Brevet FR2201481A1 — publié le 19740426

La présente invention concerne des réticules mobiles réglables pour appareils ou lune tes de pointage. Pl:s préci- sément, l'invention concerrle un ensemble "a réticule mobile" à semi-conducteurs ol.l à source Lumineuse qui ne comporte ni pièce mobile mécanique ni faisceau d'électrons et qui n'est par conséquent limité ni par l'inertie ni par un jau mécanique quand il est utilisé dans un ensemble de conduite de tir ou un viseur de bombardement. Un exemple simple et familier ce réticule de lunette est le dispositif à fils en croix utilisé dans toutes les lunettes pour fusils. Pour permettre l'alignement du réticule de la lunette avec l'axe du canon de l'arme, c'est-à-dire pour ali- gner la lunette, un montage permet de faire coulisser le réticule parallèlement aux axes horizontal et vertical. Les grands appareils de visée, tels que les viseurs de bombardement d'a- vion, utilisent un entraînement mécanique suivant deux axes orthogonaux pour réaliser une correction automatique d'ali- gnement tenant compte de la vitesse anémométrique et de la dérive.Des variantes comportent un réticule mobile projeté ou un prisme qui déplace le paysage par rapport à un réticule fixe de manière à réaliser un effet de "réticule mobile". Un autre ensemble connu utilise un tube à rayons cathodiques pour engendrer un réticule lumineux qui est ensuite projeté dans le champ utile du viseur et déplacé dans ce champ par déviation d'un faisceau d'électrons à l'intérieur du tube à rayons cathodiques. Un inconvénient commun à tous les réticules mobiles -mécaniquement est le temps nécessaire pour vaincre l'inertie des pièces mécaniques mobiles avant d'atteindre la position finale du réticule. Un inconvénient des réticules mobiles mécaniques et à rayons cathodiques est que la position centrale ou de zéro d'ou part le mouvement est perdue après le déplacement initial et doit entre retrouvée par une remise à zéro de l'appareil par une référence mécanique ou électrique toutes deux sujettes à une erreur finie de positionnement due au Jeu mécanique dans le premier cas ou à la dérive électronique avec les ensembles à tube cathodique . L'appareil selon l11.nven- t-ion remédie à ces deux inconvénients. Pour réaliser un réticule sans inertie, numériquement réglable avec un point zéro défini en pev anence, la présente invention met en oeuvre une matrice, dont la position est fixe, d'élémentSs éeletro-optiques séparés, par exemple une matrice de sources lumineuses minuscules formant des lignes et des colonnes.Une telle matrice peut entre constituee par plusieurs centaines ou plusieurs milliers de diodes lurninescentes formant un ensemble de circuits intégrés à grande échelle ou elle peut être réalisée par des sources à gaz fluorescents comme celles utilisées par exemple pour les panneaux dtaffichage al phanumériques fabriqués et vendus par la firme Burroughs C rporation sous la marque commerciale 'tScan-a-line". Selon une autre variante, la matrice est formés de sources lumineux ses électroluminescentes.Avec une telle matrice, il est possible d'exciter un élément électro-optique dont la position est fixe ou un petit nombre de tels éléments, successivement dans l'espace ou le temps, dans le but de définir le point d'intersection dune paire de fils croisés de réticule Le réticule placé au foyer d'un système optique et llima- ge à l'infini ainsi produite est projetée dans le champ du visueur, l'ensemble constitué du réticule et'du système optique formant un collimateur. Le point central du réticule lumineux peut entre placé en un point quelconque de la matrice par des circuits de commutation électroniques numériques destinés à choisir les éléments de matrice et peut, par conséquent, tre amené n'importe où dans le champ du viseur.En variante, si une faible perte de lumière sur l'axe optique du viseur peut castre tolérée, la matrice elle-mezme peut tre placée directement dans le champ utile, sur l'axe optique, au lieu de proJeter son image dans ce champ utile. Evidemment, dans un tel réticule, les éléments de matrice doivent etre transparents en l'absence d'excitation et peuvent 8tre- par exemple- -constitués par un tube à gaz à décharge luminescente placé entre des électrodes transparentes sur deux plaques transparentes parallèles se faisant face et entre lesquelles le gaz est enfermé, comme dans les enseignes au néon bien connues.Un tel appareil peut fonctionner à la manière des dispositifs d'affichage "Scan-a-line1, sus-merltionnés, sauf que l'ensemble doit zéro réalisé entiè- rc:nent en matière transparente pour permetter de voir au travers. Les avantages d'un tel ensemble à matrice fixe et réticule mobile sont 1' absence de temps mort mécanique ,ors du mouvement du réticule et ltabsence d'erreur lors de la remise en position zéro, étant donné que le pcint lumineux fixé comme position zéro ne se déplace jamais, même si le réticule a été déplacé de la position zéro, pour un tèlémétrage sur la ligne directe de visée, jusqu'à une position de tir pour lasAuellc on désire asservir en position un système de pointage d' un canon ou d'autres armes, pour tenir compte des angles de pointage, de la dérive et analogue. L'ensemble mécanico-optique à matrice fixe peut stre étudié de manière à ne pas changer de position sous l'action des vibrations mécaniques et des variations de température. Ce réticule mobile à semi-conducteur ou à source lumineuse permet ainsi lorsqu'il est associé à un calculateur à semi-conduteurs et un télémètre laser, la réalisation d'un ensemble de conduite de tir ou d'un viseur de bombardement "sans partie mobile" avec tcus les avantages associés à un tel ensemble, à savoir le télénétrage > le calcul -et le positionnement du réticule en moins d'une seconde avec une précision maximale. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels les memes références désignent des pièces analogues. Sur ces dessins : la figure l est une vue partiellement schématique en perspective éclatée d'une matrice transparente de réticule convenant pour la mise en place directe sur l'axe optique d'un viseur; la figure 2 est une vue schématique représentant la manière dont un réticule du type représenté sur la figure 1 est mis en place dans un ensemble de visée et de conduite de tir;; la figure 3 est une vue schématique en perspective éclatée d'une seconde forme de réalisation du réticule du type représenté sur la figure 1 les figures 4a, 41r et c so La figure 5 représente la manière dont un réticule réalisé de la manière indiquée sur les figures 4a, ;Ts ou 4c peut être projeté dans le champ utile d'un viseur. Les figures 1 et 3 représentent deux orr.es de 1' invention qui conviennent pour le montage direct sur l'axe optique d'une lunette de visée fixée à une arme de la maniera représentée sur la figure 2. L'ensemble de la figure 1 convient pour la production d'un réticule mobile à un seul point du type repré- senté sur la figure 4a, alors que la réalisation de la figure 3, convient pour produire un réticule constitué par deux lignes qui se coupent, du type représenté sur la figure 4b. la figure 5 représente un ensemble dans lequel le tracé du réticule est réalisé sur une matrice opaque de sera-conducteurs et projeté sur l'axe optique d'une lunette.Un tel réticule peut, de préférence, être du modèle représenté sur les figures 4a ou 4b ou du type plus compliqué de la figure 4c. le réticule mobile à réglage numérique de la figure 1 comprend une première et une seconde plaques de verre transparentes 10 et il et un cadre d'espacement des bords 12 dont un fragment seulement est représenté en coupe sur la vue éclatée de la figure 1. Il va de soi que, comme l'indique plus clairement la figure 2, les plaques 10 et li sont montées parallèlement, espacées et en regard l'une de l'autre, par exemple en les fixant aux épaulements 13 et 14 de la bordure 12, Ces plaques peuvent être fixées à la bordure 12 de toute manière appropriée. L'intervalle entre les plaques 10 et il est rempli d'un gaz à décharge luminescente entretenue sous basse pression. Ce gaz peut par exemple être du néon et les techniques de fabrication utilisées pour la réalisation des enseignes au néon peuvent être appliquées à ce petit appareil. Plusieurs conducteurs rectilignes transparents 16 comme le conducteur 16' se trouvent sur la face intérieure de la plaque de verre 10. Un groupe semblable de conducteurs 15 parallèles et espacés se trouve sur la surfaceintérieure de la plaque ll placée en face. Le groupe de conducteurs 16 est orienté suivant une direction de la matrice nüi, sur la figure, est dénommée arbitrairerrent direction Y, tandis que l'autre groupe de conducteurs 15 sur la plaque opposée il est orienté dans une direction orthogonale à la direction Y qui est dénommée direction X.Des circuits 17 logiques classiques de commutation appliquent une tension à l'un des conducteurs 15 préalabelement choisis tandis que des circuits 18 classiques semblables de commutation appliquent aussi une tension à un conducteur préalablement choisi du groupe Jló de conducteurs Y. Chaque tension appliquée a une valeur comprise entre la moitié et la totalité de la tension nécessaire pour déclencher la conduction par décharge disruptive dans le gaz enfermé entre les plaques transparentes, formant ainsi le réticule. Par conséquent, la conduction apparaîtra seulement au point défini par ltintersection géométrique du conducteur choisi dans 11 ensemble Y et du conducteur choisi dans l'ensemble X. La conduction ap paraotra donc en un seul point et formera un réticule du type représenté en 30 sur la figure 4a. L'emplacement de ce point peut être modifié par un choix approprié des divers conducteurs. Il va de soi que les conducteurs 15 et 16 sont représentés très agrandis. En pratique, les conducteurs transparents séparés de l'ensemble X soit 15, et de l'ensemble Y soit 16, ont une largeur de 25 lu et peuvent être placés sur les plaques correspon dantes à une distance de 50 /u d'axe en axe, de manière à réaliser un espacement de 25 /u entre ces conducteurs. Ces conducteurs peuvent tre réalisés par des techniques photolithographiques classiques, semblables à celles mises 3n oeuvre pour la réalisation de circuits intégrés par dépôt sur la surface d'une plaque de verre d'une mince couche transparente d'un métal conducteur tel que le cuivre, l'or ou l.aluminium et en enlevant les parties indésirables par l'utilisation de matériaux pour réserves photographiques afin de former un ensemble de conducteurs parallèles séparés.Les circuits logiques de commutation pour les ensembles X et Y sont du type bien connu à mémoire à noyaux de ferrite pour l'accès aux ensembles orthogonaux à deux dimensions. Le calculateur 18 de conduite de tir de la fig-ure 1 peut etre d'un type couramment utilisé pour un système d'armes lolnrlé.Le calculateur 18 commande les circuits de commutation X et Y en appliquant des impulsions appropriées pour choisir le conducteur à mettre sous tension dans chaque ensemble. L'intersection de ces conducteurs définit ainsi 1' em- placement du point lumineux éclairé unique du réticule 30 de la meme manière qu' un adressage par les coordonnées X et Y d'une matrice orthogonale de mémoire détermine le point auquel accéder. Pour l'utiliation, llerserble de plaques lO, 11, 12 est monté sur le tube i9 d'une lunette de visée qui comporte un oculaire 20 et tT objectif 21 de façon que les plaques 10, ll et 12 soient placées dans le plan focal d'un oculaire et juste dans le champ utile. Ainsi, la ligne de visée LOS, ou axe opti que, joiOmlant les centres de l'oculaire et de ltokjectif tra verse à angle droit le plan des plaques du réticule. Des con - nexions électriques appropriées sortent par le côté de la lu nette et aboutissent aux circuits logiques X, soit 17 et Y,soit 18.L'ensemble de la lunette est monté sur le canon 23 d'un fusil, d'un canon ou dune autre arme à pointer, qui peut com porter un télémètre laser. Un tir d'essai dans des conditions 'bien déterminées est effectué pour déterminer l'emplacement du point zéro du réticule qui est tel que l'arme et le laser soient correctement alignés, c'est-à-dire tel que la ligne de visée de la lunette soit exactement parallèle à celle du laser et à la ligne de tir de 11 arme. Le point zéro est ainsi connu en fonction de ses coordonnées X et Y spécifiées par rapport à la matrice, si bien que -le point lumineux choisi du réticule peut être toujours ramené à cette adresse zéro à la demande. En service, le réticule est tout d'abord placé en ce point zéro, si bien qu un télémètre laser ou autre, aligné avec ce réticule, sera dirigé sur l'objectif quand le réticule en position zéro sera orienté sur cet objectif. La distance à l'objectif est ensuite déterminée par un procédé approprié et est introduite dans le calculateur 22 de conduite de tir.Ce calculateur utilise la détermination ae la distance et d'autres éléments de tir appropriés tels que la température, le type du projectile, la dérive et analogues pour déterminer les angles de pointage en azimut et n élévation. 2e calculateur exprime ensuite ces angles n fonction de l'adresse X, Xss \ déiini'sant la position du réticule et amène celui-ci dans une nouvelle position qui dcfinib l'orientation de l'arme déterminée par le calculateur et nécessaire pour le tir avec cette arme dans le but d'atteindre l'objectif donné dans les conditions données.Une fois que le réticule a été déplacé par le calculateur, le tireur déplace larme de manière à alLgner à nouveau le réticule avec l'objectif, pointant ainsi automatiquement larme correctement, Si l'on désire former un tracé de réticule du type repre- senté sur la figure 4b, constitué par deux lignes 31 et 32 qui se coupent, dans lequel l'une quelconque des deux lignes peut être déplacée dans une direction orthogonale à son orientation, on peut utiliser un ensemble du type représenté sciérnatiquement sur la figure 3.0n voit sur cet ensemble que deux plaques de verre 10a et lia avec des ensembles d'électrodes 16a et t5a sur leur surface (qui sont parfaitement semblables aux plaques 10 et il et aux ensembles 16. et 15 de la figure 1) sont utilisées. De plus, toutefois, une troisième plaque de verre transi parente 24 est intercalée entre les deux plaques 10a et lia de manière à former un ensemble à deux compartiments ou à trois plaques. La plaque 24 de verre transparent est recouverte d'une mince pellicule conductrice sur toute la surface de chacune de ces faces. Ces deux feuilles conductrices sont raccordées par un conducteur 25 à la masse commune de l'ensemble.Les ensembles de conducteurs 15a et 16a sur les plaques correspondantes sont portés chacun à la tension nécessaire pour provoquer une décharge disruptive dans le gaz, avec conduction, le long du conducteur unique choisi pour chaque plaque. Il va de soi que la plaque 10a et la plaque 24 sont fixées de manière à former un récipient, ou tube, à décharge pour le gaz enfermé alors que la plaque 15a et la face opposée de la plaque 24 sont montées de manière à former un second tube parallèle à décharge gazeuse.Le choix d'un des conducteurs de ensemble 16a et l'activation par une tension d'excitation supérieure à la tension disruptive provoquera une décharge long de toute la ligne définie par le conducteur choisi, formant un trait continu de réticule dans lne position semblable à celle représente par la ligne 32 sur la figure 4k. Une .isesous tension semblable d'un conducteur choisi de l'ensemble 15a est utilisée. pour former un trait de réticule éclairé tel que le trait 31 de la figure 4b.La position exacte de ces traits peut étre ajustée par des signaux appropriés appliqués aux circuits logiques X, soit 17a et aux circuits logiques Y soit 18a. La figure S représente schématiquement un ensemble gracie auquel une matrice 40 ce semi-conducteur opaque peut eAtre utilisée pour engendrer des tracés de réticule semblables à ceux représentés sur les figures 4a, 4b ou 4c qui sont ensuite projetés optiquement dans le champ utile de la lunette 19. La matrice 40 peut gtre constituée par un ensemble de diodes émet- tant de la lumière ou d'éléments électroluminescents dont chacun peut être réalisé par les techniques bien connues des circuits intégrés.Ces éléments électro-optiques émettant de la linière forment une matrice de lignes et de colonnes orientées parallèlement- aux directions orthogonales X-Y et de dimensions comparables à celles des ensembles de conducteurs étudiés à propos des éléments électro-optiques à compartiment de gaz des figures 1 et 3. La matrice peut être commandée électriquement par des signaux de commutation provenant des circuits à logiques de commutation X soit i7b, et Y soit 18b, qui sont tout à fait analogues au circuit d'adressage étudié ci-dessus et peuvent être réalisés de manière commue des spécialistes.En variante, la matrice 40 peut etre un panneau d'affichage du type prévu pour des appareils d'affichage alpha-numériques et par exemple du modèle vendu par la firme Burrougns sous la marque comme ciale "Self-Scan". On se reportera en particulier au Burroughs Corporation Bulletins Nos. S101; 1061i; et 1061j pour une description plus complète du fonctionnement de ces dispositifs d'affichage lumineux et des circuits de eomn;-ltation logiques de commande associés.Plus généralement, l'expression "éléments électro-optiques" signifie dans le cas présent un élément ou appareil qui en réponse à des signaux électroniques modifie le rayons nement électro-magnétique de longueur onde comprise entre 1 et 106 m qui est transmis, émis ou réfléchi par cet élément ou appareil. Il va de soi que la présente invention concerne non pas l'élément électro-optique luimeAme, mais plu l'assccia- tion de cet élément avec le viseur et les circuits de commande de la manière décrite.Sur la figure 5, l'image de la surface de la matrice 40 d'éléments électro-ortiques constituant le panneau d'alfichage lumineux qui engendre le réticule est projetée par un objectif 41 sur un séparateur de faisceaux cu un miroir 42 partiellement argenté. L'objectif de projection 41 est fixé à un tube coudé 43 saillant sur le côté de la lunette 19. Le miroir partiellement argenté ou le séparateur de faisceaux 42 fait un angle de 450 avec la ligne de visée ou axe otpique de la lunette 19 et l'axe optique de l'objectif 41. L'objectif 41 forme par conséquent une image du réticule de la matrice 40 sur le miroir 42.Le tireur regardant à travers l'o- culaire 20, le miroir 42 et l'objectif 21 voit un objectif qui est dans le champ utile de la lunette et voit aussi 1' image du réticule placée clans ce champ utile de manière à tre superposée à l'objectif visé, en relation géométrique avec la ligne de visée qui est déterminée par les signaux de commutation appliqués aux circuits logiques 17b et 18b de la manière étudiée ci-dessus à propos du fonctionnement de la réalisation de la figure 1. Les tracés de réticule représentés sur les figures 4a,4b et 4c sont définis par une matrice de points du type qui apparattrait en fait si une matrice de 1iodes luminescentes séparées ou d'autres éléments optiques lumineux ponctuels était utilisée comme dans la réalisation de la figure 5. Il va de soi que si des éléments à décharge du type représenté sur les figures l et 3 sont utilisés, on obtiendra respectivement les configurations des figures 4a ou 4b pour le réticule mais sur un fond clair et non sur un fond pointillé. Dans la réalisation de la figure 1, le réticule sera un point tel que le point 30 de la figure 4a qui peut etre amené par l'action des circuits logiques de commutation numérique dans l'une quelconque des autres positions indiquées par les points plus petits de cette figure. De même, dans la réalisation de la figure 3, le réticule est constitué par deux traits lumineux continus se coupant et constitués par une file de points 31 dans une direction et une file de points 32 dans l'autre direction, comme l'indique la figure 4b.Chacun de ces traits continus peut offre amené numé- riquement à des emplacements représentés comme occupons par des lignes ou colonnes parallèles de points, par une commutation numérique appropriée. Dans la forne de réalisation de la figure 5, les traits du réticule du type représenté sur la figure 4h sont en fait constitués par une série de sources ponctuelles séparées, et non par une décharge gazeuse continue comme sur la figure 9. Si un appareil à panneau d'afficage tel que le "self-scan" est utilisé, on peut facilement réaliser, si on le désire, des tracés de réticules plus compliqués que ceux représenté sur la figure 4c. Dans toutes ces réali sations, il nty a aucun jeu, aucune dérive, aucune pièce mobile, mais un réticule à semi-conducteurs qui peut store raccordé directement à des circuits numériques et tre commandé d'une manière précise par ceux-ci. il va de soi que la présente invention a été décrite ci-dessus à titre purement indicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra lui apporter toutes modifications de détail conformes à son esprit sans sortir de son cadre. RF\,TiDTCATi0NS I - Réticule à réglage numérique pour viseur optique, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice d'éléments électro-optiques séparés, des organes destinés à définir une relation mécanique et optique déterminée de manière permanente entre ladite matrice et le champ utile dudit viseur, tels que laite matrice d' éléments électro-optiques soit visible dans ledit champ utile, et des circuits de commutation destinés à exciter au moins un desdits éléments optiques choisis à l'a- vance pour définir un axe de visée. 2 - Réticule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite matrice d'éléments électro-optiques séparés comprend deux plaques transparentes parallèles se faisant face et entre lesquelles se trouve un gaz entreiaenant une décharge électrique, un premier groupe d'électrodes transparentes parallèles continues espacées étant disposé sur la surface intérieure d'une desdites plaques et un second groupe transparentes semblables étant disposé sur la surface intérieure de l'autre desdites plaques, lesdits premier et second groupes d'électrodes étant orientés dans des directions perpendiculaires, et en ce que lesdits circuits de commutation appliquent à l'une des électrodes transparentes faisant partie de chacun desdits groupes une tension qui est comprise entre la moitié et la totalité de la tension nécessaire pour déclencher une conduction par décharge disruptive dans ledit gaz. 3 - Réticule selon la revendication 2 > caractérisé en ce qu'une troisième plaque transparente est intercalée entre lesdites première et seconde plaques transparentes pour former deux compartiments séparés contenant un gaz, chacune des faces de ladite troisième plaque étant entièrement recouverte d'une feuille conductrice transparente unique, et en ce que lesdits circuits de commutation appliquent à chacun des dits premier et second groupes de conducteurs transparents une tension suffisante pour déclencher une décharge disruptive dans le gaz et une décharge électrique par conduction entre une desdites électrodes sous tension et une face de ladite troisième plaque. 4 - Réticule selon la re':eudication 1, caractérisé en ce que ladite matrice dtéléments électro-optîques séparés est constituée par une matrice de source ponctuelles émettant de la lunlière, en ce qu'au moins une source prérdeterminée de cote matrice peut atre~mise sous tension par lesdits circuits de commutation vt en ce que image de ladite matrice peut Rtre projetée optiquement dans le champ utile dudit viseur. 5 - Réticule selon la revend cation 1, caractérisé en ce que ladite relation mécanique et optique déterminée est maintenue par le fait que ladite matrice est placée sur ltaxe optique dudit viseur, directement dans son champ utile, ladite matrice étant réalisée en une matière transparente. 6 - Réticule melon la revcndication l, caracvérisé en ce que ladite relation mécanique et optique déterminée est mainte- nue par le fait que ladite matrice est en relation mécanique déterminée avec l'axe optique, mais en dehors et à l'extérieur du champ utile dudlt viseur, et une image de ladite matrice est projetée dans le champ utile dudit viseur avec une relation optique déterminée par rapport à celui-ci. 7 - Réticule selon la revendication 1 > caractérisé en ce que ladite matrice d'éléments électro-ottiques comprend un premier et un second organes transparents placés sur la ligne de visée dudit viser et entre lesquels est enfermée une masse d'une matière normalement transparente et électro-optiquement sensible, au moins un desdits organes transparents comportant sur sa surface au moins un groupe de conducteurs transparents destinés à définIr un réticule et lesdits circuits de commutation comprenant des composants destinés à mettre sous tension lesdits conducteurs, afin de créer un champ électrique à travers ladite masse de matière électro-optiquement sensible pour rendre visible ledit réticule.