Brevet FR2254037A1 — publié le 19750704

La présente invention concerne un dispositif optique pour stabiliser un axe de visée, ce dispositif comportant de façon en soi connue un gyroscope portant un miroir plan, l'axe stabilisé par le gyroscope étant parallèle à l'axe de visée. On connaît deux types généraux de tels dispositifs stabilisateurs, à savoir un premier type selon lequel le miroir plan stabilisé reçoit un faisceau parallèle (système afocal) et un second type selon lequel le miroir plan stabilisé reçoit un faisceau non parallèle, c'est-à-dire convergent ou divergent. Le premier type de dispositif nécessite la présence de lentilles au voisinage du miroir plan stabilisé et la présente invention écarte fondamentalement ce type de dispositif, considérant que la présence de telles lentilles est indésirable. La présente invention fournit donc un dispositif qui se rattache au second type mentionné plus haut, c'est-à-dire où l'élément stabilisateur -est placé en faisceau non-parallèle. Le but fondamental de l'invention est de fournir un dispositif qui, avec un minimum d'éléments optiques, permette d'obtenir une focalisation rigoureuse au centre du champ malgré les mouvements du support. On y parvient, selon la présente invention, par le fait que le dispositif comporte un miroir concave interposé sur le trajet optique entre l'objectif et le miroir plan, ce miroir concave étant disposé au voisinage du plan image de l'objectif et réfléchissant la-lumière vers le miroir plan. Dans la définition de l'invention et dans les revendications, il faut comprendre que l'expression miroir plan" englobe tous les systemes optiques susceptibles de remplacer un miroir plan comme par exemple un prisme à un nombre impair de réflexions ou un miroir de Mangin. De même, l'expression "miroir concave" englobe tous les systèmes optiques susceptibles de remplacer un miroir concave, comme par exemple un miroir de Mangin. Dans une réalisation pré-rée, la courbure du miroir concave est choisie pour compenaer les défocalisations introduites par les rotations miroir stabilisé autour d'axes perpendiculaires à l'axe stabilisé. Dans une réalisation particulière, les positions relatives du miroir concave et du miroir plan sont telles que le centre de l'image fournie par le miroir plan est fixe et symétrique, par rapport au plan du miroir plan, de l'image dans le système optique constitué par objectif et le miroir concave d'un point situé à l'infini dans une direction parallèle à l'axe stabilisé, quels que soient les déplacement du support. De préférence, ledit centre est confondu avec le point nodal image de l'objectif. Enfin, dans le cas d'un ensemble optique qui comprendrait au moins deux dispositifs selon la présente invention, il est préconisé que ces deux dispositifs aient en commun le miroir plan lié au gyroscope. Le dispositif de l'invention peut être placé devant tout appareil optique. Il est plus particulièrement destiné à stabiliser une ligne de visée pour des instruments tels que des caméras, des jumelles, des illuminateurs de cibles, etc... afin de fournir des images optiques fixes malgré les vibrations et malgré les mouvements indésirables transmis aux instruments. Il permet aussi de stabiliser le faisceau d'un émetteur-récepteur optique destiné à établir une liaison discrète entre deux véhicules en mouvement, des navires par exemple, en diminuant le champ instantané nécessaire pour établir la liaison optique et en accroissant considérablement les performances, en particulier la portée. On notera que le dispositif de l'invention comporte des éléments optiques qui, de par la conception du dispositif, autorisent à placer sur le gyroscope un miroir à stabiliser de faibles dimensions et de faible masse de façon à garder au gyroscope une fréquence de nutation élevée et des faibles dimensions pour filtrer toutes les fréquences des mouvements accidentels rencontrés dans l'utilisation des dispositifs de visée optique ou de prise de vue. En résumé, le dispositif selon la présente invention pour compenser les mouvements accidentels des instruments optiques comprend, un objectif d'entrée, un miroir concave et un élément optique stabilisé, la longueur des parcours optiques étant déterminée pour assurer la stabilisation, au centre du champ sans déversement de l'image, la forme dudit miroir concave permettant de renvoyer la lumière sur l'élément optique stabilisé, de diminuer la courbure du champ du système optique et de supprimer la défocalisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description détaillée qui en est donnée ci-après, avec les dessins ci-joints, à l'appui, sur lequels La figure 1 est une vue en coupe montrant d'une manière schématique une forme de réalisation d'un dispositif pour compenser les mouvements accidentels des instruments optiques, conforme à l'invention La figure 2 est la même vue du dispositif représenté à la figure 1 pivotée d'un angle ; La figure 3 est une illustration schématique montrant en perspective la configuration d'un gyroscope, et La figure 4 montre un système à deux voies. La réalisation préférentielle d'un dispositif pour compenser les mouvements accidentels des instruments optiques comprend (figure 1) un certain nombre d'éléments optiques disposés à l'intérieur d'un bottier 1 étanche à la lumière. Ces éléments sont un objectif 2 disposé dans une paroi du bottier 1 et, à l'intérieur--du bottier, un miroir 3, de forme particulière qui sera décrits plus loin, occupant une position lui permettant d'intercepter la lumière provenant de l'objectif 2. Ce miroir 3 est positionné au voisinage du plan image de l'objectif 2 et il sert à renvoyer la lumière en direction d'un second miroir 4 porté par un gyroscope 5. Le miroir 4 est de préférence un miroir plan et il renvoie la lumière en direction d'un second objectif 6. Il est à noter que l'objectif 2, le miroir 3 et le second objectif 6 sont tous fixés de façon rigide au bottier 1. Seul le miroir plan 4 est mobile par rapport au bottier 1 . Porté par le gyroscope 5, il est assujetti à conserver une position fixe dans l'espace comme montré sur la figure 2, malgré un déplacement du bottier 1 d'une valeur angulaire vers le haut et dans le plan de la figure. En effet, dans ce cas, le corps du gyroscope 5 pivote d'un même angle et on a supposé que le point de pivotement G du gyroscope était situé- dans le plan de la face réfléchissante du miroir 4. On voit que par cette disposition, la direction 8 du moment cinétique du gyroscope 5 reste toujours parallèle à l'axe de visée 9. Si 0 est le centre du champ image, sa projection sur le plan du miroir décrit la sphère de diamètre OG.Si 1/R2 est la courbure de l'objectif 2, on donnera donc au miroir 3 une courbure 1 telle que R 3 1 + 1 + I R3 2 R2 OG Le calcul de l'objectif 2 est mené suivant les règles de l'art de manière à réduire autour du point 0 les aberrations de l'image d'un point à l'infini dans une direction , vu à travers le système composé de l'objectif 2 et des miroirs 3 et 4 lorsque ce dernier est incliné de autour de G. En choisissant un objectif 6 de distance focale F2, F1 étant la distance focalede l'objectif d'entrée 2, on réalise une lunette afocale de grossissement F2 qui peut recevoir derrière l'objectif 6 un système optiqu 4 elconque, par exemple Une lunette d'observation(à noter que celle-ci n'a pas besoin de système redresseur) Une caméra de cinéma ou de télévision Un illuminateur de cible ou un émetteur-récepteur optique, etc... Le miroir 3 est un miroir concave dans le plan de la f-igure et dans le plan perpendiculaire à la figure , il joue le r81e de collectrice et il permet d'utiliser un miroir 4 de faibles dimensions et un objectif d'entrée 2 petit. Le miroir 3 a également un autre avantage, il diminue la courbure de champ du système optique. Toutefois, selon une réalisation préférentielle de l'invention, la priorité est donnée, lors du calcul, à la stabilisation rigoureuse du centre du champ et à l'absence de défocalisation en ce point plutôt qu'à la correction de la courbure de champ du système. Sur les figures 1 et 2, on a représenté le centre de pivotement 7 dans le plan de la face réfléchissante du miroir 4. En fait, cette solution théoriquement idéale n'est pratiquement que difficilement réalisée pour des raisons de disposition de construction technologique et d'équilibrage de l'ensemble gyroscope-miroir. il est , en effet, plus aisé d'exécuter un ensemble gyroscope-miroir dont le centre de pivotement G est situé en arrière du miroir 4 comme représenté sur la figure 3. Cette disposition, lors d'un déplacement du bottier 1, en élévation autour de l'axe 7 ou en gisement autour de l'axe 8, crée une rotation du miroir 4 qui introduit une défocalisation. Mais cette défocalisation peut être compensée par correction de la courbure du miroir 3. En effet, si O est le centre du champ image, sa projection sur le plan du miroir décrit une conchoïde de sphère obtenue en ajoutant la distance da miroir 4 au centre de pivotement G du gyroscope au segment défini par le point 0 et son intersection avec la sphère de diamètre OG. Ltimage du point 0 dans le miroir décrit la con choie déduite de la précédente par une homothétie de rapport 2 et de centre 0. Le miroir 3 est alors défini, sa courbure étant la demi-somme des courbures de la conchoïde et de celle de l'ob objectif 2. Selon une autre réalisation préférentielle de l'invention, le méme miroir 4 est utilisé pour stabiliser plusieurs dispositifs optiques par exemple Une lunette bi-objectif binoculaire Une lunette associée à un émetteur-récepteur optique; La figure 4 est une illustration schématique montrant en perspective la configuration d'un système à deux voies : la première utilise l'objectif 2, les miroirs 3 et 4 et l'objectif 6, la seconde utilise l'objectif 2', les miroirs 3' et 4 et l'objectif 6'. REVENDICATIONS 1) Dispositif optique pour stabiliser un axe de visée et le rendre indépendant des mouvements du support du dispositif optique, du type dans lequel l'élément stabilisateur est placé en faisceau non-parallèle, ce dispositif comportant un objectif d'entrée et un gyroscope portant un miroir plan, l'axe stabilisé par le gyroscope étant parallèle à l'axe de visée et perpendiculaire au miroir, caractérisé par le fait que le dispositif comporte un miroir concave interposé sur le trajet optique entre l'objectif et le miroir plan, ce miroir concave étant disposé au voisinage du plan image de l'objectif et réfléchissant la lumière vers le miroir plan, en sorte que le dispositif permet une focalisation rigoureuse au centre du champ malgré les mouvements du support. 2). Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la courbure du miroir concave est choisie pour compenser les défocalisations introduites par les rotations du miroir stabilisé autour d'axes perpendiculaires à l'axe stabilisé. 3) Dispositif optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les positions relatives du miroir concave et du miroir plan sont telles que le centre de l'image fournie par le miroir plan est fixe et symétrique, par rapport au plan du miroir plan, de l'image dans le système optique constitué par l'objectif et le miroir concave d'un point situé à l'infini dans une direction parallèle à l'axe stabilisé, quels que soient les déplacements du support. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit centre est confondu avec le point modal image de l'objectif. 5) Ensemble optique comportant au moins deux dispositifs selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ces deux dispositifs ont en commun le miroir plan lié au gyroscope.