scene-object. By a suitable curvature of the surface of the optics which is turned towards the detector, however, it is possible to suppress the formation of ghost images. By this means, the field of the image can be chosen so that the ghost image is far from the desired object-scene and therefore no longer interferes. This can avoid the production of ghost images, produced in particular by laser radiation.

Il est en outre avantageux que la fenêtre du boîtier de l'unité d'isolation thermique comprenne un matériau optique non linéaire. Si un rayonnement laser très intense parvient sur un détecteur, ceci peut entraîner une réduction de sa capacité de fonctionner et dans le cas le plus grave une défaillance totale. Si toutefois le rayonnement laser doit traverser un matériau optique non linéaire, il se produit une interaction entre le rayon laser et le matériau de la fenêtre qui empêche que le rayonnement détruisant le détecteur ne parvienne sur celui-ci. Grâce à une unité d'isolation thermique ainsi constituée on favorise une longue to durée de vie du détecteur. It is furthermore advantageous that the housing window of the thermal insulation unit comprises a nonlinear optical material. If a very intense laser radiation reaches a detector, this may result in a reduction of its ability to function and in the most serious case a total failure. If, however, the laser radiation passes through a non-linear optical material, there is an interaction between the laser beam and the window material which prevents the radiation destroying the detector from reaching it. Thanks to a thermal insulation unit thus constituted, a long lifetime of the detector is favored.

Le deuxième but cité concernant une utilisation technique est atteint suivant l'invention par l'utilisation de l'unité d'isolation thermique en tant que deuxième étage dans un système de reproduction à deux étages. Le premier étage peut être utilisé ici pour l'adaptation flexible du champ visuel sans que l'on doive procéder ici à des modifications du deuxième étage, soit l'unité d'isolation thermique. Suivant l'application, par choix correct du premier étage on peut obtenir l'échelle de reproduction souhaitée. The second purpose mentioned for a technical use is achieved according to the invention by the use of the thermal insulation unit as a second stage in a two-stage reproduction system. The first stage can be used here for the flexible adaptation of the visual field without the need here to make changes to the second stage, ie the thermal insulation unit. According to the application, by correct choice of the first stage, the desired reproduction scale can be obtained.

Il peut être prévu comme premier étage des optiques additionnelles différentes qui peuvent être introduites successivement ou en combinaison. Une optique additionnelle peut être réalisée par exemple en tant que télescope de Galilée. De manière pratique, le détecteur de l'unité d'isolation thermique est alors un détecteur simplement échangeable ou une unité de détection à deux bandes, telle que par exemple un QWIT qui est sensible dans deux domaines spectraux tels que les ondes moyennes (trois à cinq micromètres) et les ondes longues (huit à douze micromètres) . On peut réaliser par là de façon simple un système de reproduction à large bande spectrale. It can be provided as a first stage different additional optics that can be introduced successively or in combination. Additional optics can be made for example as a Galilean telescope. Conveniently, the detector of the thermal insulation unit is then a simply exchangeable detector or a two-band detection unit, such as for example a QWIT which is sensitive in two spectral domains such as medium waves (three to three). five micrometers) and long waves (eight to twelve micrometers). This can be done in a simple way a spectral broadband reproduction system.

On peut imaginer aussi un système de reproduction à deux étages, comprenant une unité d'isolation thermique pour un détecteur pour un domaine spectral de 1,5 m comme deuxième étage et un premier étage correspondant qui est utilisé en mème temps par un détecteur ou un récepteur laser et un émetteur laser du même domaine spectral, qui est sûr pour les yeux. One can also imagine a two-stage reproduction system, comprising a thermal insulation unit for a detector for a spectral range of 1.5 m as a second stage and a corresponding first stage which is used at the same time by a detector or a detector. laser receiver and a laser transmitter of the same spectral range, which is safe for the eyes.

On peut imaginer en outre d'introduire dans le parcours des rayons du premier étage un élément optique d'adaptation sous la forme d'unités à prismes ou lentilles pouvant coulisser ou basculer les unes par rapports aux autres, qui permet une stabilisation des lignes de visée à l'intérieur de quelques champs visuels de pixel du détecteur. It is furthermore possible to introduce in the path of the first-stage spokes an optical adaptation element in the form of prism or lens units that can slide or tilt relative to each other, which allows a stabilization of the lines of aimed inside some visual pixel fields of the detector.

Il est particulièrement avantageux que l'unité d'isolation to thermique soit disposée par rapport à un premier étage de manière que son diaphragme froid coïncide avec la pupille de sortie de ce premier étage du système de reproduction à deux étages. Dans ce cas, on obtient un système optimisé sur le plan radiométrique dans lequel on obtient une efficacité très élevée du diaphragme froid, proche de un, car la composante de lumière parasite est particulièrement bien supprimée. Des composantes de rayonnements parasites à l'intérieur du boîtier de l'unité d'isolation thermique, en particulier à l'intérieur du diaphragme froid, causées par exemple par le rayonnement laser et le rayonnement solaire, sont largement évitées. It is particularly advantageous for the thermal insulation unit to be arranged with respect to a first stage so that its cold diaphragm coincides with the exit pupil of this first stage of the two stage reproduction system. In this case, we obtain a radiometrically optimized system in which we obtain a very high efficiency of the cold diaphragm, close to one, because the stray light component is particularly well suppressed. Spurious radiation components within the housing of the thermal insulation unit, especially inside the cold diaphragm, caused for example by laser radiation and solar radiation, are largely avoided.

De manière avantageuse, l'utilisation est telle qu'après le premier étage il se forme une image intermédiaire réelle immédiatement devant ou dans la fenêtre de l'unité d'isolation thermique. Immédiatement devant la fenêtre signifie ici une zone de quelques millimètres. Cette image intermédiaire réelle permet l'introduction d'un diaphragme de champ qui se situe dans la zone de la fenêtre du boîtier de l'unité d'isolation thermique. Un diaphragme de champ sert à restreindre de manière ciblée le champ de l'image et permet de ce fait par exemple de percevoir encore des objets qui se trouvent à proximité de sources de lumière intense. Dans la pratique, par l'introduction du diaphragme de champ on peut aussi réduire la taille de la fenêtre du boîtier de l'unité d'isolation thermique. On obtient par là non seulement un avantage de coût, mais également une plus grande étanchéité du boîtier du fait des joints de circonférence réduite entre la fenêtre et le boîtier. Advantageously, the use is such that after the first stage a real intermediate image is formed immediately in front of or in the window of the thermal insulation unit. Immediately in front of the window means here an area of a few millimeters. This real intermediate image allows the introduction of a field diaphragm which is located in the area of the housing window of the thermal insulation unit. A field diaphragm serves to restrict the field of the image in a targeted manner and thus allows, for example, to still perceive objects that are close to sources of intense light. In practice, by the introduction of the field diaphragm it is also possible to reduce the size of the housing window of the thermal insulation unit. This not only provides a cost advantage, but also a greater sealing of the housing due to the reduced circumferential joints between the window and the housing.

L'unité d'isolation thermique convient en particulier à son utilisation dans une tête chercheuse. Les têtes chercheuses de missiles guidés contiennent habituellement un système à cadre déplacé de manière électrodynamique dans lequel sont intégrés des systèmes optiques. L'optique de reproduction à deux étages avec l'unité d'isolation thermique comme premier étage peut être intégrée dans un tel système optique. Le système à cadre permet une poursuite ou un déplacement par lignes de visée. The thermal insulation unit is particularly suitable for use in a research head. Guided missile searchheads usually contain an electrodynamically moved frame system in which optical systems are integrated. The two-stage reproduction optics with the thermal insulation unit as the first stage can be integrated in such an optical system. The frame system allows tracking or line-of-sight movement.

On peut en outre imaginer d'utiliser l'unité d'isolation thermique dans des dispositifs comportant des capteurs de reconnaissance, afin de rechercher des objets déterminés dans une région prédéfinie, à l'aide du détecteur, de reconnaître ceux-ci ou de les identifier. It is furthermore possible to use the thermal insulation unit in devices comprising recognition sensors, in order to search for specific objects in a predefined region, using the detector, to recognize them or to identify them. identify.

Une utilisation de l'unité d'isolation thermique dans des dispositifs comportant des capteurs de surveillance et d'avertissement entre aussi en ligne de compte. Au moyen du détecteur on surveille ici en permanence une région de l'espace dans le but de détecter des modifications de l'état de la région de l'espace et d'émettre éventuellement un avertissement concernant une menace spécifique. Use of the thermal insulation unit in devices with monitoring and warning sensors is also relevant. By means of the detector, a region of the space is constantly monitored for the purpose of detecting changes in the state of the space region and possibly issuing a warning concerning a specific threat.

Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits plus en détail à l'aide de dessins. Ceux-ci montrent: Figure 1 de manière schématique la construction d'un système de reproduction suivant l'état de la technique, comportant une optique 25 additionnelle et une unité d'isolation thermique, Figure 2 de manière schématique la construction d'une unité d'isolation thermique avec optique, Figure 3 de manière schématique le dessin d'une optique pour une unité d'isolation thermique, Figure 4 de manière schématique le dessin d'une optique sous la forme d'un système de lentilles pour une unité d'isolation thermique, et Figure 5 une optique de reproduction à deux étages avec une 5 unité d'isolation thermique comme deuxième étage. Exemplary embodiments of the invention are described in more detail with the aid of drawings. These show: Figure 1 schematically the construction of a reproduction system according to the state of the art, comprising an additional optical and a thermal insulation unit, Figure 2 schematically the construction of a unit Figure 3 schematically shows the drawing of an optics for a thermal insulation unit, Figure 4 schematically the drawing of an optics in the form of a lens system for a unit of Figure 5 is a two-stage reproduction optic with a thermal insulation unit as a second stage.

Les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références. The same elements are designated by the same references.

Sur la fig. 1 est représentée de manière schématique la construction d'un système de reproduction 10 suivant l'état de la technique. Le système de reproduction 10 comporte une unité to d'isolation thermique 12 et une optique additionnelle 14 séparée. L'unité d'isolation thermique 12 comprend un boîtier 16 d'isolation thermique avec une fenêtre 18 qui est constituée d'un matériau perméable au rayonnement et forme une face frontale du détecteur. A l'intérieur du boîtier 16 est disposé un détecteur 20. Le détecteur 20 se situe face à la fenêtre 18, sur l'autre face frontale du boîtier 16 et est orienté concentriquement à la surface de la fenêtre 18. A l'intérieur du boîtier 16 se trouve un diaphragme froid 22 qui est conçu sous la forme d'un boîtier intérieur dont une surface frontale présente une ouverture 24 qui est concentrique à la fenêtre 18 et au détecteur 20, et dont l'autre extrémité se trouve en contact thermique et mécanique avec le détecteur 20. Il n'existe toutefois aucun contact avec le boîtier 16 de l'unité d'isolation thermique 12. Le diaphragme froid 22 est constitué ici d'une mince tôle de nickel. In fig. 1 is schematically represented the construction of a reproduction system 10 according to the state of the art. The reproduction system 10 comprises a unit of thermal insulation 12 and additional optics 14 separated. The thermal insulation unit 12 comprises a thermal insulation casing 16 with a window 18 which is made of a material permeable to radiation and forms a front face of the detector. Inside the housing 16 is disposed a detector 20. The detector 20 is located opposite the window 18, on the other end face of the housing 16 and is concentrically oriented on the surface of the window 18. Within the housing 16 is a cold diaphragm 22 which is designed as an inner housing having a front surface having an opening 24 which is concentric with the window 18 and the detector 20, and the other end of which is in thermal contact. and mechanical with the detector 20. However, there is no contact with the housing 16 of the thermal insulation unit 12. The cold diaphragm 22 is constituted by a thin sheet of nickel.

A l'intérieur du diaphragme froid 22 se trouve un filtre froid 25. Inside the cold diaphragm 22 is a cold filter 25.

Le filtre froid 25 est fixé au diaphragme froid 22. La fixation peut s'effectuer par exemple par mise en place dans une monture prévue dans le diaphragme froid, par brasage, collage ou par d'autres techniques entrant en ligne de compte. Du fait de la fixation du filtre froid 25 sur le diaphragme froid 22, il se produit un contact thermique entre ces deux éléments. Le filtre froid 25 peut être constitué d'une to mince plaque de germanium, de silicium ou de saphir avec un revêtement 26 sur les deux faces. Comme revêtement 26 on connaît des couches de fluorure de magnésium qui ne laissent passer que le domaine spectral pour lequel le détecteur 20 est sensible, et ne laissent pratiquement pas passer le domaine spectral restant. Du fait que le détecteur 20 est refroidi depuis sa face arrière, le diaphragme froid 22 et le filtre froid 25, en liaison avec celui-ci, sont également refroidis, ce qui fait que la charge de rayonnement due à l'émission thermique du diaphragme froid 22 et du filtre froid 25 est minimisée. The cold filter 25 is attached to the cold diaphragm 22. The attachment can be effected for example by placing in a frame provided in the cold diaphragm, by soldering, gluing or by other techniques involved. Due to the attachment of the cold filter 25 to the cold diaphragm 22, thermal contact occurs between these two elements. The cold filter 25 may consist of a thin germanium, silicon or sapphire plate with a coating 26 on both sides. As coating 26 there are known magnesium fluoride layers which pass only the spectral range for which the detector 20 is sensitive, and do not let virtually pass the remaining spectral range. Because the sensor 20 is cooled from its rear side, the cold diaphragm 22 and the cold filter 25, in connection therewith, are also cooled, so that the radiation load due to the thermal emission of the diaphragm cold 22 and cold filter 25 is minimized.

to La fig. 2 montre une unité d'isolation thermique 27 avec une optique 28 intégrée. L'optique 28 est disposée ici à l'intérieur du boîtier du diaphragme froid 22 entre la fenêtre 18 et le détecteur 20. On réalise par là un système de reproduction extrêmement petit. Dans cet exemple de réalisation l'optique est une lentille 30 en germanium. La lentille 30 présente sur ses deux faces des revêtements de filtre froid 26 adaptés au domaine spectral du détecteur, et remplace par là le filtre froid 25 montré sur la fig. 1 et présente par ailleurs en même temps des propriétés de reproduction. Lors de la fixation de l'optique 28 sur le diaphragme froid 22 il faut veiller à ce que celui-ci soit thermiquement conducteur afin d'amener l'optique 28 à la même température que le diaphragme froid 22 et sur le détecteur 20, et de la maintenir sur celui- ci. Son plan de point focal est ainsi fixé pour un comportement de reproduction optimal. L'optique 28 est fixée sur le diaphragme froid 22 de manière que celui-ci se trouve à une bonne distance du détecteur 20. to fig. 2 shows a thermal insulation unit 27 with integrated optics 28. The optic 28 is disposed here inside the cold diaphragm case 22 between the window 18 and the detector 20. This produces an extremely small reproduction system. In this embodiment, the optics is a germanium lens. The lens 30 has on both sides cold filter coatings 26 adapted to the spectral range of the detector, and thereby replaces the cold filter 25 shown in FIG. 1 and at the same time has reproducing properties. When fixing the optics 28 on the cold diaphragm 22 it must be ensured that the latter is thermally conductive in order to bring the optics 28 to the same temperature as the cold diaphragm 22 and the detector 20, and to keep it on this one. Its focal point plane is thus set for optimal reproduction behavior. The optic 28 is fixed on the cold diaphragm 22 so that it is at a good distance from the detector 20.

Les petites erreurs de distance peuvent être corrigées par une variation de la température, ce qui revient à modifier l'indice de réfraction du matériau optique dans lequel est constituée l'optique 28. The small distance errors can be corrected by a variation of the temperature, which amounts to modifying the refractive index of the optical material in which optics 28 is constituted.

La fig. 3 montre de manière schématique le dessin d'une optique 28 pour une unité d'isolation thermique 27. Le dessin représenté est optimisé pour une gamme de longueurs d'ondes de trois à cinq micromètres; suivant l'application celui-ci peut toutefois être modifié sans problème pour d'autres domaines spectraux. On voit le parcours des rayons d'un faisceau de rayons parvenant à travers l'ouverture du diaphragme froid 22, qui parvient sur une lentille de germanium réalisée en tant que filtre froid et qui est focalisée sur le détecteur 20. Fig. 3 schematically shows the drawing of an optic 28 for a thermal insulation unit 27. The illustrated drawing is optimized for a wavelength range of three to five micrometers; depending on the application, it can however be modified without problem for other spectral domains. We see the ray path of a beam of rays coming through the opening of the cold diaphragm 22, which reaches a germanium lens made as a cold filter and which is focused on the detector 20.

La lentille en germanium de filtre froid 34 représentée est réalisée en tant que doublet de réfraction et diffraction. Sa distance focale est de 20 mm pour un nombre F (ouverture) de deux et son ouverture numérique NA est de 0,25. La courbure de la lentille 34 est choisie ici de manière qu'une rétroréflexion soit distribuée de manière diffuse par le détecteur 20. The cold filter germanium lens 34 shown is formed as a refraction and diffraction doublet. Its focal length is 20 mm for an F number (aperture) of two and its numerical aperture NA is 0.25. The curvature of the lens 34 is chosen here so that a retroreflection is diffusely distributed by the detector 20.

De manière spécifique à l'application, une modification de la distance focale à l'intérieur du domaine défini par la longueur du boîtier 16 de l'unité d'isolation thermique 27 et de l'indice F (ouverture) est possible. De manière pratique, le dessin peut aussi être échelonné de manière que la taille de l'image coïncide avec la surface sensible du détecteur 20. Il est intéressant aussi d'adapter le dessin à la température qui règne au départ pendant le fonctionnement de l'unité d'isolation thermique 27. Specifically to the application, a change in the focal length within the range defined by the length of the housing 16 of the thermal insulation unit 27 and the index F (opening) is possible. In practice, the drawing can also be staggered so that the size of the image coincides with the sensitive surface of the detector 20. It is also interesting to adapt the drawing to the temperature that prevails during the operation of the thermal insulation unit 27.

La fig. 4 montre de manière schématique le dessin d'une optique 28 qui comprend un système de lentilles 36 constitué de deux lentilles 38 et 40, pour une unité d'isolation thermique 27. La face de la lentille convexe 38, tournée vers l'ouverture 24 du diaphragme froid 22 et la face de la lentille concave 40, tournée vers le détecteur 20, présentent un revètement de filtre froid 26. Le système de lentilles présente une distance focale de 20 mm et une ouverture numérique NA de 0,2. Par ajout d'une lentille concave 40 à la lentille convexe 38, on peut éviter l'effet de diffraction de la lentille. Les deux lentilles se trouvent en contact direct l'une avec l'autre. Mais on peut prévoir aussi une certaine distance entre les lentilles. Fig. 4 schematically shows the drawing of an optics 28 which comprises a lens system 36 consisting of two lenses 38 and 40, for a thermal insulation unit 27. The face of the convex lens 38, turned towards the opening 24 the cold diaphragm 22 and the face of the concave lens 40, facing the detector 20, have a cold filter coating 26. The lens system has a focal length of 20 mm and a numerical aperture NA of 0.2. By adding a concave lens 40 to the convex lens 38, the diffraction effect of the lens can be avoided. Both lenses are in direct contact with each other. But we can also predict a certain distance between the lenses.

Sur la fig. 5 est représentée de manière schématique une optique de reproduction 42 à deux étages. Le deuxième étage 44 est formé ici par une unité d'isolation thermique 27. La construction du premier étage 46 n'est pas montrée en détail. Il peut s'agir par exemple ici d'un objectif primaire qui sert à la reproduction d'une scène-objet sur un plan d'image intermédiaire 48. Cet objectif peut être composé de différents éléments optiques. La disposition des deux étages 44, 46 l'un par rapport à l'autre est choisie ici judicieusement de manière que la pupille de sortie du premier étage 46 coïncide avec l'ouverture 24 du diaphragme froid 22. En outre, la disposition des deux étages 44, 46 l'un par rapport à l'autre est choisie de manière que le plan d'image to intermédiaire 48 se situe dans la zone de la fenêtre 18 de l'unité d'isolation thermique 27. L'unité d'isolation thermique 27 avec son optique 28 remplit la fonction d'un objectif secondaire et reproduit, sur le détecteur 20, la reproduction d'une scène-objet obtenue dans le plan d'image intermédiaire 48. Pour illustrer ceci, on a représenté sur la fig. 5 l'allure de principe du parcours des rayons. On peut imaginer de disposer entre le premier étage 46 et dans la zone de la fenêtre 18, d'autres éléments optiques, tels que par exemple des diaphragmes ou des filtres. In fig. 5 is shown schematically a reproduction optics 42 with two stages. The second stage 44 is formed here by a thermal insulation unit 27. The construction of the first stage 46 is not shown in detail. This may be for example here a primary objective which serves to reproduce a scene-object on an intermediate image plane 48. This objective may be composed of different optical elements. The arrangement of the two stages 44, 46 relative to one another is chosen here judiciously so that the exit pupil of the first stage 46 coincides with the opening 24 of the cold diaphragm 22. In addition, the arrangement of the two stages 44, 46 relative to each other is chosen so that the intermediate image plane 48 is located in the zone of the window 18 of the thermal insulation unit 27. thermal insulation 27 with its optical 28 fulfills the function of a secondary objective and reproduces, on the detector 20, the reproduction of a scene-object obtained in the intermediate image plane 48. To illustrate this, it is represented on the fig. 5 the basic appearance of the ray path. It is conceivable to have other optical elements, such as diaphragms or filters, between the first stage 46 and in the region of the window 18.

2874427 132874427 13

Claims

A thermal insulation unit (27) for a detector (22), comprising a thermally insulating housing (16) with a window (18), and a detector (20) disposed within the housing, an optical (28) for reproducing a scene-object on the detector (20) being disposed in the housing (16), between the window (18) and the detector (20).

Thermal insulation unit (27) according to claim 1, wherein the optic (28) is designed as a cold filter (25).

The thermal insulation unit (27) according to any one of claims 1 or 2, the optics (28) being a lens (30) or a lens system (36).

4. Thermal insulation unit (27) according to any one of claims 1 to 3, the optic (28) being fixed to a cold diaphragm (22) in the housing (16).

The thermal insulation unit (27) according to any one of the preceding claims, a surface of the optics (28), facing the detector (20), having a curved shape such as a retroreflection of the detector (20). ) be distributed in a diffuse manner.

6. Thermal insulation unit (27) according to any one of the preceding claims, the window (18) comprising a nonlinear optical material.

The use of a thermal insulation unit (27) as claimed in any one of the preceding claims as a second stage (44) in a two stage reproduction system (42).

8. Use of the thermal insulation unit (27) according to claim 7, the thermal insulation unit being disposed in the reproduction system (42) with two stages, so that the cold diaphragm (22) coincides with the exit pupil of a first stage (46) of the two-stage reproduction system (42).

9. Use of the thermal insulation unit (27) according to any one of claims 7 or 8, so that after the first stage (46) a real intermediate image is formed immediately in front of or in the window ( 18) of the thermal insulation unit (27).

10. Use of the thermal insulation unit (27) according to any one of claims 7 to 10 above in a searcher head. to