Brevet FR2602347A1 — publié le 19880205

Disositif d'alignement pour appareil de visée à Plusieurs voies L'invention concerne le domaine des appareils de visée comportant plusieurs organes travaillant dans des domaines différents du spectre optique et elle trouve une application particulièrement importante dans les appareils de visée destinés aux systèmes d'armes. A l'heure actuelle, on utilise largement des appareils de visée, stabilisés ou non, comportant un détecteur sensible à l'infrarouge lointain (caméra thermique) et un illuminateur ou télémètre laser travaillant dans l'infrarouge. I1 est nécessaire de réaliser un alignement mutuel des voies optiques correspondant à ces appareils. Cette opération, souvent qualifiée d'harmonisation, exige de disposer d'une référence optique commune. Elle doit être répétée fréquemment, pratiquement à chaque nouvelle mise en service. Dans les appareils existants en effet, les axes optiques des différents composants (caméra thermique et télémètre notamment) ne sont pas définis avec la précision requise et, au surplus, la caméra thermique présente un phénomène de dérive en température et d'instabilité. La solution couramment utilisée à l'heure actuelle consiste à viser un point chaud situé à grande distance (au-delà de la zone aveugle du télémètre). La contrainte que représente la nécessité d'un repère de ce genre, à grande distance, est toujours genante. Elle est difficilement acceptable pour des systèmes d'armes. L'invention vise à fournir un dispositif permettant d'harmoniser deux voies, travaillant dans des domaines spectraux différents, d'un appareil de visée sans faire appel à des repères ou moyens situés à grande distance. Dans ce but, elle propose notamment un collimateur d'alignement pour appareil de visée comprenant au moins un détecteur travaillant dans un premier domaine du spectre infrarouge et un télémètre laser travaillant dans un autre domaine, collimateur caractérisé en ce qu'il comprend - un mélangeur optique ayant un trou-source émettant dans le premier domaine et dans le visible, une lame semi-transparente placée sur le trajet d'émission de la source et renvoyant une fraction de la lumière d'un faisceau revenant vers la source vers une lame séparatrice qui dirige la lumière visible vers le réticule d'un organe de visée et la lumière infrarouge dans ledit autre domaine vers un réflecteur dont l'image fournie par ledit détecteur est identifiable, - et un miroir parabolique placé de façon à recevoir le faisceau de sortie de la source et le faisceau de retour, le mélangeur et le miroir étant placés de façon que le trou-source, le réticule de .l'organe de visée et le réflecteur soient au foyer du miroir. Dans un mode avantageux de réalisation, le mélangeur comprend un premier bloc en matériau opaque à l'infrarouge, percé de deux passages perpendiculaires dont l'un est dans l'alignement d'un trou formant source dans le premier domaine et le visible et dont l'autre est dirigé vers la lame séparatrice, la lame semitransparente étant située à l'intersection des deux passages. Le mélangeur optique peut comporter un second bloc, également percé de deux passages dirigés, l'un vers l'organe de visée, l'autre vers le réflecteur, la lame séparatrice étant placée à l'intersection des deux passages. L'invention propose également un dispositif d'harmonisation comprenant, en plus d'un collimateur du genre défini ci-dessus, des moyens escamotables situés au-delà du miroir parabolique, de décalage du faisceau de sortie du collimateur et du faisceau revenant vers la source permettant de diriger à volonté le faisceau de sortie : vers un miroir de référence dont la normale définit la direction d'alignement des axes du télémètre et du détecteur (caméra thermique notamment) ; vers le détecteur ; et vers le télémètre. L'invention sera mieux comprise à la. lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 est une vue schématique, en élévation, d'un dispositif d'alignement destiné à un appareil de visée comprenant une caméra thermique et un télémètre laser, - les Figures 2, 3 et 4 sont des schémas montrant les trajets optiques réalisés par les moyens de décalage de faisceau pour trois étapes différentes de la procédure d 'harmonisation. Le collimateur d'alignement montré en Figure 1 est destiné à permettre l'harmonisation entre deux voies d'un appareil de visée qui contient - une caméra thermique, fonctionnant généralement dans l'infrarouge lointain, entre 8 et 12 pm - un télémètre laser, fonctionnant dans l'infrarouge. Des miroirs d'orientation respectifs 7 et 8 permettent de faire varier les orientations 9 et 10 de l'axe optique de la caméra et du télémètre, respectivement, à la sortie de l'appareil 6. Le boitier de l'appareil 6 porte de plus un miroir de référence 11 dont la normale définit la direction d'alignement de consigne des axes 9 et 10. Le dispositif d'alignement comprend un mélangeur optique 12 et un miroir parabolique 13 qui reçoit le faisceau de sortie du mélangeur 12. Un miroir plan de renvoi 14 est placé en aval du miroir 13 dans le mode de réalisation représenté. Le miroir parabolique forme, à partir du faisceau divergent qu'il reçoit du mélangeur 12, un faisceau parallèle collimaté de sortie 16. Pour éviter l'effet d'ombre du miroir 14, le faisceau de lumière arrive sur le miroir 13 avec une légère incidence par rapport à l'axe. Les miroirs 13 et 14 ont une surface traitée les rendant réfléchissants dans l'ensemble du spectre des faisceaux reçus et renvoyés. Le mélangeur optique 12 comporte un premier bloc 18 dans lequel est ménagé un premier passage 20 traversé par la lumière émise par un trou 22 formant source, éclairé en lumière présentant une énergie importante dans l'infrarouge lointain et dans -le visible. Cet éclairage peut être assuré par un filament 24 chauffé par passage d'un courant électrique. Etant donné que l'alignement s'effectue généralement à l'arrêt, on peut également utiliser un trou éclairé par une lampe à iode à ampoule de quartz. Le filament émet dans le visible et l'ampoule, chauffée à une température d'environ 700 C, émet dans l'infrarouge lointain. Dans le bloc 18 est ménagé un second passage 26 orthogonal au premier. A l'intersection des passages 20 et 26 est placée une lame mince 28 transparente dans le visible et l'infrarouge lointain, transmettant l'essentiel du rayonnement du trou-source 24 mais cependant capable de renvoyer vers le passage 26 une faible fraction du faisceau de retour dirigé par le miroir 13 vers le passage 20. La lame 28 est placée entre deux tronçons du bloc 18 et collée sur ces tronçons. L'absence de colle au droit du passage 20 écarte les difficultés de trouver une colle ayant de bonnes qualités adhésives et transparente dans l'ensemble du spectre considéré. Du fait de la présence d'un passage, le bloc 18 n'a pas à être constitué en matériau transparent dans l'ensemble du spectre. Le mélangeur 12 comprend un second bloc 30 également percé de deux passages orthogonaux. L'un des passages 32 est dans l'alignement du passage 26 et l'autre, 37, est orthogonal au premier. Une lame mince 40, transparente pour le visible et réfléchissante pour l'infrarouge, est placée à l'intersection des deux passages. Elle permet de séparer la partie visible de la partie infrarouge du spectre. Le passage 32 est fermé par une face transparente sur laquelle est gravé un réticule 34 placé au foyer d'un oculaire 36 d'observation du réticule. Le passage 37, orthogonal au premier, est fermé par un réflecteur 38 ayant une forme distinctive, par exemple un cercle de petit diamètre entouré d'une zone de réflexion nulle à la longueur d'onde de travail du télémètre. Les blocs 18 et 30 ont des dimensions telles que les trajets optiques de 34, 38 et 22 au miroir parabo lique 13 soient de longueur égale à la distance focale du miroir 13. Le dispositif comprend, en plus du collimateur, des moyens de décalage latéral de faisceau de lumière sans modification d'orientation, pouvant être constitués par des rhomboèdres à réflexion totale 42 et 44. Ces moyens permettent de modifier le trajet optique au-delà du miroir 14, pour l'amener vers le miroir de référence 11 ou l'un ou l'autre des miroirs d'orientation 7 et 8. Une lame d'atténuation 46, en matériau présentant une forte opacité à la longueur d'onde de fonctionnement du télémètre, est interposée entre le rhomboèdre 42 et le miroir 8. Cette lame est par exemple en germanium et réduit à une fraction faible la portion transmise du spectre dans l'infrarouge lointain. Cette lame est inclinée sur l'axe optique pour éviter de renvoyer de l'énergie vers le récepteur du télémètre. Le processus d'harmonisation par mise en oeuvre du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant. Le rhomboèdre 44 est tout d'abord orienté pour décaler le trajet lumineux vers le miroir 11, alors que le rhomboèdre 42 est escamoté (Figure 2). La source 22 est illuminée. L'ensemble du dispositif 12, 13, 14, 42, 44 comportant le collimateur et les rhomboèdres est déplacé en bloc jusqu'à ce que l'image du trou-source 22 renvoyée par le miroir il se forme au centre du réticule 34. Cette coincidence est vérifiée par un opérateur å l'aide de l'oculaire 36. Le rhomboèdre 44 est eclipsé (Figure 3), le trou-source 22 restant illuminé. Le miroir 7 est orienté autour de deux axes orthogonaux jusqu'à ce que le centre du trou-source 22 corresponde à un élément photosensible particulier sur le détecteur de la caméra, c'est-à-dire à un pixel particulier dans'la matrice de points. C'est ce pixel particulier qui définira l'axe de visée thermique. On peut ainsi arriver à une résolution définie à un pixel près, c'est-à-dire dans la pratique à0,1 milliradian. Le rhomboèdre 42 est alors mis en place (Figure 4) pour orienter le trajet lumineux vers l'axe du télémètre laser. On oriente le miroir 8 jusqu'à ce que le récepteur du télémètre laser reçoive un écho en réponse à une impulsion fournie par l'émetteur de ce télémètre. Cet écho est présent lorsque le miroir 8 est orienté de façon telle que l'impulsion lumineuse de l'émetteur laser se réfléchit sur la surface 38. Le champ d'un télémètre est fréquemment d'environ 0,5 mrad; de sorte que, pour assurer une harmonisation à 0,1 mrad, il faut définir, par observation visuelle, le barycentre de l'écho. Lorsque ce barycentre est exactement centré, on mémorise la position correspondante du miroir 8, de façon å déterminer l'écart qui existe entre les axes optiques du télémètre et de la caméra pour une meme commande d'orientation des miroirs 7 et 8. Ultérieurement, l'organe de calcul de l'appareil de visée pourra effectuer les corrections nécessaires pour tenir compte du défaut de colncidence des axes réels. On voit qu'on réalise ainsi l'harmonisation des axes de la caméra et du télémètre sur une référence externe commune, placée à faible distance. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alignement pour appareil de visée (6) comprenant au moins un détecteur travaillant dans un premier domaine du spectre infrarouge et un télémètre laser travaillant dans un autre domaine, caractérisé en ce qu'il comprend un mélangeur optique (12) ayant un trou-source (22) émettant dans le premier domaine et dans le visible, une lame semi-transparente (28) placée sur le trajet d'émission du trou-source (22) et renvoyant une fraction de la lumière d'un faisceau revenant vers la source vers une lame séparatrice (40) qui dirige la lumière visible vers le réticule d'un organe de visée (36) et la lumière infrarouge dans ledit autre domaine vers un réflecteur dont l'image dans le détecteur est identifiable, et un miroir parabolique (13) placé de façon à recevoir le faisceau de sortie de la source et le faisceau de retour, le mélangeur et le miroir étant placés de façon que le trou-source (22), le réticule (34) de l'organe de visée et le réflecteur (38) soient au foyer du miroir. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un premier bloc (18) en matériau opaque, percé de deux passages perpendiculaires dont l'un (20) est dans l'alignement du.trou formant source et dont l'autre (26) est dirigé vers la lame séparatrice (40), la lame semi-transparente (28) étant située à l'intersection des deux passages. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un second bloc, également percé de deux passages dirigés, l'un (32) vers l'organe de visée (36), l'autre (37) vers le réflecteur, la lame séparatrice (40) étant placée à l'intersection des deux passages. 4. Dispositif d'alignement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens escamotables (42, 44) situés au-delà du miroir parabolique, de décalage du faisceau de sortie du collimateur et du faisceau revenant vers la source.