Brevet FR2533684A1 — publié le 19840330

VISEUR DE POINTAGE TETE HAUTE UTILISABLE COMME VISEUR DE TIR L'invention concerne un viseur de pointage tête haute, utili- sable comme viseur de tir, permettant l'observation simultanée d'un paysage et de l'image collimatée d'un réticule. De tels viseurs de pointage comportent un générateur de réticule, comprenant par exemple un tube cathodique, un dispositif optique de collimation comprenant une ou plusieurs lentilles et une lame partiellement réfléchissante à faces parallèles Celle-ci assure la reflexion en direction de l'oeil de l'image collimatée du réticule et permet en même temps l'observation d'un paysage extérieur Dans ces matériels, le générateur de réticule et l'optique de collimation sont maintenus dans un boîtier Ce bo tier-peut présenter, par son encombrement, un masque important s'il est situé dans le champ de vision de l'observateur utilisant le viseur de pointage En effet, dans ce cas l'oeil de l'observateur perçoit clairement les images trans- mises à travers la lame partiellement réfléchissante mais ne voit pas les autres parties du paysage cachées par l'obstacle présenté par le boîtier du dispositif optique de collimation. Par ailleurs, de manière à faire varier la direction de pointage de ces viseurs on a recours à la mobilité du réticule sur l'écran du tube cathodique Les limites de déplacement de ce réticule déter- minent un champ, important par rapport à la dimension de ce réticule, pour l'optique de collimation L'optique de collimation capable de ces performances n'est pas un dispositif simple. L'invention a pour objet un viseur de pointage tête haute ne présentant pas de masque limitant le champ d'observation, ayant recours pour sa réalisation a des éléments optiques aisément réali- sables, et dont le champ de pointage est grand. L'invention consiste en un viseur de pointage tête haute du type comprenant un générateur de réticule lumineux, une optique collimatrice pour produire une image collimatée du réticule, une optique mélangeuse pour assurer la vision simultanée de l'image du réticule et du paysage extérieur, et des moyens de déplacement pour déplacer l'image du réticule, le viseur étant caractérisé en ce que l'optique collimatrice et l'optique mélangeuse sont réalisées sous forme d'un élément optique unique, en ce que des moyens de maintien mécanique sont prévus pour solidariser l'élément optique unique avec le réticule et en ce que les moyens de déplacement permettent la rotation de l'ensemble. L'invention sera mieux comprise par la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures qui l'accompagnent Sur ces différentes figures les mêmes repères désignent les mêmes éléments Pour des raisons de clarté les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées Ces figures représentent: figure la et lb, deux exemples de réalisation d'un viseur de pointage conforme à l'invention; figure 2, un diagramme optique représentant les différentes orientations des rayonnements lumineux d'observation de l'image du réticule pour différentes positions du viseur de pointage; figure 3, un schéma partiel d'un exemple de réalisation d'un générateur de réticule; figure 4, un exemple de réalisation de l'optique collimatrice et mélangeuse sous forme d'un miroir holographique; figure 5, le schéma de principe d'un circuit d'asservissement de la direction de pointage à celle donnée par un dispositif d'exploi- tation annexe; figure 6, une forme d'utilisation du viseur de pointage comme viseur de tir dans un véhicule. Sur la figure la on distingue un exemple de réalisation du viseur de pointage 10 selon l'invention Un générateur de réticule 1 produit un rayonnement lumineux en direction d'un dispositif optique 2 Ce dispositif optique 2 réfléchit en direction de l'oeil 7 d'un observateur les rayons lumineux en provenance du générateur de réticule 1 Par ailleurs, ce dispositif d'optique 2 laisse passer le rayonnement lumineux, en provenance du paysage observé Le dispositif optique 2 est partiellement réfléchissant, et assure égale- ment la collimation du réticule lumineux dans la direction de l'axe normal de visée Z du viseur. La fonction de collimation du dispositif partiellement réflé- chissant 2 peut être obtenue par la forme de ce dispositif 2 Dans un premier temps on considère que cette forme consiste en une portion hors d'axe d'un parabololide dont le foyer se trouve à l'emplacement du réticule On rappelle ici que la propriété d'un miroir parabolo Mdal est de renvoyer dans une direction, parallèle à son axe de révolution, le rayonnement lumineux émis par une source lumineuse ponctuelle située à son foyer L'axe de révolution de la portion de paraboloide est donc parallèle à l'axe Z La portion de paraboloide envisagée ici est dite hors d'axe parce que l'axe du paraboloides dont elle fait partie, ne la traverse pas Le rayonnement lumineux en provenance du générateur du réticule, réfléchi par le dispositif 2, comporte donc des rayons parallèles et en conséquence le dispositif 2 assure la collimation du réticule. Sur la figure la on distingue également un moyen de dépla- cement 3 1 assurant le déplacement en rotation autour d'un axe AA' de l'ensemble constitué par le générateur de réticule 1 et le dispositif 2, reliés fixement à une pièce de liaison 6 Un jeu de tiges 4 1-4 2 fines et éventuellement un jeu de haubans 5 1-5 2 maintiennent le dispositif 2 à la pièce 6 Ces moyens de maintien sont donc prévus pour présenter un faible masque dans le champ de vision de l'observateur L'axe AA' est orthogonal à l'axe Z L'arbre de rotation 8 du moyen de déplacement 3 1, collinéaire à l'axe AA', est également fixé sur la pièce de liaison 6 Ce moyen de dépla- cernent 3 1 consiste en un moteur dans un exemple Le moteur 3 1 est fixé sur un support 9. Dans un autre exemple de réalisation, représenté sur la figure lb, les moyens de déplacement comportent deux jeux de moteurs Un premier jeu, 3 11 et 3 12, entraîne en rotation la pièce de liaison 6 autour de l'axe AA' et est fixé au rotor 3 1 du moteur 3 2 du deuxième jeu Ce moteur 3 2 est fixé au support 9 Sa rotation s'effectue selon un axe DD' D'une manière préférée dans l'invention cet axe DD' est perpendiculaire à l'axe AA' et passe au voisinage de la position de l'oeil 7 observant à travers le viseur Ces moyens de déplacement permettent à l'ensemble comportant la pièce de liaison 6, le générateur de réticule 1 et le dispositf 2 de se mouvoir avec deux degrés de liberté en rotation par rapport au support 9. Le fonctionnement du viseur de pointage selon l'invention, en référence à la figure la, est mis en évidence avec le diagramme optique apparaissant sur la figure 2 Sur cette figure on distingue l'oeil 7 d'un observateur observant le paysage autour d'une direction moyenne d'observation notée 00 En particulier l'oeil 7 peut per- cevoir l'image du réticule dans la direction SUP lorsque les positions respectives du générateur de réticule 1 et du dispositif 2 se trouvent dans les positions ISUP et 2 SUP par rapport à l'axe AA' La figure 2 étant présentée en coupe l'axe AA' est réduit à un point Selon les dispositions décrites précédemment, le rayonnement lumineux éma- nant du générateur de réticule 1 dans la position ISUP se réfléchi sur le dispositif 2, dans la position 2 SUP, et le rayonnement réfléchi présente une direction SUP parallèle de l'axe de révolution PA du paraboloide Un raisonnement similaire prévaut pour la direction inférieure notée INF. D'une position à l'autre du générateur de réticule 1 et donc d'une position à l'autre du dispositif 2 on remarque que le rayon- nement utile, aboutissant dans une zone 7 1-7 2 o se trouve norma- lement l'oeil de l'observateur, sera réfléchi par des portions de surfaces différentes du dispositif partiellement réfléchissant et de collimation 2 de l'invention Ceci n'a pas de conséquence puisque le dispositif 2 est stigmatique pour son foyer et l'infini En effet, l'image conjuguée du réticule 1, placé au foyer du dispositif 2, est transportée par un rayonnement parallèle issu de ce dispositif 2. Cette remarque enseigne cependant que la zone 7 1-7 2, limite de déplacement de l'oeil 7 de l'observateur, est déterminée par les limites du chevauchement des faisceaux lumineux issus du dispositif 2 quand celuici passe d'une position extrême à l'autre dans la plage de champ de pointage prévue En résumé, lorsque le générateur de réticule I et le dispositif 2 passent de la position INF à la position SUP l'oeil 7 de l'observateur voit l'image du réticule du viseur de pointage passer de la direction INF à la direction SUP; l'oeil 7 de l'observateur voit l'image du générateur de réticule sous réserve que sa position d'observation se situe dans la zone géomé- trique o les divers rayonnements réfléchis se chevauchent. La figure 2 montre en conséquence quelle doit être la hauteur, mesurée orthogonalement à l'axe AA', du dispositif 2, elle permet d'apprécier en effet cette grandeur à partir des limites supé- rieures (SUP) et inférieures (INF) des directions de visée désirées pour le champ de pointage Pour ne pas être amené à réaliser un dispositif 2 trop large, la largeur étant mesurée perpendiculairement à la hauteur, on choisit, comme cela est indiqué plus haut, un deuxième axe de rotation DD' (figure lb) passant par, ou voisine de, la position moyenne de l'oeil 7 de l'observateur Il s'ensuit que relativement à cette dernière rotation c'est toujours une même portion de la lame 2 qui est sollicitée et donc la lame 2 peut être fine. Sur la figure 3 on a montré une vue éclatée d'un exemple d'une partie d'un générateur de réticule 1 utilisé dans l'invention Ce générateur de réticule 1 comprend une source lumineuse non repré- sentée, disposée en regard d'une extrémité d'un faisceau de fibres optiques 11 qui aboutit à uneautre extrémité 13, sur un masque 12. Ce masque 12 à la forme d'un disque dont la partie centrale a été évidée, par exemple, en forme de croix Le fonctionnement du générateur de réticule est le suivant: la source lumineuse éclaire une extrémité du faisceau de fibres optiques, le faisceau de fibres optiques transmet la lumière en direction de son extrémité 13 A cette extrémité 13 la lumière diffuse, hors de chacune de ces fibres optiques, au travers du masque 12 et produit ainsi un réticule lumineux de la forme de la partie évidée du masque 12 Cette réalisation permet d'avoir un réticule lumineux d'étendue limitée, et donc petit champ Ceci a pour effet que la fonction de collimation du dispositif 2 sera aisément réalisable puisque son champ objet est petit Cet exemple de réalisation d'un générateur de réticule est une forme préférée de réalisation du générateur de réticule selon l'invention Dans ce cas, les moyens de fixation de ce générateur de réticule sur la pièce de liaison 6 consiste en un percement, exécuté sur cette pièce et permettant le libre passage du faisceau de fibres avant son scellement sur celle-ci Cette forme de réalisation n'est cependant pas la seule, d'autres dispositions peuvent être envisagées par exemple un ensemble, ordonné géométriquementde diodes élec- troluminescentes fixé à la pièce 6. Sur la figure 4 on a représenté un exemple de réalisation d'un dispositif 2 selon l'invention On a dit plus haut que le dispositif 2 pouvait être une lame partiellement réfléchissante dont la forme correspond à la portion d'un parabololide La réalisation d'une telle forme paraboloîdale pouvant être délicate, on a recours à un hologramme 16 pour réaliser la fonction partiellement réfléchis- sante et la fonction de collimation du dispositif 2 L'hologramme 16 comporte une couche en un matériau photosensible 14 déposée sur une couche support 15 en un matériau transparent L'épaisseur e de cette couche 14 de matériau photosensible est préférentiellement grande par rapport à la longueur d'onde de l'onde lumineuse servant à produire le réticule lumineux On sait qu'un tel hologramme peut avoir des propriétés en transmission en même temps que des propriétés en réflexion. En particulier, il peut permettre la réflexion d'un rayonnement lumineux émis sous une longueur d'onde donnée, et la transmission d'un rayonnement lumineux émis avec une largeur spectrale dimi- nuée de la bande passante lumineuse autorisée en réflexion Par ailleurs, on sait que pour un tel hologramme la fonction optique de collimation est indépendante de la forme du support ayant permis sa réalisation En particulier, la couche de matériau transparent 15 et la couche de matériau photosensible 14 peuvent être planes. La fonction de collimation enregistrée dans cet hologramme est, comme cela est connu dans la théorie, uniquement liée à la manière dont il a été enregistré Dans le cas de l'invention, l'hologramme 16 a la propriété de distribuer en un rayonnement, constitué de rayons parallèles 17, le rayonnement qu'il a réfléchi et provenant d'un point particulier P que l'on appele point focal par extension Cet hologramme 16 est enregistré selon une technique connue par deux sources lumineuses monochromatiques cohérentes entre elles et placées dans des positions telles que l'hologramme ainsi enregistré ait les propriétés requises En particulier l'holo- gramme 16 est enregistré par une première source ponctuelle placée à son point focal P, et par une deuxième source ponctuelle 31 collimatée par un objectif 32,située du côté de l'autre face de l'hologramme 16 dans la direction inverse de celle des rayons réfléchis 17 Un raisonnement de la théorie des hologrammes montre que les surfaces équiphases enregistrées dans la couche de matériau photosensible de cet hologramme ont une forme paraboloidale, de même allure que celle évoquée pour le dispositif 2 décrit précédemment. Si l'hologramme ayant les propriétés du dispositif 2 de l'inven- tion est un hologramme plan, ses surfaces équiphases révélatrices, de l'effet holographique, coupent sa surface Un tel hologramme enre- gistré dans ces conditions présente donc un certain chromatisme. Pour éviter ou limiter ce chromatisme on peut réaliser l'enregis- trement d'un l'hologramme disposé sur une surface sphérique dont le rayon de courbure RC, visible sur la figure 4, est tel que la focale de l'hologrammme réalisé soit voisine de la focale du miroir sphérique support utilisé dans les mêmes conditions. Sur la figure 4 on distingue un rayon lumineux particulier 18 se réfléchissant sur la face avant de l'hologramme en rayon lumineux 18 1 et se réfléchissant sur la face arrière de l'hologramme en rayon lumineux 18 2 Cette représentation schématique a pour objet de mettre en évidence l'intérêt d'utiliser un hologramme pour réaliser le dispositif partiellement réfléchissant et de collimation de l'invention par opposition à l'utilisation d'une lame partiellement réfléchissante classique On sait que l'intensité du rayon lumineux 18 2 réfléchi par le miroir holographique est de l'ordre de 90 % de l'intensité du rayon lumineux incident 18 Par contre le rayon lumineux 18 1 a une intensité de l'ordre de 0,05 % de l'intensité du rayon incident 18 Il s'agit de la reflexion dite "vitreuse" Le reste du rayonnement est transmis par l'hologramme Le rapport des intensités des rayons lumineux 18 1 et 18 2 est dans ce cas tel que l'oeil de l'observateur ne dicerne pas la présence du rayonnement parasite 18 1 Par contre dans l'art antérieur, comportant des dispo- sitifs partiellement réfléchissants en des matériaux transparents, le rapport de luminosité des rayons parasites aux rayons utiles est de l'ordre de 5 % de nature à provoquer des troubles de perception. Sur la figure 5 on a représenté un circuit d'asservissement permettant au viseur de pointage 10 selon l'invention d'être orienté dans la même direction que celle présentée par un dispositif d'exploitation 20 annexe utilisant le viseur de pointage On distingue sur cette figure le viseur de pointage comprenant, son générateur de réticule 1, le dispositif 2, le moyen de déplacement 3 1 et des moyens de maintien 4, permettant à l'oeil 7 d'un observateur de saisir l'image collimatée du réticule dans une direction faisant un angle B par rapport à une direction de référence notée réf O sur la figure Le dispositif d'exploitation 20 est orienté dans une direction faisant un angle C par rapport à cette direction de référence Pour simplifier l'explication on considére que les différentes directions sont toutes dans un même plan En particulier, que ce sont des directions en site Il est cependant tout à fait possible de faire varier les différentes directions en azimut ou même en une combi- naison site/azimut, notamment au moyen des moteurs 3 11, 3 12 et 3.2 décrits précédemment Dans ce cas les circuits d'asservissement sont doublés chacun correspondant à une orientation différente en site ou en azimut Le dispositif d'exploitation 20 peut consister par exemple, en un canon, en un tube lance missiles ou en un dispositif de prise de vues. Dans l'exemple représenté, le moyen de déplacement comporte un moteur électrique 3 1 alimenté électriquement par un amplifi- cateur 24 Selon le signal délivré par cet amplificateur, le moteur 3 1 sera entraîné dans un sens ou dans l'autre ou même sera arrêté Un potentiomètre 21 est alimenté entre des tensions conti- nues -V 2 et +V 2, son curseur est solidaire du moyen d'orientation du dispositif d'exploitation 20 Ce curseur délivre une tension élec- trique révélatrice de l'orientation du dispositif d'exploitation 20 Un potentiomètre 22 est alimenté entre des tensions -Vi et +VI et son curseur est solidaire de l'axe de rotation 8 du viseur de pointage Ce curseur délivre une tension révélatrice de l'orientation du viseur de pointage Les tensions -VI/+Vl peuvent être prises respectivement identiques aux tensions -V 2/+V 2 Les tensions délivrées par ces cur- seurs sont introduites aux entrées d'un comparateur 23 délivrant un signal électrique égal à la différence de ces deux tensions Ce signal électrique est introduit à l'entrée de l'amplificateur 24 Selon cette disposition on constate que tout changement d'orientation en site du dispositif d'exploitation 20 entraîne immédiatement la modification correspondante de l'orientation de pointage en site du viseur de pointage La source lumineuse 25 éclaire l'extrêmité d'un faisceau de fibres optiques 26 dont l'autre extrémité produit le réticule lumineux L'oeil 7 de l'observateur distingue donc dans la direc- tion B, asservie à la direction C, l'image collimatée du réticule. Les directions B et C sont les mêmes lorsque le dispositif d'exploitation 20 du viseur de pointage comprend un dispositif de prise de vues; elles sont légèrement différentes l'une de l'autre, tenant compte de la correction de hausse qu'il est nécessaire d'envisager, lorsque le dispositif d'exploitation 20 comprend des- armes balistiques Dans ce dernier cas, en outre, la correction de hausse tiendra compte de la position par rapport à l'horizontale de ce dispositif d'exploitation 20 pour apporter des corrections diffé- rentes en fonction de cette position Dans une application o l'ensemble viseur de pointage et dispositif d'exploitation sont instal- lés sur un véhicule, l'asservissement peut comporter, en outre, des moyens pour tenir compte de la vitesse du véhicule Ces diverses corrections sont apportées sur une entrée supplémentaire Co du comparateur 23. Sur la figure 6 on a représenté un exemple particulier de véhicule o peut être installé le viseur de pointage utilisé comme viseur de tir selon l'invention Dans cette représentation le véhicule est un hélicoptère 30 La direction de pointage B indiquée en poin- tillés est orientée dans une direction correspondant à la direction de pointage C du dispositif d'exploitation 20 dessiné également en poin- tillés Par ailleurs on a dessiné sur cette figure des directions d'observation 28 et 29 débordant largement du champ de pointage désiré pour le viseur telles qu'elles apparaissent au pilote de cet hélicoptère Le viseur de pointage selon l'invention ne présente pas de masque gênant cette observation A cet effet on remarque une particularité de l'invention, consistant à adapter les moyens de déplacement 3 du viseur de pointage selon un ou deux degrés de liberté, sur un masque naturel de la verrière de cet hélicoptère constitué par un arceau support 9 1 de cette verrière En consé- quence l'obstacle visuel rapporté au champ de vision par les moyens de déplacement 3 ainsi que d'ailleurs par les divers moyens de fixation 6 et le potentiomètre de recopie 22 sont confondus avec le masque naturel imposé par l'arceau 9 1. REVENDICATIONS 1 Viseur de pointage du type comprenant un générateur de réticule lumineux ( 1), une optique collimatrice -pour produire une image collimatée du réticule, une optique mélangeuse pour assurer la vision simultanée de l'image du réticule et du paysage extérieur, et des moyens de déplacement pour déplacer l'image du réticule, le viseur étant caractérisé en ce que l'optique collimatrice et l'optique mélangeuse sont réalisées sous forme d'un élément optique unique ( 2), en ce que des moyens de maintien mécanique ( 4,5) sont prévus pour solidariser l'élément optique unique avec le réticule et en ce que les moyens de déplacement ( 3 1) permettent la rotation de l'ensemble. 2 Viseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'action des moyens de déplacement ( 3 1) est asservie, par un asser- vissement ( 21 à 24), à la position d'un dispositif d'exploitation annexe ( 20) du viseur. 3 Viseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le réticule lumineux est un objet lumineux petit champ constitué par l'extrêmité ( 13) lumineuse d'un faisceau de fibres optiques ( 11) recouverte d'un masque évidé ( 12). 4 Viseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément optique unique ( 2) comporte un dispositif partiellement réfléchissant stigmatique pour son foyer et l'infini. Viseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément optique unique ( 2) a une forme sphérique et comporte un hologramme ( 16) ayant la propriété de conjuguer son point focal et l'infini et en ce que le réticule est situé au point focal de l'hologramme. 6 Viseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de maintien mécanique présentent un faible masque dans le champ de vision et en ce que les moyens de déplacements comportent un moteur électrique ( 3 1) pour conférer au viseur un degré de liberté en orientation. j 7 Viseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de déplacement ( 3) comportent un deuxième moteur élec- trique ( 3 2) pour conférer au viseur un deuxième degré de liberté en orientation. 8 Viseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement ( 21 à 24) délivre un signal électrique pour commander les moyens de déplacement en fonction de la mesure de l'écart d'orientation (B,C) résultant entre le viseur de pointage et le dispositif d'exploitation ( 20). 9 Viseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement ( 21 à 24) comporte en outre des moyens ( 23,Co) pour effectuer une correction de hausse en fonction de données tactiques. Utilisation du viseur de pointage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comme viseur de tir ou de pointage sur un véhicule, notamment un hélicoptère, caractérisée en ce que le véhicule comporte une verrière et un arceau ( 9 1) de -verrière et en ce que les moyens de déplacement ( 3) sont fixés sur cet arceau de manière à être sensiblement confondus avec le masque naturel dans le champ de vision de l'utilisateur du viseur.