Brevet FR2568381A1 — publié le 19860131

Appareil de visée comportant une voie écartométrique L'invention concerne les appareils de visée pour conduite de tir du type comportant une voie de visée oculaire directe et une voie écartométrique Elle trouve une application particulièrement- importante, bien que non exexclusive, dans la conduite de tir d'engins auto-propulsés anti-char à courte portée, comprise entre le domaine d'emploi de la roquette et celui des engins exigeant un pilo- tage semi-automatique élaboré. On connaît déjà des appareils de visée intégrés à des affûts de tir d'infanterie, appareils comportant une lunette d'observation directe dont le tireur aligne le réticule avec la cible et un dispositif d'écartométrie travaillant dans l'infrarouge. En général, le dispositif d'écartométrie utilise comme capteur une matrice de détecteurs à couplage de charges ou CCD travaillant dans l'infrarouge proche, associée à une optique de formation d'image. I1 est nécessaire que l'affût de tir soit portable et permette le tir à l'épaule ou sur trépied, ce qui impose un appareil de visée de poids et d'encombrement compatibles avec cet impératif. Un moyen de réduire le poids et l'encombrement consiste à utiliser un maximum d'éléments communs à la voie d'observation visuelle directe et à la voie d'écartométrie. Mais on se heurte alors à une incom patibilité lorsque la distance de guidage requise dépasse deux ou trois cents mètres. La voie d'écartométrie doit fournir une résolution au centre du champ d'observation, à proximité de la ligne de visée, inférieure au mrad, typiquement d'environ 0,6 mrad. Mais en même temps, le champ angulaire doit atteindre environ 10 , au moins dans une direction (par exemple en azimut).Les matrices de détecteurs CCD existantes comportent, dans leur plus grande direction, un nombre d'éléments sensibles insuffisant pour atteindre les deux résultats à la fois. La première idée qui vient à l'esprit pour lever la difficulté consiste à équiper l'appareil d'un objectif à focale variable ou "zoom", dont le tireur allonge progressivement la focale au cours du vol de l'engin de façon à disposer, au début du vol, du champ angulaire de 10 requis et, en fin de vol, de la résolution nécessaire. Cette solution est inacceptable du fait de son coût, de l'encombrement de l'objectif à focale variable et de la manoeuvre supplémentaire qu'elle requiert du tireur. L'invention vise à fournir un appareil de visée à écartométrie répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique pour la conduite de tir d'engins guidés à courte portée, notamment en ce qu'il permet d'obtenir à la fois une résolution et un champ satisfaisants pour un coût et un poids acceptables. L'invention vise également à fournir un appareil de visée dont l'harmonisation entre la voie d'observation directe, ou voie oculaire, et la voie d'écartométrie est assurée de façon précise. Dans ce but, l'invention propose notamment un appareil du type ci-dessus défini, les deux voies ayant une optique d'entrée commune, la voie de visée oculaire comprenant un oculaire à réticule ayant généralement un champ d'environ 14" et la voie d'écartométrie comprenant une matrice de détecteurs ; la voie d'écartométrie comporte un ensemble d'éléments optiques dont la focale est plus grande au milieu du champ angulaire de l'appareil qu'au bord. Dans l'aDplication de l'invention à un appareil de visée destiné à un engin dont la portée utile est essentiellement dans le domaine compris entre 300 et 600 mètres, correspondant à une résolution requise au centre d'environ 0,6 mrad, on peut adopter une variation de focale entre le milieu et le-bord du champ d'environ 30 %. I1 sera souvent utile d'utiliser une matrice de détecteurs ayant des dimensions différentes dans deux directions perpendiculaires. Le champ de vision maximal n'est en effet souvent requis que dans une seule direction, par exemple en azimut, pour le guidage d'un engin antichar. Dans ce cas, on pourra souvent se contenter d'utiliser un élément optique tel que la focale n'est variable que dans la partie du champ qui est couverte uniquement par la plus grande des deux dimensions. Du fait que les deux voies présentent une partie commune très importante, une harmonisation satisfaisante peut être aisément obtenue entre les deux voies. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un appareil qui en constitue un mode particulier d'exécution, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe, en perspective, montrant les constituants principaux d'un appareil de visée suivant l'invention ;; - la figure 2 est une courbe représentative d'une loi de variation de la hauteur d'image en fonction de l'écart par rapport au centre du champ qui donne des résultats satisfaisants - la figure 3 est un schéma oDtique d'un mode de réalisation possible de la partie optique du viseur - les figures 4 et 5, respectivement similaires aux figures 1 et 3, montrent une variante de réalisation L'appareil de visée qui sera maintenant décrit, à titre de simple exemple, est destiné à être intégré à un affût de tir pour engins guidés anti-char- à courte portée.L'appareil montré en figure 1 comporte un boîtier 10 contenant les éléments optiques, constitué de façon classique en plusieurs pièces assemblées, et un boîtier électronique 12 fixé au boîtier optique et muni d'un connecteur 14 de liaison avec les organes fournissant les ordres de commande des gouvernes de l'engin. L'appareil montré en figure 1 comporte uniquement une voie oculaire et une voie d'écartométrie. I1 pourrait évidemment être adapté au tir de nuit en y ajoutant soit un tube à intensification de luminance, soit une voie d'observation dans l'infrarouge thermique. Cet appareil comporte une optique d'entrée commune qui comprend une fenêtre d'entrée 16 portée par la paroi du boîtier 10, un jeu de trois miroirs 18, 20 et 22 de renvoi du faisceau d'entrée et de redressement d'image et un objectif d'entrée 24. La fenêtre, en matériau transparent dans le visible et l'infrarouge proche, constitue également pupille d'entrée. Les trois miroirs 18, 20 et 22 permettent de renvoyer le faisceau d'entrée vers le bas, ce qui permet à l'appareil de constituer périscope de décalage vertical, et de redresser l'image observée visuellement. L'objectif d'entrée 24 aura généralement une distance focale d'environ 90 mm. La séparation entre les deux voies est effectuée par une lame dichroïque 26 qui réfléchit la lumière dans la bande allant de 0,45 à 0,65 micron vers la voie d'observation visuelle directe, tandis qu'elle laisse passer la bande allant de 0,9 à 1 micron. Une telle lame permet d'utiliser une matrice de détecteurs CCD comme capteur sur la voie écartométrique. La voie oculaire peut avoir une constitution classique, représentée sur la figure 1 sous forme d'un bloc oculaire 28 associé à un réticule à micromètre 30 placé dans le plan de formation d'image par l'objectif 24. L'agrandissement assuré par l'oculaire sera généralement choisi entre 3 et 4. La voie d'écartométrie comporte une matrice de détecteurs CCD 32 précédée d'un élément optique 34, qui sera généralement une lentille de champ qui, associée à l'objectif 24, donne un système optique de focale variable du centre au bord du champ. Dans le cas où on utilise par exemple une matrice de photodétecteurs ayant 288 x 208 éléments sensibles dont chacun a une dimension de 30 x 30 microns, on peut adopter des éléments 24 et 34 donnant une focale au centre de l'ordre de 50 mm. On obtient ainsi une résolution de 0,6 mrad pour un élément sensible, lorsque l'objectif 24 a une focale de 90 mm. Le champ de 100 requis dans la direction de la plus grande dimension de la matrice est obtenu avec une focale de l'ordre de 33 mm au bord du champ. La variation de la focale en fonction de l'angle par rapport à l'axe peut notamment être celle montrée en figure 2, où les angles 00 et Q1 correspondent respectivement à la petite et à la grande dimension de la matrice.On voit que la focale reste constante sur tout le champ angulaire correspondant à la petite dimension de la matrice. Il n'y a en conséquence pas de distorsion de hauteur d'image pour un champ d'environ 5 dans toutes les directions. Dans la pratique, l'appareil sera constitué pour assurer l'ergonomie requise du poste de tir. Cela exige notamment que l'oculaire soit incliné d'environ 300. La disposition peut être celle montrée en figure 3, où les organes déjà montrés en figure 1 sont désignés par le même numéro de référence. L'objectif 24 peut être constitué par un triplet ayant une focale comprise entre 90 et 100 mm. La voie oculaire peut comporter un ensemble oculaire ayant une focale de 25 ou 33 mm, de type classique ou en plastique, associé à un réticule 30 à micromètre. Le réticule 30 est placé dans le plan de formation d'image de l'objectif 24 et porte un micromètre gravé. L'ensemble des trois miroirs 18, 20 et 22 et de la lame dichroïque 26 constitue l'équivalent d'un groupe redresseur de Porro. La voie d'écartométrie comporte un objectif, formé des éléments 24 et 34 présentant une focale d'environ 33 mm au bord, de 50 mm au centre permettant d'avoir un champ dans la plus grande dimension de 10 . On peut aisément réaliser une lentille de champ fournissant une tache d'image acceptable. Dans la pratique, on peut, tout en restant dans le domaine des lentilles fabricables à coût faible de façon industrielle, obtenir une tache image (contenant 80 % de l'énergie du point objet) dont le diamètre est 20 microns au centre, 70 microns à 2,5 de l'axe, 100 microns à 5" de l'axe. Les besoins opérationnels peuvent imposer une variation de focale supérieure à 30 % entre le bord et le centre du champ, lorsque l'acquisition de l'engin doit s'effectuer à courte distance de l'emplacement de tir et que le guidage doit être maintenu sur une portée élevée, atteignant par exemple 1.000 mètres. Dans ce cas l'utilisation d'un élément optique présentant une distance focale variable entre le centre et le bord du champ n'est pas suffisante. On peut dans ce cas utiliser la variante de réalisation montrée en figures 4 et 5 où les organes correspondant à ceux des figures 1 à 3 sont désignés par le même numéro de référence. Dans cette variante, la lame 22 est semi-transparente. Elle travaille en réflexion, comme dans le cas des figures 1 à 3, pour le trajet correspondant au champ angulaire B0 (petit champ). Elle est également prévue pour travailler en transmission, lorsque le trajet optique utilisé est celui correspondant au champ angulaire 01 (grand champ). Les deux trajets sont communs à partir de la lame 22. En amont de cette lame, le trajet correspondant au champ G0 est le même que dans le cas des figures 1 à 3. Par contre, le trajet correspondant au champ 1 comporte une fenêtre d'entrée supplémentaire 38, une optique de Galilée 36 et un miroir de renvoi 35. L'optique de Galilée, ayant une faible ouverture (typiquement d'environ f/10), peut être moulée en plastique. La lame semi-transparente 22 pourra avoir un coefficient de transmission très inférieur à son coefficient de réflexion, du fait qu'elle ne travaillera en transmission que lorsque l'engin à guider 40 est proche et donc que son traceur 42 (ou la lueur du propulseur) a une brillance élevée.On peut par exemple adopter, pour la lame 22, un coefficient de transmission de 20 % et un coefficient de réflexion de 80 % pour une longueur d'onde de 1 micron, correspondant à un pic d'émission pour une diode laser utilisable comme traceur 42. La lame 22 peut également être prévue pour présenter un coefficient de réflexion supérieur à 90 % dans le visible, ce qui n'affaiblit donc que très peu l'image visuelle. Le passage d'un champ d'écartométrie à l'autre peut s'effectuer de façon simple par déplacement d'un filtre 44 transmettant le visible et coupant le proche infrarouge, notamment dans la plage de sensibilité de la matrice de détecteurs 32. Dans le mode de réalisation montré en figures 4 et 5, ce filtre 44 est porté par un volet rotatif 46 présentant deux positions. Dans la position initiale, correspondant au départ de la séquence de tir, le filtre se trouve derrière la fenêtre 38 et en conséquence c t est l'image du grand champ qui se forme sur la matrice de détecteurs 32. L'observation visuelle n'est pas gênée par la superposition de deux images, car la fenêtre 38 ne transmet que le proche infrarouge et coupe le visible et en conséquence seule l'image du petit champ apparaît à l'observateur qui peut conserver l'objectif à la croisée des fils du réticule 30. L'électronique 48 directement associée à la matrice 32 (et qui peut d'ailleurs etre incorporée à l'électronique 12) est prévue pour exciter un organe de commutation du volet 46 dès que l'image du traceur 42 vient se former dans une zone centrale de la matrice, qui peut être choisie pour correspondre au petit champ. L'organe de commutation peut être constitué par un simple verrou retenant le volet contre l'action d'un ressort. I1 peut également être constitué par un électroaimant d'amenée du volet dans sa seconde position (représentée en tiret sur la figure 4). Les caractéristiques de l'appareil peuvent être les suivantes voie oculaire : mêmes caractéristiques que celles données ci-dessus pour l'appareil des figures 1 et 3, pour le trajet correspondant au champ 0, mêmes caractéristiques pour la voie d'écartométrie, l'élément 34 étant supprimé. Le champ est donc de 3,7 x 2,7 avec une résolution de l'ordre de 0,35 mrad, pour le second trajet, en utilisant une optique Galilée 36 ayant un qrossissement de l'ordre de 4, le champ devient 14,8 x 10,8 et la résolution de l'ordre de 1,4 mrad. Cette variante de réalisation est rendue possible par la très bonne sensibilité des matrices de détecteurs CCD dans le proche infrarouge et la possibilité de réaliser une lame 22 ayant, dans le proche infrarouge,un coefficient de transmission de l'ordre de 20 %. I1 suffit d'utiliser des optiques dont l'ouverture numérique est-de l'or- dre de f/10, donc pourront être-fabriquées en plastique à coût faible. On conserve encore une très bonne harmonisation entre les voies optique et d'écartométrie, les deux voies étant communes sur la plus grande partie de leur longueur. L'élément commutable étant constitué par un filtre, il n'exige aucun positionnement précis et sa faible masse autorise une commutation rapide, en un temps inférieur à 0,1 seconde, L'électronique 12 pourra évidemment être prévue pour que, lors de la commutation brutale d'un trajet à un autre, il y ait modification des algorithmes de pilotage, notamment en vue d'éviter une commande brutale des gouvernes. Une telle solution permet d'obtenir l'acquisition à une distance très courte et de la poursuivre avec une précision satisfaisante jusqu'à une distance élevée, ce qui rend l'appareil utilisable contre des cibles évoluant entre 40 mètres et 800 mètres et même au-delà. REVENDICATIONS 1. Appareil de visée pour conduite de tir comportant une voie de visée oculaire directe et une voie d'écartométrie ayant une optique d'entrée commune (16-24), la voie de visée oculaire comprenant un oculaire (28) à réticule 130) et la voie d'écartométrie une matrice de détecteurs(32), caractérisé en ce que la voie d'écartométrie comporte un ensemble d'éléments optiques (24-34) dont la focale est plus grande au milieu du champ angulaire de l'appareil qu'au bord. 2. Appareil de visée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation de focale entre le milieu et le bord du champ est d'environ 30 %. 3. Appareil de visée selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice a des dimensions différentes dans deux directions perpendiculaires et en ce que l'élément optique est tel que la focale n'est variable que dans la partie du champ qui est couverte uniquement par la plus grande des deux dimensions. 4. Appareil de visée selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la matrice est constituée de photodétecteurs CCD à 288 x 208 éléments sensibles, l'optique d'entrée commune et l'élément optique (34) étant choisis de façon à donner à la voie d'écartométrie un champ de 10 et une résolution d'environ 0,6 mrad au centre. 5. Appareil de visée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la voie d'écartométrie comporte un élément semi-transparent de séparation du faisceau incident en deux voies muni de moyens permettant d'amener l'une ou l'autre sur la matrice de détecteurs, dont la seconde donne un champ angulaire notablement supérieur à celui de la première voie. 6. Appareil de visée selon la revendication 5, caractérisé par des moyens pour commuter automatiquement lesdits moyens de commutation vers la première voie dès que l'image du point poursuivi se trouve dans une zone prédéterminée au centre de la matrice. 7.Appareil de visée selon la revendication 6, caractérisé en ce que la zone prédéterminée correspond au champ angulaire de l'appareil lorsque la première voie est en service. 8. Appareil de visée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il a une seule voie d'écartométrie et en ce que l'ensemble d'éléments comporte un élément optique (34) présentant une focale différente au centre et au bord du champ.