Brevet FR2545240A1 — publié le 19841102

Dispositif de stabilisation d'image pour un périscope de sous-marin La présente invention se rapporte à un dispositif de stabilisa- tion d'image pour un périscope de sous-marin Ce dispositif s'applique à un périscope à voie optique ou à voie optronique, à bloc oculaire fixe ou mobi- le. Un périscope de sous-marin se compose d'un tube ou mât qui est guidé dans des paliers solidaires de la structure du sous marin Il porte, à la partie supérieure, une tête d'observation comportant un prisme dévia- teur qui est orientable en site et qui réfléchit la lumière vers un objec- tif de tête. Dans le cas d'un périscope à voie optique, le faisceau lumineux sortant de l'objectif est véhiculé, à l'intérieur du tube, vers un bloc ocu- laire Dans le cas d'un périscope à voie optronique, le faisceau lumineux sortant de l'objectif est reçu sur un détecteur (caméra de télévision, tube à intensification de luminance). Le mât du périscope, lorsqu'il est déployé, est soumis à des ef- forts qui le font-fléchir en écartant la tête de l'axe théorique défini par les paliers La tête subit ainsi un mouvement de rotation qui provoque des déplacements de l'image du paysage par rapport à l'axe de visée (transla- tions dans le plan de visée et dans le plan transversal et rotations). On a cherché à stabiliser l'image dans le plan de réticule de tête en utilisant un gyroscope pour corriger l'orientation du prisme de la tête d'observation Cette solution présente néanmoins des inconvénients, Pour stabiliser l'image dans le plan focal de l'oculaire malgré les déformations du mât, on a prévu d'équiper les périscopes, conformément au brevet FR 1 478 301, par des systèmes afocaux qui sont montés entre la tête et le bloc oculaire, Toutefois les déformations du mât provoquent une occultation des pupilles. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de sta- bilisation d'image sur le réticule de tête d'une voie optique ou sur le dé- tecteur d'une voie optronique ayant un faible coût et un faible encombre- ment et présentant une grande insensibilité aux chocs et une faible sensibi- lité à la dérive Elle a également pour but de stabiliser l'image dans le plan focal de l'oculaire en évitant l'occultation des faisceaux pupillaires de manière à permettre ainsi de grandes déformations du mât. Le dispositif selon l'invention est adapté à un périscope de sous marin comportant un mât périscopique guidé dans des paliers et muni d'une tête d'observation comportant un prisme déviateur à réflexion totale suscep- tible de pivoter autour d'un axe d'orientation sous l'action de moyens Mo- teurs de manière à déplacer l'axe de visée en site et à réfléchir la lumié- re venant du paysage vers un objectif centré sur une voie d'observation ou de détection, et il est essentiellement caractérisé par le fait qu'il com- prend, sur ladite voie, des moyens pour dévier la direction d'observation perpendiculairement au plan de visée et des moyens pour faire tourner l'ima- ge et qu'il comporte des jauges d'extensométrie fixées sur une partie du mât soumise à la flexion et dont les signaux sont envoyés à des moyens de calcul et de commande contrôlant, par des asservissements, les moyens mo- teurs du prisme de tête, les moyens de déviation de la direction d'observa- tion et les moyens pour faire tourner l'image. Selon une caractéristique, les moyens de déviation de la direc- tion d'observation sont constitués par un déviateur du type diasporamètre dont les prismes sont déplacés en rotation par un moteur. Selon une autre caractéristique, les moyens pour faie tourner l'i- mage sont constitués par un prisme. Selon une autre caractéristique, les jauges d'extensométrie sont échelonnées sur la partie du mât soumise à flexion, le long de quatre géné- ratrices. Selon une autre caractéristique, le mat se compose d'un tube exté- rieur et d'un tube intérieur et les jauges d'extensométrie sont collées à l'extérieur de ce tube intérieur. Selon une autre caractéristique, il comporte, entre la tête d'ob- servation et le bloc oculaire, au moins une poutre rigide de support d'un système afocal qui est guidée et portée à l'intérieur du mant par l'intermé- diaire de deux rotules. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des modes de réalisation donnés à titre d'exemples et représen- tés par les dessins annexés. La figure 1 représente schématiquement un périscope à bloc oculai- re fixe équipé du dispositif de stabilisation d'image conforme à l'inven- tion. La figure 2 représente une variante à tête de mât optronique. La figure 3 représente le périscope de la figure 1 avec une défor- mation volontairement amplifiée du mât. La figure 4 représente un schéma des moyens de calcul et de com- mande du dispositif - Le périscope représenté par les dessins comprend un tube'ou mât 1 dont l'axe longitudinal est repéré 210 Ce tube est guidé en translation et rotation de manière à être vertical par des paliers 31, 32, solidaires de la structure 33 du sous-marin. Le tube 1 porte à la partie supérieure une tête d'observation qui est munie d'un prisme de tête à réflexion totale 51 pouvant pivoter autour d'un axe d'orientation 511 parallèle à la surface réfléchissante de manière à déplacer l'axe de visée 22 en site Le prisme de tête 51 réfléchit la lu- mière venant du paysage à l'intérieur du tube. Le prisme de tête est suivi par un déviateur de type diasporamé- tre 52 centré sur l'axe optique 210 Il est constitué de deux prismes dépla- cés relativement autour de l'axe optique par un moteur 62 Ce diasporamètre a pour fonction de dévier la direction d'observation perpendiculairement au plan de visée (plan vertical passant par la direction de l'objet observé). En arrière du diasporamètre 52, le faisceau traverse l'objectif de tête 53 centré sur l'axte optique. Le faisceau lumineux est focalisé sur un réticule 54 situé en ar- rière de l'objectif, sur l'axle optique. Un bloc d'observation 4, disposé à la partie inférieure du péris- cope reprend le faisceau lumineux à la sortie du tube 1. Sur la figure 1 le faisceau lumineux traverse, avant d'arriver sur le bloc oculaire, un prisme 55 à nombre impair de réflexions (prisme de Wollaston ou de Péchan) susceptible de tourner autour de l'axe optique de manière à faire tourner l'image. Dans le cas du mât optronique de la figure 2, la rotation d'image est obtenue par rotation du capteur 56 (caméra de télévision) sous l'action du moteur 65 Le même résultat pourrait être obtenu par un prisme de rota- tion (Wollaston ou Péchan) placé avant le capteur. Le prisme de tête 51, le diasporamètre 52, le prisme de rotation d'image 55 ou le capteur sont manoeuvrés respectivement par des organes mo- teurs 61, 62 et 65. Si, comme sur la figure 1, le périscope est du type à bloc oculai- re fixe, le prisme 55 de rotation d'image est le même que celui servant à compenser la rotation d'image due au pointage panoramique en gisement Dans le cas d'un périscope à bloc oculaire mobile avec le mât, un prisme 55 de rotation d'image est ajouté sur la voie optique. Le dispositif comporte des jauges d'extensométrie 91 et 92 qui sont collées sur des parties du mât de manière que les signaux donnés par ces jauges soient représentatifs de la déformation du mât et par conséquent de l'angle de rotation de la partie supérieure du mat. Le mat se compose d'un tube extérieur Il qui est guidé dans les paliers et d'un tube intérieur 12 logé à l'intérieur de ce tube 11 Le tube intérieur 12 est centré dans le tube extérieur Il par l'intermédiaire de portées de centrage échelonnées le long du mat et il est lié verticalement au tube extérieur soit par sa partie supérieure soit par sa partie inférieu- re Les jauges 91 et 92 sont collées sur la surface extérieure de ce tube intérieur 12. Les jauges 91 et 92 sont échelonnées le long du mât en formant deux groupes Les jauges 91 d'un groupe sont disposés sur deux génératrices contenues dans un plan passant par l'axe du mat (supposé non déformé) cor- respondant au plan de visée, les jauges 92 de l'autre groupe étant dispo- sées sur deux génératrices contenues dans un plan perpendiculaire au précé- dent et passant par l'axe du mat La disposition de ces jauges est telle que les jauges 91 ou 92 situées sur deux génératrices associées sont dispo- sées deux par deux dans des plans perpendiculaires à l'axe du mât A chaque niveau il y a deux jauges 91 et deux jauges 92 Les jauges les plus basses sont situées au-dessous du palier supérieur pour tenir compte du ventre de la déformée. Les signaux fournis par les jauges 91 et par les jauges 92 sont envoyés par l'intermédiaire de montages en ponts à un calculateur 10 qui commande les moteurs 61, 62, 65 et qui reçoit les signaux des codeurs 63, 64, 66 couplés respectivement à ces moteurs 61, 62, 65 Le calculateur 10 reçoit par ailleurs les signaux d'un codeur de gisement 67 couplé en rota- tion au mât et d'un manipulateur 68 dit "bête à cornes" qui est manoeuvré par l'opérateur et sert à la commande en site et gisement du périscope En fonction des informations reçues le calculateur 10 fournit les signaux de commande des moteurs 61, 62, 65. Le calculateur peut recevoir les signaux de la centrale de verti- cale équipant le sous-marin Les informations fournies par cette centrale de verticale et par les jauges permettent de corriger la rotation d'image en jouant sur la rotation du prisme Wollaston Il est possible d'envisager avec cette solution la mesure de la hauteur d'étoiles. Le dispositif assure la stabilisation d'image dans le plan focal de l'oculaire Il comporte, à l'intérieur du tube 12, des poutres rigides 13, 14 qui portent chacune un système afocal 7, 8, chaque poutre étant gui- dée et portée, par l'intermédiaire de deux rotules 15 et 16 ou 17 et 18 se logeant dans le tube 12 Chaque poutre a une forme tubulaire permettant le logement d'un système afocal Le dispositif comporte à la partie supérieure une poutre 19 qui est logée dans le mât (dans le tube intérieur sur la figu- re 1) de manière à être solidaire de celui-ci et qui porte le prisme de pointage 51, le déviateur 52, l'objectif 53, le réticule 54, et un élément de véhicule 57. Chaque système afocal 7 ou 8 est composé de deux objectifs 71 et 72 ou 81 et 82 séparés de manière que le foyer image de l'objectif avant soit confondu avec le foyer objet de l'objectif arrière Dans le cas o le mât est guidé par trois paliers, le système afocal inférieur est constitué de deux objectifs 81 et 82 et d'un véhicule intermédiaire qui conjugue le foyer image de l'objectif avant 81 avec le foyer objet de l'objectif arriè- re 82. Les rotules 16, 17 des deux poutres adjacentes sont sensiblement concentriques Les pupilles de chacun des systèmes afocaux sont situées au niveau des rotules qui autorisent les rotations par rapport au tube 1. Afin de ne pas provoquer de vignettage supplémentaire en bord de champ lors des flexions, le dispositif comporte des verres de champ tels que 73 dans certains plans images. Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'inven- tion imaginer des variantes et des perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents Des soufflets pourraient être mon- tés entre deux poutres adjacentes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de stabilisation d'image pour périscope de sous-ma- rin comportant un mât périscopique ( 1) guidé dans des paliers ( 31, 32) et muni d'une tête d'observation comportant un prisme déviateur ( 51) suscepti- ble de pivoter autour d'un axe d'orientation ( 511) sous l'action de moyens moteurs ( 61) de manière à déplacer l'axe de visée ( 22) en site et à réflé- chir la lumière venant du paysage vers un objectif ( 53) centré sur une voie ( 22) d'observation ou de détection, caractérisé par le fait qu'il comprend, sur ladite voie, des moyens ( 52, 62) pour dévier la direction d'observation perpendiculairement au plan de visée et des moyens ( 55) pour faire tourner l'image et qu'il comporte des jauges d'extensométrie ( 91,92) fixées sur une partie ( 12) du mât soumise à la flexion et dont les signaux sont envoyés à des moyens de calcul et de commande ( 10) contrôlant par des asservissements les moyens moteurs du pris- me de tête ( 51), les moyens de déviation ( 52) de la direction d'observation et les moyens ( 55) pour faire tourner l'image. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de déviation ( 52) de la direction d'observation sont constitués par un déviateur du type diasporamètre dont les prismes sont déplacés en rotation par un moteur ( 62). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé par le fait que les moyens ( 55) pour faire tourner l'image sont constitués par un prisme. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé par le fait que le périscope comportant ledit prisme de rota- tion d'image ( 55) est du type à bloc oculaire mobile avec le mât. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé par le fait que les jauges d'extensométrie ( 91,92) sont échelon- nées sur la partie du mat soumise à la flexion, le long de quatre génératri- ces. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé par le fait que le mât ( 1) se compose d'un tube extérieur ( 11) guidé par les paliers et d'un tube intérieur ( 12) et que les jauges d'exten- sométrie ( 91,92) sont collées à l'extérieur de ce tube intérieur. ú 25 45240 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé par le fait qu'il comporte, entre la tête d'observation et le bloc oculaire, au moins une poutre rigide ( 13 ou 14) de support d'un systè- me afocal ( 71-72) ou ( 81-82) qui est guidée et portée à l'intérieur du mât par l'intermédiaire de deux rotules. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé par le fait qu'un système afocal porté par une poutre ( 14) com- porte un véhicule intermédiaire monté entre les objectifs du système afocal pour conjuguer les foyers desdits objectifs.