Brevet FR2518763A1 — publié le 19830624

La présente invention concerne un ensemble de visée et de pointage, utilisant en combinaison un viseur optique, tel que par exemple un viseur périscopique panoramique ou une lunette d'observation, et un complément opto-électronique afocal, tel qu'un intensificateur de lumière ou un convertisseur de rayonnement thermique (infrarouge) en rayonnement visible; un tel complément optique permet de transformer une image optique, en lu- mière visible ou infrarouge, en signaux électriques qui sont traités de manière appropriée et servent à former une nouvelle image optique visible par balayage d'un faisceau d'électrons L'adjonction d'un tel;dispositif à un viseur optique classique autorise la visée de nuit, ou de jour avec des possibilités accrues On désignera par la suite ce complément optoélectronique par "module de nuit". L'adjonction d'un module de nuit présente cependant l'inconvénient d'introduire une déformation de l'image Cette déformation peut être aussi bien une dé- viation, angulaire ou en position, de l'axe optique émer- gent du module de nuit par rapport à son axe optique incident, qu'un effet d'échelle, le grandissement apporté par le module de nuit n'étant pas rigoureusement égal à 1. Ces distorsions sont dues au fait que l'on transforme l'image optique en un faisceau d'électrons, dont la précision est affectée par de nombreux facteurs stabilité des tensions d'alimentation, dérive des com- posants, effets magnétiques dus au champ terrestre, à la masse métallique du véhicule porteur, aux circuits élec- triques en fonctionnement dans celui-ci, vibrations, L'influence de ces facteurs est en général difficile à connaître et à compenser; de plus, ils sont en permanence variables. En tout état de cause, il est impossible d'atteindre la précision de pointage très élevée obtenue avec un ensemble purement optique de l'ordre de dix secondes d'arc-, limitée- seulement par les contraintes technologiques d'usinage et d'asseublage des éléments optiques et des pièces mécaniques associées. Une telle valeur, qui correspond à une précision de l'ordre de 20 à 30 cm à 2000 m de distance, doit cependant être atteinte si l'on souhaite utiliser l'en- semble non seulement pour l'observation, mais également pour le pointage des cibles visées. On a déjà proposé d'équiper le dispositif optique d'une source interne de lumière formant réticule, et de diriger les rayons lumineux émis par ce réticule vers l'oeil de l'opérateur Le module de nuit est alors disposé en fin du trajet optique commun aux rayons émis par le réticule et aux rayons émis par l'objet visé, juste avant le poste d'observation Ll'image du réticule est alors déformée de la même manière que celle de la cible. Si cette solution est satisfaisante au plan théorique, elle se heurte cependant à des contraintes de réalisation: le fait d'intégrer le module de nuit au. viseur oblige à choisir un module de dimensions réduites, donc de performances moindres En outre, il faut prévoir une mécanique interne de déplacement du module, si l'on veut retirer celui-ci du trajet des rayons lumineux pour revenir à une visée de jour, c'est-à-dire purement optique. Les difficultés d'échange et d'entretien du module de nuit toujours fragile sont également à considérer - L'objet de la présente invention n'est pas de réaliser un tel viseur journuit intégré, mais de combiner un module de nuit à un viseur de jour de type classique, les deux éléments étant reliés entre eux de manière sé- parable Pour la visée de nuit, on adapte le module de nuit de la nmanière qui sera indiquée plus bas; pour la visée de jour, on retire purement et simplement le module de nuit, par exemple par un démontage mécanique, évitant ainsi de l'exposer aux risques extérieurs Il est clair que l'échange d'un module défectueux se fera sans diffi- culté, car l'adaptation selon l'invention ne requiert aucune adéquation particulière entre le viseur optique et le module de nuit: l'interchangeabilité est totale. La taille du module de nuit n'est pas non plus une contrainte, car il est maintenant extérieur au viseur. Un tel ensemble de visée et de pointage convient particulièrement bien à la structure mécanique décrite dans la demande de brevet N O 81 13138, déposée au nom de la Demanderesse, intitulée "viseur périscopique protégé" et qu'on considérera comme incluse dans la présente description par la référence qui y est faite. La structure décrite dans cette demande comprend un viseur périscopique comportant une tête panoramique traversant la partie supérieure d'une structure fixe, la partie émergente de ce viseur étant recouverte par un capot de protection muni d'une ou plusieurs fenêtres-de visée, et reposant sur la structure fixe La tête pano- ramique et le capot sont chacun mobiles en rotation par des moyens d'entraînement propres, ces moyens étant asservis entre eux pour permettre, à volonté, un alignement d'une fenêtre du capot sur la tête de visée, quelle que soit la position occupée par cette dernière. Selon la présente invention, on peut munir l'une des fenêtres de visée du capot de protection d'un module de nuit, qui est donc solidaire de ce capot et peut être lui-même protégé de façon appropriée sans limitation de poids ni d'encombrement On retrouve tous les avantages mentionnés dans le brevet-précité, avec la possibilité de combiner un type quelconque de module de nuit avec un type quelconque de viseur optique. Du fait de l'asservissement en position du capot par rapport à la tête de viseur, et de l'assemblage de l'ensemble viseur-structure-capot-module qui n'a aucun caractère métrologique, il subsiste toujours un léger désalignement entre l'axe optique focal d'entrée du viseur et l'axe optique focal de sortie du module de-nuit L'invention permet de pallier cet inconvénient. A cette fin, les rayons lumineux émis par le réticule sont dirigés hors du viseur en traversant sa pupille d'entrée, puis vers la pupille d'entrée du module de nuit, les rayons sortant du viseur et entrant dans le module de nuit étant parallèles, de manière à faire subir ensuite à ces rayons émis par le réticule le même trajet optique qu'aux rayons émis par l'objet à observer. De cette manière, il suffit de placer la pupille de sortie du module de nuit approximativement face à la pupille d'entrée du viseur pour obtenir une image permettant-le pointage de précision: le réticule est en effet dévié de la même manière que les rayons optiques issus de l'objet à observer, et cette correc- tion est permanente, même en cas-de modification ins- tantanée de l'image opto-électronique (baisse de tension, déplacement d'une masse métallique,) ou de change- ment d'alignement du viseur et du module (lors de la rotation du capot asservi, par exemple). D'autre part, la suppression du module de nuit (par exemple, par décalage angulaire du capot mettant une fenêtre optiquement neutre face à l'axe de visée de la tête du viseur), ou, inversement, son introduction, ne modifie en rien la précision du réglage précédent. Les rayons-émis par le réticule sont dirigés de la pupille d'entrée du viseur vers la pupille d'entrée du module de nuit par l'intermédiaire d'une série de prismes ou de miroirs, puis par un miroir semi-réflé- chissant, ou un miroir opaque de petites dimensions, placé devant cette dernière pupille d'entrée. Pour compenser les variations d'échelle, on peut munir l'ensemble selon l Vinventiond'un réticule dédoublé émettant deux rayons parallèles distants d'un écartement déterminé, les deux images étant reçues à la fin de leur trajet optique par des moyens de mesure de l'écartement de ces deux images, de manière à déterminer le grandissement introduit par le module de nuit Cette valeur, convertie en signaux électriques, permettra de compenser exactement les valeurs angulaires brutes relevées. Cette dernière caractéristique est particu- lièrement intéressante lorsqu'il s'agit d'utiliser le réticule en mire stadimétrique, c'est-à-dire pour mesurer la position angulaire d'une cible qui n'est pas au centre du réticule, chaque graduation du réticule correspondant à une unité d'angle donnée Connaissant l'éloignement de la cible, on peut également déterminer ses dimensions par ce moyen Le réticule dédoublé selon l'invention donnera -30 le facteur de correction à apporter à la valeur mesurée. Cette correction peut également être faite automatiquement en corrigeant, par calculateur, les informations élec- G triques délivrées par les codeurs angulaires. Le réticule unique est un réticule de pointage il est émis en lumière visible. Le réticule dédoublé peut exister simultanément ou alternativement avec le réticule unique, il peut être émis en lumière visible ou en lumière invisible Dans ce dernier cas, on choisira la longueur d'onde de telle sorte- que le rayonnement soit transmis par le module de nuit, et qu'il soit compris dans la zone de sensibilité des diodes De plus, on pourra avantageusement capter et séparer l'image dédoublée au moyen d'un miroir dichroïque, qui n'affectera pas l'image visible transmise à l'opé- rateur, et évitera que celle-ci ne vienne frapper les diodes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à-la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, o la figure 1 illustre les solutions de la technique antérieure, la figurez 2 est une vue schématique de l'en- semble selon l'invention. La figure l montre un ensemble de-type classique une structure porteuse commune, schématiquement-représentée par la référence 100, est reliée à un ensemble optique de visée 200 et à un complément opto-électronique afocal 300. L'ensemble optique 200 présente une pupille d'entrée 210, et comporte, par exemple dans le cas d'un viseur périscopique panoramique, un miroir de renvoi 220, mobile en rotation, renvoyant l'image à un poste d'obser- vation fixe situé en partie inférieure Des codeurs angu- laires 220 et 230 mesurent le déplacement du miroir. Le capteur 230 mesure l'angle d'azimut; le capteur 240, l'angle de site L'ensemble est de préférence stabilisé par un moyen gyroscopique pour éviter que les vibrations ne brouillent les mesures. Un réticule 250 émet des rayons lumineux renvoyés sur le poste d'observation, de manière à super- poser l'image du réticule à celle de l'objet visé 400. L'opérateur déplace le miroir 220 en site et en azimut jusqu'à placer l'image de la cible 400, située dans le champ observé balayé, au centre du réticule; les capteurs 230 et 240 indiquent alors la direction de cette- cible. Le complément opto-électronique comporte une pupille d'entrée 310 et une pupille de sortie 320; la pupille de sortie 320 est alignée de manière optimale avec la pupille d'entrée 210 du dispositif optique de visée. Cette alignement n'est cependant jamais par- fait Il s'ensuit que l'axe optique émergent YY' est décalé par rapport à l'axe optique incident XX' du dispositif de visée L'image perçue par l'observateur va donc être légèrement décalée, et celui-ci devra compenser ce décalage par un déplacement angulaire du miroir, ce qui va fausser les valeurs mesurées par les capteurs 230 et 240. Une variante, qui élimine cette erreur, con- siste à placer le module de nuit 300 non plus devant la pupille d'entrée 210 du viseur optique, mais à l'inté- grer à celui-ci, dans la position référencée 300 ', en fin de trajet optique, à proximité du poste d'observation. De cette façon, l'image du réticule traverse également le module de nuit et compense les défauts apportés par celui-ci Un dispositif mécanique approprié permet de retirer le module de nuit 300 ' du trajet des rayons lumineux pour la visée de jour. On a dit plus haut quels étaient les inconvé- nients de cette variante à module de nuit intégré, inhérents notamment au peu de place disponible à l'inté- rieur du dispositif optique de visée 200 Dans l'ensemble de visée selon l'invention, représenté sur la figure 2 (o les mêmes références numé- riques que celles de la figure 1 se réfèrent aux mêmes éléments), les rayons émis par le réticule 250 sont tout d'abord réfléchis, au point A, par un premier miroir 260 vers le miroir mobile de renvoi 220 le même que celui servant à renvoyer l'image de la cible 400 Réfléchie sur ce miroir en B, l'image sort du dispositif optique de visée par sa pupille d'entrée 210. Elle entre ensuite dans la pupille d'entrée 320 du module de nuit, o elle est dirigée de manière à être réinjectée vers la pupille d'entrée du module de nuit (trajet CDEFG des rayons lumineux) Les rayons lumineux peuvent être dirigés par une série de prismes ou de miroirs 330, 340, 350, puis par un miroir semi- réfléchissant 360, également placé sur le trajet des rayons lumineux issus de la cible 400 A la place du miroir semi-réfléchissant 360, on peut-également employer un miroir opaque de petit diamètre, qui n'occultera qu'une très faible partie-du champ (à la manière de certains téles- copes-à miroirs). Le trajet optique indiqué entre les points B et G n'est donné qu'à titre d'exemple, de nombreuses variantes étant possibles Le point essentiel est que les rayons BC (sortant de la pupille d'entrée du dispositif optique) et FG (entrant dans la pupille d'entrée du module de nuit) soient parallèles; à cette condition 251-8763 près, toute autre combinaison optique procurerait le même résultat. Simultanément avec les rayons lumineux émis par la source 400, les rayons émis par le réticule tra- versent maintenant le module de nuit proprement-dit (GH), retournent dans le dispositif optique (HI), sont réfléchis une deuxième fois par le miroir 220, qui les renvoie vers le poste d'observation (IJ). Pour compenser l'effet d'échelle apporté par le complément opto-électronique, on peut prévoir un réti- cule dédoublé 251, 251 ' émettant deux rayons parallèles distants d'un écartement 1 déterminé, et suivant le même trajet optique que le réticule simple 250. La source de rayonnement peut être en lumière visible ou, de préférence, invisible (de l'ordre de 0,9 a 1 micron de longueur d'onde). En fin de trajet optique, l'image dédoublée est réfléchie par un miroir 270 (semi-réfléchissant ou, dans le cas d'une lumière invisible, dichroique) qui la renvoie vers une barrette de diodes 280 servant à mesurer l'écart 1 ' des deux rayons émergents Le rapport 1/1 ', par exemple calculé par micro-processeur, déterminera le facteur d'échelle applicable aux mesures angulaires faites par le viseur optique à travers le complément opto-électronique, pour corriger ces mesures ou à des fins de stabilisation. Bien entendu, le mode de réalisation décrit ci-dessus n'a aucun caractère limitatif, et de nombreuses variantes de l'invention peuvent être envisagées confor- mément à son esprit. REVENDICATIONS 1 Ensemble de visée et de pointage, du type comportant: un dispositif optique de visée ( 200), présentant une pupille d'entrée ( 210) et comportant une source de lumière visible formant réticule ( 250), un complément opto-électronique afocal ( 300), présentant une pupille d'entrée ( 310) et une pupille de sortie ( 320), et'relié au dispositif de visée de manière sépa- rable, une structure commune ( 100) supportant le dispositif optique de visée et le complément opto-électronique, caractérisé en ce que: la pupille de sortie du complément opto-électronique est placée devant la pupille d'entrée du dispositif optique de visée, la pupille d'entrée du complément opto-électronique étant orientée dans la direction de l'objet visé ( 400), et en ce que les rayons lumineux émis par le réticule sont dirigés hors du dispositif optique de visée (ABC) en traversant sa pupille d'entrée, puis vers la pupille d'entrée du complément opto- électronique (CDEFG), les rayons sortant du dispositif optique de visée (BC) et entrant dans le complément opto-électronique (FG) étant parallèles, de manière à faire subir ensuite à ces rayons émis par le réticule le même trajet optique (GHIJ) qu'aux rayons émis par l'objet visé. 2 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rayons émis par'le réticule sont dirigés vers la pupille d'entrée du complément opto- électronique au moyen d'un miroir ( 360) semi-réfléchissant placé devant cette pupille d'entrée. 3 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rayons émis par le réticule sont dirigés vers la pupille d'entrée du complément opto-électronique au moyen d'un miroir ( 360) opaque de petites dimensions. 4 Ensemble selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les rayons émis par le réticule sont dirigés de la pupille d'entrée du dispositif optique de visée vers le miroir placé devant la pupille d'entrée du complément opto-électronique au moyen d'une série de prismes( 330, 340, 350). Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un réticule dédoublé ( 251, 251 ') émettant deux rayons parallèles distants d'un écartement déterminé et en ce que les deux images sont reçues, à la fin de leur trajet optique, par des moyens de mesure ( 280) de l'écartement de ces deux images, de manière à déterminer le grandissement introduit par le complément opto-électronique. 6 Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que les images de réticule dédoublé sont renvoyées vers les moyens de mesure de leur écartement par l'intermédiaire d'un miroir ( 270) semi-réfléchissant. 7 Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réticule dédoublé émet des rayons en lumière invisible, et en ce que les images de ce réticule dédoublé sont renvoyées vers les moyens de mesure de leur écartement par l'intermédiaire d'un miroir ( 270) dichroique. 8 Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif optique de visée est un viseur télescopique à miroir orientable ( 220), et en ce que les rayons émis par le réticule sont réfléchis une première fois (B) par ce miroir avant de sortir par la pupille d'entrée du-viseur, et réfléchis une seconde fois (I) par ce même miroir après traversée du complément opto-électronique. -9 Ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le complément opto-électro- nique est un intensificateur de lumière. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le complément opto-électro- nique est un convertisseur de rayonnement thermique en rayonnement visible.