Brevet FR2492992A1 — publié le 19820430

La presente invention se rapporte à un dispositif de correct ion de mise au point d'un instrument optique. I1 s'applique en particulier à un instrument de visée à l'infini tel qu'un périscope de sous-marin. Certains instruments optiques tels que les periscopes de sous-marins sont soumis à des fluctuations internes de tempe rature et de pression. Ces instruments subissent, lors des mouvements dtimmersion ou ou des variations de température souvent importantes qui provoquent ia dilatation des verres et des supports et des variations de la pression de l'air contenu dans l'instrument. Les variations d'indices et de focales qui sont provoquées par des écarts de température et de pression engendrent un deplacement du plan image donné par l'objectif de l'instrument, c'est à dire un défaut de mise au point. Le défaut de mise au point est particulièrement gênant pour la prise de photos. Certains périscopes sont munis d'un bi-prisme pouvant être manoeuvré manuellement de manière à faire coïncider les images du même objet. Ce dispositif de reglage manuel presente divers inconvénients, notamment une précision insuffisante. La présente invention a pour objet un dispositif permettant d'obtenir une bonne mise au point, automatiquement, avec une grande precision. ~. instrument ~a Le dispositit de correction de mise au point d'un/objectit convergent conforme à l'invention comporte un véhicule optique dont le déplacement entraine le déplacement de l'image réelle et il est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte un bloc de projection de mire localise à centrée de objectif et capable de fournir une image de mire située à la même position que l'image réelle du champ donnée par l'objec- tif et reçue sur au moins un élément de detection lumineuse composé d'une n-laralité de capteurs elémentaires fournissant, en fonction des varialumineuse tions dtintensité/de l'image de la mire, des signaux électriques à un circuit d'asservissement commandant un servo-moteur de deplacement du véhicule optique pour maintenir l'image de la mire à une position approximativement fixe et prédéterminée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la mire comporte des traits parallèles opaques séparés par des plages transparentes laissant passer la lumière venant d'une source lumineuse, chaque élément de détection lumineuse étant monté de manière à mesurer la variation du flux lumineux selon une direction perpendiculaire aux traits de l'image de la mire. Selon une caractéristique de l'invention, la mire est éclairée par une source de lumière dont la composition spectrale est distincte de la composition spectrale de la lumière entrant dans objectif en provenance du champ observé. Selon une autre caractéristique de l'invention, il comporte deux éléments de détection lumineuse montés l'un en avant,l'autre en arrière de l'image de la mire, l'un recevant le flux lumineux au travers d'une lame semi-transparente, l'autre recevant le flux lumineux après réflexion sur ladite lame semi-transparente. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit d'asser pissement comprend, Dour chaque élément de détection, un convertisseur analogique-digital convertissant les signaux des capteurs lementaires et un microprocesseur. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par le dessin annexé. La figure unique représente un instrument de type périscope, en cou pe,eguipé du dispositif de correction de mise au point conforme à l'invention. En se référant à la figure unique annexée, l'instrument selon l'in vention comporte un objectif î2oentré sur un axe 61 dans un tube 11, un véBiculage optique et un véhicule 13 pouvant etre déplacé , selon l'axe 61, de manière à déplacer le plan image. L'objectif 12 est monté après une tête d'observation 2 munie d'un prisme de tête 21 pouvant être orienté en site. Sur l'extrémité inférieure du tube 11 est monté un bloc oculaire 3 comprenant un oculaire 31 centré sur l'axe 66 et un appareil de prise de vues 32 centrée sur l'axe 67. La réflexion dt faisceau de l'axe 61 à l'axe 66 est obtenue par un réflecteur du type lame semi-transparente 34. Cette lame 34 est inclinée sur l'axe 61, de préférence à 450, et laisse passer une partie de la lumière vers l'appareil de prise de vues. La déviation du faisceau lumineux vers l'appareil photo est obtenue par un réflecteur 35 dont la surface réfléchissante est inclinée, de préférence à 450, sur l'axe 61. Le dispositif comporte un ensemble de projection de mire 4 intégré à la tête et qui donne un faisceau de lumière introduit à l'entrée du tube 11 de manière à produire à la sortie de ce tube une image de mire située sensiblement à la même position que l'image réelle du champ de l'objectif. I1 comporte une mire 41 qui est positionnée au foyer d'une lentille convergente 42 centrée sur l'axe 62. L'ensemble formé par la mire 41 et la lentille convergente 42 forme un coilimateur donnant une image à l'infini. Cette construction est donc adaptée à un instrument visant à l'infini, du type périscope. Les rayons lumineux venant de la mire sont réfléchis vers l'entrée de l'objectif par une lame semi-transparente à traitement di chronique 45 montée entre l'objectif et le prisme-de tête 21. Cette lame 45 est inclinée sur l'axe 61 de l'objectif, de préférence à 450. Elle laisse par ailleurs passer la lumière venant du champ observé au travers du prisme 21. De préférence un réflecteur 46 est monté entre la lentille de collimateur 42 et la lame semi-transparente 45. Les surfaces réfléchissantes des deux réflecteurs 46 et 45 sont montées à 900 l'une par rapport à l'autre de préférence de manière que l'axe 62 soit parallèle à l'axe de l'objectif. La mire 41 est formée par des bandes ou des traits opaques parallèles et régulièrement espacés et séparés par des bandes ou plages transparentes. Les traits opaques sont tracés sur un support transparent disposé perpendiculairement à l'axe 62. La mire est éclairée autravers d'un condenseur 43 distincte par une source de lumière 44 ayant une composition spectrale/ du spectre de la lumière sortant de la tête d'observation en provenance du champ observé et entrant dans ltobjectif. Si la lumière en provenance du champ observé couvre tout le spectre visible, la source lumineusedtéclairage de la mire émet un rayonnement en dehors du spectre visible par exemple de la lumière infrarouge. A la sortie de l'objectif, le faisceau de lumière est reçu par une lame semi-transparente à traitement dichrorque 531 dont la surface réfléchi sante est inclinée sur l'axe 61 de préférence à 450. La lumière venant du champ observé traverse cette lame 531, la lumière venant de la mire étant réfléchie. A l'axe optique principal 61, la lame 531 fait correspondre l'axe optique réfléchi 64 qui est orthogonal au premier. Le dispositif comporte par ailleurs un boitier de mise au point 5 inté 1'lor nciilire 3 et aui sert à analvser l'image de la mire et à com- - - - 55 mander, par un circuit d'asservissemeng, un servo-moteur 54 de déplacement du véhicule optique 13 de manière à maintenir l'image de la mire à une position approximativement fixe. Ce boitier de mise au point comporte des éléments de détection lumineuse 51 et 52 qui sont positionnés approximativement dans le plan image de l'objectif. Chaque élément détecteur 51 ou 52 est formé d'une pluralité de capteurs élémentaires qui fournissent chacun un signal électrique en fonction du flux lumineux reçu.Ces capteurs sont rangés linéairement > chaque élément de détection 51 ou 52 étant disposé perpendiculairement aux traits de l'image de la mire et perpendiculairement à l'axe optique de manière à mesurer la variation du flux lumineux selon une direction perpendiculaire aux traits de l'image de la mire. Une lame semi-réfléchissante 532, inclinée sur l'axe 64, de préférence à 450, laisse passer une partiede la lumière vers l'élément de détection 51 et réfléchit une autre partie de la lumière vers l'autre élément de détection 52. A l'axe optique 64, la lame semi-réfléchissante 532 fait correspondre l'axe optique réfléchi 65 sur lequel est centré l'élément de détection 52, l'élément de détection 51 étant centré sur l'axe 64. Chaque élément de détection est décalé, d'une très faible distance, de l'image située dans le plan focal de l'objectif et centrée soit sur l'axe 6 soit sur l'axe 65, L'un des éléments de détection, 51 par exemple, est monté avant le plan focal, l'autre élément de détection 52 étant monté en arrière du plan focal.Les distances optiques entre l'objectif et l'élément de détection 51 d'une part et entre l'objectif et l'élément de détection 52 d'autre part sont néanmoins très peu différentes. Chaque élément de détectionreçoit une intensité lumineuse et chaque capteur élémentaire de cet élément fournit un signal analogique proportionnel à l'intensité lumineuse reçue. Les signaux provenant des éléments de détection 51 et 52 sont envoyés respectivement dans des convertisseurs analogiques-numériques 56 et 57. Les signaux numériques à la sortie des convertisseurs analogiques-numériques sont traités par un micro processeur 58 ou par un circuit équivalent.L'intensité lumineuse mesurée par les capteurs d'un élément de détection peut être représentée par une courbe d'allure sinuosidale en fonction de la distance mesurée dans la direction selon annuelle les cantPirrn sont onhelonné.e ou incréments Le micro-processeur 58 détessnine les différences/provenant de chaque paire de deux capteurs élémentaires adjacents ou successifs d'un morne élément de détection. Cette détermination est faite pour chaque paire de capteurs élémentaires successifs et pour chaque élément de détection 51 ou 52. Le circuit fait ensuite la somme des valeurs absolues de tous les incréments relatifs d'une part à l'élément de détection 51 et relatifs d'autre part à l'élément de détection 52.Cette somme évolue suivant la mise au point (le contraste de l'image de mire est plus ou moins net donc les pentes de la courbe d'intensité lumineuse ~ détectée par un élé- ment de détection plus ou moins accentuées). Le circuit détermine ensuite la différence des sommes relatives aux deux éléments de détection. A partir de l'amplitude et du signe de la différence des sommes, le microprocesseur 58 sert à commander, par l'intermédiaire d'un convertisseur digital-analogique, le servo-moteur 54 jusqu'a ce que la différence des sommes soit nulle. Le micro-processeur 58 est équIvalent, en se référant à la figure, à des circuits 581 à 587. Les circuits 581 et 582 déterminent les increments entre les signaux fournis par les capteurs élémentaires relatifs respectivement aux éléments de détection 51 et 52. A la sortie des circuits 581 et 582 les signaux sont envoyés à des circuits sommateurs 583 et 584 effectuant les sommes des incréments entre deux capteurs élémentaires successifs. Le circuit soustracteur 585 reçoit les signaux des circuits sommateurs 583 et 584. Un comparateur 587 compare le signal fourni par le circuit soustracteur 585 à une valeur de référence significative de la meilleure mise au point conservée dans la mémoire 586. La lumière venant du champ observé émet généralement des radiations qui risquent de fausser les valeurs des intensités lumineuses mesurées par les éléments de détection 51 et 52. Aussi la source lumineuse éclairant la mire est modulée à une certaine fréquence, les mesures effectuées par le circuit 55 étant effectuées après démodulation. Cette technique permet de ne prendre en compte que les variations, transversalement à l'axe optique, de l'intensité lumineuse correspondant à l'image de la mire. Un dispositif optique auxiliaire tel qu'une lentille peut être prévu dans l'ensemble 4 pour modifier la grandeur de 11 image de la mire. Cette possibilité permet d'augmenter la précision du fait que la variation axiale de la mise au point varie comme le carré du grandissement. Le faisceau de lumière naturelle venant du champ visé est réfléchi par le prisme 21 suivant l'axe optique 61 de l'instrument. Après avoir traversé la lame 45, ce faisceau est transformé en faisceau convergent par l'objectif 1. A la sortie, le faisceau convergent traverse la lame 531 vers la lame semi-transparente 34 qui réfléchit une partie du faisceau vers l'oculaire et laisse passer une autre partie du faisceau vers l'appareil photo. L'avantage de l'utilisation de la lumière infra-rouge pour l'éclairage de la mire est que cette lumière ne perturbe pas la vision oculaire. La lumière infra-rouge sort, en aval de la mire 41, par l'intermédiaire du collimateur, sous forme d'un faisceau de rayons parallè lee qui est réfléchi par la lame 45 suivant l'axe optique 61 de l'instru- ment.Ce faisceau de lumière infra-rouge est transformé en un faisceau convergent qui se réfléchit sur la lame 531 du côté des éléments de détection 51 et 52. L'un des éléments de détection analyse l'intensité de la lumière du faisceau en amont de l'image de la mire, l'autre élément de détection analysant l'intensité de la lumière du faisceau en aval de l'image de la mire. Les deux éléments de détection 51 et 52 disposés de part et d'autre du plan de bonne mise au point permettent de staffranch-r d'éventuelles dérives exterieures. La différence des deux sommes des incréments des signaux des capteurs des deux éléments de détection est significative de la bonne mise au point. Lorsque la différence est nulle les deux éléments de détection 51 et 52 sont symétriques par rapport à la position du plan image qui correspond à une bonne mise au point.Lorsque le plan image correspondant à la bonne mise au point est déplacé vers l'un ou l'autre des éléments de detection, les pentes de la courbe sinusoidale d'intensité lumineuse reçue par l'un des éléments de détection augmentent tandis que les pentes de la courbe sinusoidale d'intensité lumineuse reçue par l'au- tre élément de détection diminuent. L'amplitude et le signe de la différence des sommes des incréments caractérisent le défaut de mise au point. Ces deux valeurs permettent de commander le servo-moteur 54. I1 est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et perfectionnements de détails et de mime envisager ltemploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS instrument à 1.- Dispositif de correction de mise au point d'un/objectif convergent comportant un véhicule optique dont le déplacement entraine le déplacement de l'image réelle, caractérisé par le fait qu'il comporte un bloc de projection de mire localisé à l'entrée de l'objectif (12) et capable de fournir une image de mire située à la meme position que l'image réelle du champ donné par ledit objectif (12) et un boitier de mise au point (5) comportant au moins un élément de détection lumineuse (51.52) composé d'une pluralité de capteurs élémentaires fournissant, en fonction des variations d'intensité lumineuse de l'image de la mire, selon une direction perpendiculaire aux traits de cette image, des signaux électriques à un circuit d'asservissement (55) commandant un servo-moteur de déplacement (54) du véhicule optique (13) de manière à maintenir l'image de la mire à une position approximativement fixe et prédéterminée. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la mire (41) comporte des traits parallèles opaques et séparés par des plages transparentes laissant passer la lumière venant d'une source lumineuse, chaque élément de détection lumineuse (51-52)étant monté de manière à mesurer la variation du flux lumineux selon une direction perpendiculaire aux traits de l'image de cette mire. 3.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la mire est éclairée par une source de lumière (44) dont la composition spectrale est distincte de la composition spectrale de la lumière entrant dans l'objectif en provenance du champ observé. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le boitier de mise au point (5) comporte deux éléments de détection lumineuse (51-52) montés l'un (51) en avant, l'autre (52) en arrière du plan de l'image de la mire, l'un (51) recevant le faisceau lumineux au travers d'une lame semi-transparente (532), l'autre (52) recevant le faisceau lumineux après réflexion sur ladite lame semi-transparente (532). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif optique auxiliaire permettant de modifier la grandeur de l'image de la mire. 6.- Dispositif de correction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit dtasservisse- ment (55) comprend d'une part pour chaque élément de détection (51-52) un convertisseur analogique-digital (56 ou 57) convertissant les signaux analogiques des capteurs élémentaires en signaux numériques et un microprocesseur (58) contrôlant le servo-moteur (54) de manoeuvre du-véhicule mobile (13). 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est monté sur un périscope sous-marin, le bloc de projection de mire (4) formant collimateur étant intégré à la tête (2) > le boitier de mise au point (5) étant intégré au bloc oculaire (3).