Brevet FR2584202A1 — publié le 19870102

La présente invention concerne les appareils de visée stabilisés du type comprenant une caméra sensible à l'infrarouge thermique portée par une plate-forme montée rotative autour d'un premier axe sur un équipage lui-même mobile en rota- tion sur la plate-forme autour d'un second axe perpendiculaire au premier, munie d'un système inertiel de stabilisation en orienta- tion autour des deux axes. L'invention trouve une application importante dans les systèmes de conduite de tir embarqués sur plate-forme, notamment véhicules terrestres, hélicoptères et bateaux. Ces systèmes de conduite de tir doivent fréquemment maintenir le pointage en site et en gisement des lignes de visée de plusieurs organes travaillant dans des domaines distincts de longueur d'onde, tels que lunette de visée à observation directe,' système, de télévision dans le visible ou le proche infrarouge, télémètre laser, écartomètre, appareil d'imagerie thermique. On connaît déjà des appareils de visée stabilisés du genre ci-dessus défini travaillant dans un domaine spectral bien déterminé, à stabilisa- tion en site et en gisement. Mais l'absence de matériau ayant un coefficient de transmission satisfaisant dans tout le spectre utile, allant du visible à l'infrarouge thermique, a conduit jusqu'à ce jour à prévoir au moins deux appareils entièrement distincts pour couvrir l'ensemble du spectre, l'un étant générale- nment prévu pour la bande de 0,4 à 2,5 microns et l'autre de 4 à 13 microns. La présente invention vise à fournir un appareil de visée multi-voie, d'encombrement et de poids réduits, assurant une stabilité de pointage au moins égale à celle des appareils connus. Dans ce but, l'invention propose notamment un appa- reil de visée du type ci-dessus défini qui comporte également un viseur optique comprenant un miroir de pointage monté sur l'équi- page et entraîné en rotation autour d'un axe parallèle au premier par un dispositif de recopie des mouvements de la caméra et une optique de décalage qui renvoie vers la plate-forme, le long du deuxième axe, le faisceau lumineux réfléchi par le miroir de pointage. La caméra, d'encombrement très supérieur à celui du miroir, est montée sur l'équipage de façon à être traversée par le second axe tout en étant placée en majeure partie d'un côté de cet axe, à l'opposé du miroir par rapport audit second axe. Le système inertiel est avantageusement intégré à un anneau de site portant directement la caméra: cette solution per- met d'assurer une stabilité maximum. Lorsqu'un collimateur d'harmonisation avec ses rétro- réflecteurs (vers la caméra, et vers le miroir) est lié à l'an- neau de site, - d'une part on peut connaître, à tout moment et quelle que soit l'attitude de pointage, l'écart des lignes de visée des différen- tes voies l'une par rapport à l'autre; - d'autre part, le système d'harmonisation lie à la structure porteuse du gyroscope, donc stabilisé, peut délivrer des informa- tions exploitables qui permettront, si cela est nécessaire, la prise en compte des déformations de.structure en dynamique pour améliorer les performances de stabilisation. Si le système n'est utilisé que pour l'harmonisation, les deux rétroréflecteurs peuvent être prévus pour s'escamoter par rotation afin d'éviter une ocultation constante des pupilles. En substituant un dispositif de recopie à rapport 1/2 au système de stabilisation habituellement prévu pour le mi- roir de pointage, on diminue très sensiblement le poids, l'encom- brement et le coût de l'ensemble. On sait par ailleurs que, lors- que l'image visible est directement observée, la stabilité de pointage requise est plus faible que dans le cas de l'utilisation d'une caméra, étant donné les possibilités d'adaptation et d'in- terprétation de l'oeil humain. L'équipage rotatif autour du second axe peut être constitué par un anneau de gisement qui porte, à partir du miroir de pointage, une lunette de Galilée à grossissement variable et un séparateur dichroique. A la sortie du séparateur, _o la partie visible du spectre est renvoyée par l'optique de décalage sur l'axe tandis que la partie située dans l'infrarouge est envoyée vers un télémètre ou un écartomètre également portés par l'anneau de gisement. Une telle disposition présente de nombreux avantages: en plaçant la lunette de Galilée directement derrière le miroir, on peut diminuer la dimension du miroir et de la fenêtre d'entrée de la voie visible, donc l'encombrement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un appareil qui en constitue un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère au dessin qui l'accompagne, dans lequel: - la figure 1 est un schéma de principe montrant les constituants principaux de l'appareil, en coupe suivant un plan passant par le second axe; m5 - la figure 2 est une vue schématique de dessus de l'appareil, suivant la ligne II-II de la figure 1. L'appareil comporte un anneau 10 d'orientation en gisement, monté par des roulements précontraints 11, à faible frottement, sur un manchon 12 appartenant à la plate-forme. ] Cet anneau 10 constitue l'élément principal de l'équipage rotatif autour de l'axe 13 d'orientation en gisement. Il comporte une fourche munie de roulements définissant un axe 14 d'orientation en site d'un anneau 15 auquel est fixée une caméra dont le domaine de sensibilité s'étend dans l'infrarouge thermique, typiquement ' de 4 à 13 microns. La caméra 16 ou l'anneau 15 porte les organes de détection 17 d'un système inertiel de stabilisation autour des axes 13 et 14. Ces organes sont par exemple constitués par un gyromètre sec à.deux degrés de liberté, conmendant des moteurs couples associés aux anneaux 10 et 15. of) La caméra est reliée, par des joints électriques tournantssi l'on souhaite disposer d'une plage d'orientation en gisement illimitée, à des moyens de restitution et d'affichage placés sur la plate-forme. La caméra 16 constitue l'organe d'entrée de la première vcile de l'appareil. La seconde voie comporte un miroir de pointage et d'orientation 18 monté sur l'anneau de gisement 10 par des paliers qui lui permettent de tourner autour d'un axe 19 parallèle l'axe 14 (figure 2) . Le miroir 18 ne comporte pas de système de stabilisation indépendant: il est commandé à partir de l'anneau 1 par un système de démultiplicationangulaire sans jeu, par exemple à poulies et courroie métallique. L'orientation en gisement est réalisée par l'anneau 10. La seconde voie comprend, directement en aval du miroir 18, une lunette de Galilée fournissant plusieurs grossi- %5 ssements et plusieurs champs, typiquement deux. Le faisceau sortant de la lunette 20 est repris par une optique de décalage, destinée à le renvoyer suivant l'axe 13. Dans le mode de réalisa- tion illustré, cette optique comprend un prisme rhomboëdre dichroiaue 22 qui dédouble le faisceau incident. Lorsque n la seconde voie est prévue pour recevoir le rayonnement dans le spectre visible et le proche infrarouge jusqu'à 2,5 microns, le rhborboëdre pourra être prévu pour renvoyer, suivant l'axe 13, la partie visible du faisceau et jusqu'à 1,06 micron. Le faisceau transmis par le r par l'anneau de gisement 10. Il peut notamment s'agir d'un télémè. tre utilisant un laser dans le proche infrarouge ou d'un écarto- mètre à balayage type télévision ou utilisant des barrettes de diodes présentant un pic de sensibilité vers 2 microns. Le faisceau renvoyé suivant l'axe 13, s'il n'a pas déjà été dédoublé, peut l'être sur la plate-forme par une nouvelle lame dichroique 24 afin de disposer, d'une part, d'un faisceau adressé vers un dispositif d'écartométrie ou de télé- métrie 25 (figure 1), d'autre part,d'un faisceau dirigé vers une lunette d'observation 26. Au lieu d'une lunette, on peut prévoir un autre système de vision diurne,par exemple une caméra de télévision Les composants qui viennent d'être décrits peuvent être placés dans un capot ou boîtier de protection 27, porté par des roulements 28 de façon à pouvoir tourner autour de l'axe de gisement 13. Ce capot sera alors entraîné de façon à suivre les mouvements de l'anneau de gisement 10. Il devra être muni de fenêtres d'entrée, ayant un développement le long de l'axe de gisement compatible avec la plage de pointage angulaire prévue pour la caméra 16 et le miroir 18. Lorsque l'appareil est prévu pour être disposé sur le toit d'une enceinte, comme dans le cas illustré sur la figure 1, on cherchera fréquemment une plage en site allant de +85 jusqu'à environ - 30 . La fenetre pour la caméra 16 sera par exemple en germanium, de façon à laisser passer le spectre de sensibilité d'une telle caméra, typiquement de 5 à 13 microns. La fenêtre 29 placée en face du miroir 18 sera en verre ou, mieux, en quartz lorsqu'elle doit être transparente au spectre infrarouge jusqu'à 2,5 microns environ. Etant donné que le composant le plus encombrant à placer dans le capot 27 est la caméra 16, cette dernière occupera pratiquement tout un côté de la section droite du capot et débocdera sur l'autre. Le miroir 18 et le dispositif de télémétrie ou d'écartométrie 23 pourront alors être placés l'un derrière l'autre, à côté de la caméra 16. L'appareil représenté est com- plété par un collimateur d'harmonisation 31 lié à l'anneau de si- te et suivi de rétroréflecteurs 32 vers le miroir 33 vers la ca- méra 16. On voit que la caméra sensible à l'infrarouge thermi- que est stabilisée directement et bénéficie de la stabilisation naturelle provoquée par l'intertie de l'ensemble des composants, du moins en gisement. Le capot suiveur en gisement permet de s'af- franchir des couples aérodynamiques, et des couples de frottement que provoqueraient, en son absence, les joints d'étanchéité né- cessaires. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un appareil la destiné à l'observation dans les couches atmosphériques basses est constitué de la façon suivante: la caméra 16 est du type thermique fonctionnant dans la bande de 8 à 13 microns et permet- tant de choisir entre deux ou trois champs. La partie optique comprend une lunette de Galilée 20 de grossissement 1/4. Le rhomr boëdre ou la lame dichroique sépare la partie du spectre allant jusqu'à 1,06 micron de celle dans la région de 2,2 microns, ce qui représente un bon compromis entre l'immunité aux rayonnements solaires et aux rayonnements thermiques. Le télémètre peut être du type laser fonctionnant à 1,06 micron chaque fois que les ci- bles à suivre sont à faible vitesse. Enfin, les moteurs couples d'entraînement de l'anneau de gisement 10 et de l'anneau de site peuvent être desmoteurs couples du commerce. L'invention est susceptible de nombreuses variantes. En particulier, si l'appareil doit être monté surle nez d'un ap- pareil ou en conteneur constituant charge externe d'aéronef, les roulements 11 et 28 seront généralement disposés de part et d'au- tre de l'anneau 10 et du capot 27 plutôt que d'un même côté. Il va sans dire que cette variante,ainsi généralement que toutes autres restant dans le cadre des équivalences, doivent etre considérées comme couvertes par le présent brevet. REVENDICATIONS 1. Appareil de visée stabilisé comprenant une caméra sensible à l'infrarouge thermique portée par une plate-forme montée rotative autour d'un premier axe sur un équipage mobile en rotation sur une plate-forme autour d'un second axe perpendicu- laire au premier, la caméra étant munie d'un système inertiel de stabilisation autour des deux axes, appareil caractérisé en ce qu'il comporte également un viseur optique qui comprend un miroir de pointage monté sur l'équipage et entraîné en rotation autour d'un axe parallèle au premier par un dispositif de recopie et une optique de décalage qui renvoie le long du deuxième axe, vers la plate-forme, le faisceau lumineux réfléchi par le miroir de pointage, la caméra infrarouge étant traversée par le deuxième axe et placéelen majeure partie à l'opposé du miroir par rapport audit deuxième axe. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipage comporte un anneau de gisement muni de paliers définissant le premier axe, qui constitue axe d'orientation en siti 3. Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système inertiel est intégré à un anneau de site qui porte la camera. 4. Appareil suivant l'une quelconque des revendication, précédentes, caractérisé en ce que le faisceau réfléchi par le miroir de pointage est repris par une lunette de Galilée portée par ledit équipage. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit équipage porte un séparateur dichroique séparant le faisceau provenant de la lunette de Galilée en un faisceau de lumière visible qui est renvoyé suivant ledit second axe et un faisceau dans l'infrarouge proche qui est adressé à un système de télémétrie ou d'écartométrie lié audit équipage. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendication, précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier rotatif autour dudit second axe, enveloppant la caméra et le miroir de pointage, muni de fenêtres dont la dimension est compatible avec les domaines d'orientation de la caméra et du miroir de pointage autour du premier axe. 7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la fenêtre associée à la caméra est transparente à l'infrarouge thermique de 5 à 13 microns, tandis que la fenêtre associée au miroir est transpoarente au visible et à l'infrarouge jusqu'à environ 2,5 microns. 8. Appareil suivant la revendication 3, caractérisée en ce qu'il comporte un collimateur d'harmonisation lié à l'an- neau de site et suivi de rétroréflecteurs d'envoi de la lumière incidente, d'une part vers le miroir, et d'autre part vers la ca- mera.