Brevet FR2304094A1 — publié le 19761008

la présente invention concerne une lunette à deux grossissements et plus particulièrement une lunette de visée de grande précision permettant, sans cesser la visée, de passer d'un grossissement à un autre de l'imite observée. Lors de la visée d'un objet, par exemple pour repèrer sa position, on procède généralement d'abord à une recherche de l'objet, la visée proprement dite n'ayant lieu que lorsque 11 objet recherché a été découvert et identifié. Dans la première phase de recherche, et pour explorer plus rapidement l'espace où l'objet peut se trouver, il est plus intéressant de disposer d'un champ étendu nlubot que d'un fort grossissement, celui-ci devant alors être simplement suffisant pour permettre d'identifier l'objet.Une fois l'objet découvert et pris dans le champ de la lunette, et meme s'il est mobile, le champ pourra être restreint autour de l'objet car on peut facilement le suivre dans son déplacement; il devient par contre intéressant de disposer d'un plus fort grossissement pour pouvoir effectuer la visée sur un point très précis de l'objet. Diverses solutions sont déjà connues pour réaliser de telles lunettes à deux grossissements. 'loutes ces solutions connues satisfont a' l'impératif pratique de ne pas nécessiter le déplacement de l'oeil ni de modifier la mise au point puisqu'on doit passer instantanément d'un grossissement à l'autre; ceci impose de ne pas toucher à l'oculaire ni à la position du plan focal image de l'objectif. Parmi les solutions connues, on pourra citer tout d'abord le moyen simple et classique consistant à permuter deux objectifs dont les focales sont dans le rapport des grossissements désirés, les deux objectifs étant alors sélectivement disposés à des emplacements différents de l'axe optique de la lunette pour conserver un plan focal image commun dans les deux cas. On peut encore prévoir, de façon connue, de déplacer une lentille entre l'objectif et son plan focal image, en la mettant sélectivement dans l'une ou l'autre des deux positions pour lesquelles elle réalise la conjugaison avec des grandissements différents entre un plan objet et un plan image, tous les deux fixes. On peut encore, de façon toujours connue, disposer devant l'objectif un ensemble optique afocal constitué comme une lunette de Galilée, pour en modifier la distance focale. Généralement un tel ensemble additionnel est mis en place pour obtenir le faible grossissement, l'ensemble additionnel se présentant avec la lentille divergente en avant. Bien entendu, dans tous les cas cités, les lentilles ou ensembles permutables ou additionnels sont montés sur des supports mécaniques mobiles avec une position hors service et une position active où le support vient en appui sur des butées de façon telle que l'ensemble optique soit bien en place le long et par rapport à l'axe optique de la lunette. Dans le cas particulier d'une lunette de visée de grande précision, on exige que pour le fort grossissement, utilisé pour la visée proprement dite, la direction définie par l'axe de visée soit déterminée avec une très grande précision, celle-ci pouvant atteindre quelques centièmes de milliradian. On rappellera que l'axe de visée de la lunette est défini par le point nodal image de l'objectif et le centre du micromètre de la lunette. Une telle précision est pratiquement impossible à obtenir si l'on fait appel soit à un objectif escamotable comme dans la première solution connue rappelée cidessus ou même si l'on fait appel à la deuxième solution rappelée dans laquelle on fait déplacer une lentille en deux positions conjuguées.En effet, la précision mécanique des butées et les conséquences des vibrations d'épreuve ou normalement subies en service conduisent à des écarts possibles de position des lentilles mobiles qui se traduisent par des écarts angulaires de l'axe de visée supérieurs à cette tolérance0 Par contre, l'adjonction au faible grossissement d'un système afocal devant l'objectif ne change évidemment pas l'axe de visée, pour l'utilisation à fort grossissement. Pourtant un tel système avec un ensemble afocal eclipsable devant l'objectif de la lunette présente par ailleurs de nombreux inconvénients. La figure 1 donne un exemple de la structure optique du système.Il est constitué ici par une partie fixe formée d'un objectif I de focale F = 432mm, avec un diamètre utile de 60mm, qui forme d'un objet à l'infini une image dans le plan focal 2; cette image est reprise par un oculaire 3 de focale 36mmo La lunette donne ainsi un grossissement de 12. L'ensemble afocal éclipsable permettant de réduire le grossissement à 4 comporte un groupe convergent 5 et un groupe divergent 60 On voit tout d'abord que pour conserver le même anneau oculaire de sortie et la même clarté, le diamètre du groupe convergent 5 doit être au moins égal à celui de l'objectif 1. L'ensemble mobile éclipsable constitue donc alors un ensemble relativement lourd, ce qui pose des problèmes mécaniques délicats lorsque la lunette doit présenter une bonne résistance aux vibrations. Par ailleurs, afin de limiter la longueur de l'ensemble es camotable, on est amené à donner aux groupes convergent et divergent des ouvertures relatives importantes qui rendent plus délicate la correction des aberrations. ainsi, pour l'ensemble de la figure I, le groupe convergent 5 aura une focale de 185mm environ et le groupe di vergent une focale négative d'environ41mm;; ceci permet de limiter l'encombrement du système escamotable à 150mm, mais conduit à des ouvertures relatives de ? our corriger les aberrations, chaque groupe doit alors comporter au moins trois lentilles, ce qui augmen te encore le poids de l'ensemble surtout du fait du grand diamètre du groupe convergent On notera enfin que le système afocal placé devant l'objec- tif de la lunette doit présenter de très bons état de surface car tous ses petits défauts sont amplifiés par la partie fixe de la lu nette. L'invention remédie à ces inconvénients en permettant la réalisation d'une lunette de visée à deux grossissements présentant un encombrement constant pour les deux grossissements, le fort grossis serment étant obtenu à partir d'éléments optiques constamment fixes. L'invention s'applique à une lunette comportant un objectif et un oculaire reprenant l'image formée par l'objectif dans son plan focal image, l'ensemble donnant alors le fort grossissement G, le faible grossissement rG (r inférieur à 1) étant obtenu par mise en place sur l'axe optique d'un ensemble mobile escamotable ne modifiant pas la position du plan focal image. Selon l'invention l'ensemble mo bile escamotable est mis en place entre l'objectif et le plan focal image, l'ensemble étant constitué, à partir de l'objectif, par une première lentille divergente, ou groupe de lentilles équivalent, puis par une deuxième lentille convergente, ou groupe de lentilles équi valent. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant aux autres dessins annexés. la figure 2 donne la structure optique d'une lunette réalisée selon l'invention et comparable à celle de la figure 1. Les figures conjuguées 3 et 4 concernent une méthode graphi que pratique pour déterminer les caractéristiques des lentilles de l'ensemble mobile. On se référera tout d'abord à la figure 2 où l'on a conser vé l'objectif 1 et l'oculaire 3 de la disposition représentée à la figure i. ici l'ensemble mobile escamotable est interposé en arrib- re re de l'objectif 1. Cet ensemble mobile est composé d'une première lentille divergente 8, accolée à l'objectif, de focale - 122mm et de 24mm de diamètre; la deuxième lentille convergente 9, à une distance d de 150mm de la lentille , a un diamètre de 36mm et une focale de 145mm. On observera tout d'abord que la solution ainsi proposée, qui conserve la position du plan focal image, permet un raccourcissement sensible de la lunette par rapport à la solution connue de la figure 1 qui, elle aussi, permettait d'assurer la précision de l'axe de visée pour le fort grossissement. Mais on notera aussi que, toujours par rapport à la structure connue représentée figure 1, l'invention permet d'utiliser des lentilles mobiles de plus faible diamètre, en particulier pour la lentille convergente 9 qui est relativement éloignée de l'objectif 1. I1 en résulte que l'ouverture relative des lentilles 8 et 9 est respectivement de F/5 et F/4, comparée à l'ouverture F/3 des lentilles de l'ensemble mobile représenté figure 1.Pour obtenir la même qualité d'image que dans le cas de la figure 1 on peut utiliser, pour corriger les aberrations, des lentilles plus simples, et par exemple la lentille convergente 9 peut être constituée par un simple doublet collé, alors que le groupe convergent 5 de la figure 1 devait être constitué par au moins trois lentilles. La réduction des diamètres des lentilles, et la simplification de leur composition, concourent à un allègement de l'ensemble mobile et à une simplification des moyens mécaniques à utiliser pour leur déplacement. ContraiFement à l'opinion qui prévalait avant la présente invention, la solution qui vient d'etre exposée, et dans laauelle l'ensemble mobile interposé n'est pas afocal, n'impose pas de tolérances exagérées pour le positionnement des lentilles escamotables. On démontre en effet que si l'on désigne par r (inférieur à 1) le rapport des grossissements donnés par la lunette, une petite translation x longitudinale de l'ensemble mobile entraine un déplacement X de 1 image tel que X = x (1 - r2); de même une translation transversale y du système mobile entraine un déplacement Y de l'image tel que Y = y (1 - r)O Si l'on suppose même un jeu mécanique longitudinal de O,lmm pour l'équipage mobile, volontairement exagéré compte tenu de la précision que l'on peut obtenir par des moyens de fabrication usuels, le déplacement correspondant de l'image ne sera que de 0,O9mm, ce qui entraine une défocalisation de 0,05 dioptrie; un tel écart est inappréciable par un observateur.De même si l'on admettait un jeu transversal volontairement exagéré de O,?mm, il n'en résulterait qu'un déplacement transversal de l'image de 0,07mm, ce qui donnerait un écart de la direction de visée de 0,5 milliradian pour le faible grossissement; la tolérance acceptée pour le faible grossissement étant généralement de l'ordre de quelques milliradians, on voit que l'on est encore ici largement dans la tolérance admise. Ces résultats confirment que l'on peut ainsi changer la distance focale d'un objectif sans déplacer son plan image, en disposant derrière l'objectif deux lentilles dont on peut fixer arbitrairement soit l'écartement soit le rapport des puissances. On trou vera des solutions intéressantes en utilisant, pour le faible grossissement, un couple de lentilles dont la somme algébrique des puissances est nulle ou légèrement négative, de façon à annuler parfaitement la courbure de l'objectif, ce qui présente un gros avantage lorsque le micromètre de la lunette couvre une zone étendue du champ ima ge. Lorsque la lentille divergente 8 est accolée à l'objectif 1, on peut établir des relations simples entre - la puissance p de la lentille divergente 8, - la puissance xp (K négatif) de la lentille convergente 9, - la distance d entre les deux lentilles d et 9, - le rapport r (inférieur à 1) entre les deux grossissements fournis par la lunette. Si l'on prend comme unité la distance focale F de l'objectif 1, les divers paramètres ci-dessus sont reliés par les deux relations suivantes (1) Kp + p + t - dliP (1 + P) = r (2) p = Kd2 - 2Kd + K + 1 Kd (1 - d ) Il en résulte que pour un rapport de grossissement donné, si l'on se fixe une valeur du rapport K des puissances des deux lentilles de l'ensemble mobile, choisi par exemple pour apporter une correction à la courbure du plan image de l'objectif, on pourra déterminer, au moyen des relations (1) et (2), la distance d séparant les deux lentilles escamotables, et au moyen de la relation (2), la puissance de l'une et de l'autre. Une méthode pratique pour cette détermination consiste à faire tracer, au moyen d'un calculateur, un réseau de courbes correspondant à différentes valeurs du rapport E autour d'une valeur moyenne - 1, et donnant la variation de 1/r du rapport de grossissement en fonction de la distance d entre les lentilles 8 et 9. La figure 3 donne 11 allure d'un tel réseau de courbes, lorsque l'on prend pour unité en abscisse la distance focale F de l'objectif 1. On peut de même déterminer, pour les mêmes valeurs du rapport K, un réseau de courbes donnant les variations de la puissance p de la lentille 8 en fonction de la distance d entre les lentilles et u. La figure 4 donne l'allure d'un tel réseau de courbes en prenant encore comme unité en abscisse la distance focale F de l'objec- tif, les ordonnées apparaissant alors sous forme du produit sans dimension pF. On retrouvera, tracée en traits interrompus, la détermination des caractéristiques de l'ensemble escamotable de la figure 2, en partant du rapport r = 1/5 soit T = 3, et en choisissant un rapport K légèrement supérieur à 0,8 en valeur absolue. le graphique de la figure 3, compte tenu de l'imprécision du tracé donné à titre indicatif, donne une distance d sensiblement égale à 0,35 F, ce qui, reporté sur le graphique de la figure 4 conduit à une puissance de la lentille 8 égale à environ - S,5/P, c'est à dire à une distance focale de - F/3,5. Dans tout ce qui précède, il n'a jamais été question des prismes redresseurs qui sont généralement utilisés dans de telles lunettes de visée car ils n'interviennent pas dans les calculs optiques proprement dits. Cependant la solution proposée par l'invention présente, lorsque l'on utilise de tels prismes, un avantage supplémentaire par rapport à la solution connue et illustrée par la figure 1. En effet, dans le cas de la figure 1, et compte tenu de la longueur déjà importante de la lunette et de l'ensemble mobile qui vient se placer en avant de l'objectif, on est conduit à placer les prismes redresseurs près de l'objectif. I1 en résulte que les prismes sont traversés par des faisceaux larges et doivent être de grandes dimensions; les prismes sont donc lourds et doivent etre surfacés avec beaucoup de pré- cision, car ils sont éloignés du plan image. Dans la solution représentée par la figure 2 selon l'invention, les prismes, peuvent être placés dans la partie arrière de la lunette, assez éloignés de l'objectif et dans une zone où les faisceaux sont beaucoup plus étroits. Les prismes peuvent alors être de plus petites dimensions, ce qui est à la fois économique, léger et plus facile à réaliser avec précision. Bien entendu, l'invention neet pas strictement limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple mais elle couvre également des modes de réalisation qui n'en différeraient que par des détails, des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens étui- valent REVENDICATIONS I.- Lunette à deux grossissements pour visée de précision, comportant un objectif et un oculaire reprenant 1 image formée par l'objectif dans son plan focal image, l'ensemble donnant alors le fort grossissement G, le faible grossissement rS (r inférieur à 1) étant obtenu par mise en place sur l'axe optique d'un ensemble optique mobile escamotable ne modifiant pas la position du plan focal image, caractérisée par le fait que l'ensemble mobile escamotable est mis en place entre l'objectif et le plan focal image, l'ensemble étant constitué, à partir de l'objectif, par une première lentille divergente, ou groupe de lentilles équivalent, puis par une deuxième lentille convergente, ou groupe de lentilles équivalent. 2.- Lunette selon -evçndication 1, munie d'un objectif de focale F et d'un ensemble mobile escamotable disposé en position active contre l'objectif, et constitué par un groupe divergent de puissance p et par un groupe convergent de puissance Kp (E négatif), caractérisée par le fait que le rapport r des grossissements,la puissance p du groupe divergent, le rapport K des puissances des deux groupes et leur distance d sont liés, en prenant comme unité la distance focale F de objectif p les relations : ( Kp = p + 1 - dKp (1 + p) = I r (2) Ed2 ~ 2 Kd + E + I Kd (l-d)