Brevet FR2661518A1 — publié le 19911031

PROCEDE D'HARMONISATION ENTRE L'AXE D'UNE LUNETTE DE VISEE ET CELUI D'UNE CAMERA THERMIOUE. L'invention concerne un procédé d'harmonisation entre l'axe d'une lunette de visée comportant un objectif, un premier réticule et un oculaire et celui d'une caméra thermi- que comportant un objectif infra-rouge, un système de balayage opticomécanique, un détecteur infra-rouge et un système de visualisation des signaux électriques délivrés par ledit dé- tecteur. Ce système est destiné au tir de nuit Il s'applique particulièrement au cas o la caméra thermique possède plusieurs champs dans lesquels l'harmonisation est requise. Le procédé de l'invention a pour but d'assurer le contrôle permanent de l'harmonisation avant et pendant le tir entre les axes de la lunette de visée et de la caméra thermique Il permet de plus une harmonisation automatique en- tre ladite lunette et ladite caméra sans nécessiter une fixa- tion mécanique rigide entre les deux appareils. Conformément à l'invention, ladite lunette de visée est aussi un collimateur d'harmonisation qui projette dans la caméra thermique un faisceau de longueur d'onde exté- rieure au spectre visible, issu d'un second réticule après ré- flexions successives sur les faces d'un trièdre trirectangle assurant le parallélisme rigoureux du faisceau incident sui- vant l'axe optique de la lunette et du faisceau émergent sui- vant l'axe optique de la caméra, ladite longueur d'onde étant environ cinq fois plus courte que la longueur d'onde moyenne de la bande principale de la caméra pour obtenir une résolu- tion du réticule projeté comparable à la résolution limite de la caméra dans ladite bande avec un faisceau utile égal au cinquième du diamètre de l'optique infra-rouge. Ledit second réticule du collimateur d'harmonisa- tion est éclairé par une source émettant un rayonnement à la- dite longueur d'onde extérieure au spectre visible et disposé à l'intérieur de la lunette de visée, symétrique dudit premier réticule dans une lame dichroïque inclinée de 450 sur l'axe optique de la lunette entre l'objectif et le premier réticule, transparente pour le visible et réfléchissant le faisceau in- fra-rouge issu de ladite source. Ledit trièdre trirectangle est constitué par une première lame à faces parallèles disposée à l'avant dudit ob- jectif infra-rouge et inclinée de 450 sur son axe et par un dièdre disposé à l'avant dudit objectif de la lunette et com- portant un miroir plan et une seconde lame à faces parallèles sur la face arrière de laquelle se trouve déposé un filtre pour arrêter le rayonnement dudit collimateur vers l'exté- rieur, l'arête dudit dièdre étant perpendiculaire au plan de ladite première lame à faces parallèles, lesdits miroir plan et lames à faces parallèles étant réalisés en un matériau ré- fléchissant pour ladite longueur d'onde extérieure au spectre visible et le tout formant un ensemble indéformable dans tou- tes les conditions d'environnement. Dans une première variante du procédé d'harmonisa- tion, ledit système de visualisation des signaux électriques délivrés par le détecteur est constitué par un ensemble élec- tronique de traitement desdits signaux relié à un tube catho- dique extérieur sur lequel la cible et ledit second détecteur sont visualisés, ou à un tube cathodique intérieur dont l'ima- ge est réinjectée dans la lunette de visée au moyen d'un col- limateur et d'un autre trièdre composé d'une troisième lame à faces parallèles et dudit dièdre. Dans une seconde variante, ledit système de visua- lisation des signaux électriques délivrés par le détecteur est obtenu au moyen de diodes électroluminescentes disposées symé- triquement des détecteurs par rapport à une lame dichroïque et alimentées par un dispositif électronique d'amplification des signaux électriques émis par le détecteur et d'alimentation desdites diodes Le rayonnement visible émis par les diodes électroluminescentes traverse le dispositif de balayage optico mécanique en sens inverse du rayonnement infra-rouge incident et est réinjecté dans la lunette de visée au moyen d'un colli- mateur et d'un autre trièdre composé d'une troisième lame à faces parallèles et dudit trièdre. La description suivante en regard des dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre le schéma de principe d'une première variante du dispositif pour la mise en oeuvre du pro- cédé selon l'invention (en deux projections). La figure 2 montre le schéma de principe d'une se- conde variante du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention (en deux projections). La figure 3 représente une variante de la lunette de visée avec deux réticules projetés l'un pour le visible et l'autre pour l'infra-rouge. Sur le schéma de principe de la figure 1, une lu- nette de visée 1 a son axe de visée 2 défini par le centre de l'objectif 3 et le réticule de visée 4 Un deuxième réticule 5 est symétrique du réticule 4 dans la lame dichroïque 6 Il est éclairé par une source 7. La caméra thermique 8 comprend un objectif infra- rouge 9, un système de balayage 10, un détecteur infra-rouge 11, un ensemble électronique 12 de traitement des signaux qui attaque un tube cathodique 13 dont l'écran est au foyer d'un collimateur 14. Le dispositif d'harmonisation comprend le trièdre trirectangle de sommet 15 constitué par la lame plane parallè- le 16 et le dièdre dont l'arête est 17, qui est formé par une lame à faces parallèles 18 et un miroir plan 19 L'ensemble 16, 18, 19 doit être indéformable dans toutes les conditions d'en- vironnement C'est de sa stabilité que dépend la qualité de l'harmonisation La propriété optique d'un trièdre trirectan- gle parfait est que la direction du faisceau réfléchi est exactement parallèle à la direction du faisceau incident indé- pendamment de la direction du faisceau par rapport au trièdre. Selon l'invention, la lunette de visée 1 est aussi un collimateur d'harmonisation dont l'axe est confondu avec l'axe 2 de la lunette de visée Ce collimateur projette à l'infini l'image du réticule 5 qui est par construction symé- trique du réticule visible 4 dans la lame séparatrice 6. La longueur d'onde d'émission est extérieure au spectre visible de manière à pouvoir arrêter au moyen d'un filtre déposé sur la lame parallèle 18 le rayonnement de ce collimateur vers l'extérieur On choisit de préférence une longueur d'onde inférieure à celle de la coupure du verre d'optique pour que l'objectif 3 de la lunette de visée n'uti- lise pas de matériaux spéciaux; il faut d'autre part que la longueur d'onde du collimateur traverse les optiques IR et en particulier le germanium La longueur d'onde du collimateur peut donc se situer entre 2 et 2,5 g environ. Le faisceau émis par le collimateur définit donc la direction de visée de la lunette 1 Après réflexion sur les trois miroirs 18, 19, 16 du trièdre trirectangle de sommet 15, le faisceau pénètre dans la caméra thermique 8 par le centre de l'optique d'entrée 9 Ce faisceau est alors parallèle à l'axe 2 de la lunette de visée La caméra thermique voit la cible à travers la lame parallèle 16 ainsi que l'image du ré- ticule 5 qui se superpose à la scène et qui définit la direc- tion de la ligne de visée 2 Un filtre déposé sur la face ex- térieure de la lame 16 limite la bande spectrale de l'ensemble à la fenêtre atmosphérique, par exemple la bande 8 à 12 p. L'image reçue par la caméra thermique peut être dirigée après traitement dans l'électronique 12 soit sur un tube cathodique extérieur 20 sur lequel on voit la cible et le réticule défi- nissant la ligne de visée, soit sur un tube cathodique inté- rieur 13 dont l'image peut être réinjectée dans la lunette de visée 1 au moyen du collimateur 14 et du trièdre de sommet 21 composé de la lame à faces parallèles 22 et du même dièdre 18, 19 que précédemment L'observateur 23 voit alors par l'oculai- re 24 de la lunette de visée l'image de la cible et l'image du réticule 5 vus par la caméra thermique. L'image du réticule 5 n'est pas obligatoirement superposée au réticule 4 Sa position dépend de l'orientation de l'ensemble de la caméra thermique 8 mais cela n'affecte en rien la précision du pointé car l'image du réticule 5 indique toujours la direction de visée. La caméra thermique doit être sensible à la lon- gueur d'onde du collimateur soit entre 2 et 2,5 pm par exemple en plus de sa bande principale de sensibilité qui correspond à une fenêtre atmosphérique par exemple entre 8 et 12 Pm. Le collimateur, dont la longueur d'onde est envi- ron 5 fois plus courte que la longueur d'onde moyenne de la bande principale de la caméra thermique, permet d'avoir une résolution du réticule projeté comparable à la résolution li- mite de la caméra dans la bande 8 121 i avec un faisceau uti- le égal au cinquième du diamètre de l'optique infra-rouge 9 en effet la limite angulaire de la diffraction à 2 Pm est 5 fois plus petite qu'à 10 pm. Les bandes spectrales des différents composants sont les suivantes Bande Bande Visible 2 à 2,5 im 8 à 12 p Optique IR 9 Transparent Transparent Absorbant face filtre 8-12 p intérieure sur la face extérieure Lame parallèle 16 Réfléchissant Transparent Quelconque Lame parallèle 22 Transparent Quelconque Réfléchissant Miroir 19 Réfléchissant Quelconque Réfléchissant Réfléchissant t Réfléchissant face avant l 20 % Lame parallèle 18 Quelconque Absorbant face Transparent arrière l 80 % Objectif 3 Transparent Quelconque Transparent Lame parallèle 6 Réfléchissant Quelconque Transparent La figure 2 représente une variante dans laquelle la visualisation de la caméra thermique est obtenue au moyen de diodes électroluminescentes 25 qui sont disposées symétri- quement des détecteurs 11 par rapport à une lame dichroïque 26 L'électronique 12 amplifie les signaux délivrés par les détecteurs 11 et alimente les diodes électroluminescentes 25. L'analyseur optico-mécanique 10 est traversé deux fois par le rayonnement IR à 8-12 p à l'analyse et par le rayonnement visible émis par les diodes électroluminescentes à la visualisation L'image restituée par les diodes est exacte- ment superposée à l'image infra-rouge de l'objectif 9 Le col- limateur 14 projette cette image restituée à l'infini. La lame dichroique 27 est identique à la lame 26 elle réfléchit l'infra-rouge et la bande 2 à 2,5 p et trans- met le visible. La figure 3 représente une variante de la lunette de visée 1 avec deux réticules projetés 4 pour le visible et 5 pour la bande 2 à 2,5 pm On éclaire soit l'un, soit l'autre de façon à n'avoir qu'un seul réticule visible dans le champ de la lunette de visée En fonctionnement de jour, on éclaire le réticule 4 tandis qu'en fonctionnement de nuit avec la ca- méra thermique, on éclaire le réticule 5. Le résidu de chromatisme longitudinal entre les bandes 2 et 10 lm ou entre les bandes visible et 2 p peut être compensé par construction de la lunette de visée en décalant axialement le réticule 5 Le collimateur n'est plus alors exactement focalisé à l'infini pour compenser le chromatisme. La précision de ce procédé d'harmonisation n'est pas altérée par cette correction. REVENDICATIONS 1 Procédé d'harmonisation entre l'axe d'une lunette de visée comportant un objectif, un premier réticule et un oculaire et celui d'une caméra thermique possédant plusieurs champs, et comportant un objectif infrarouge, un système de balayage optico-mécanique, un détecteur infra-rouge et un sys- tème de visualisation des signaux électriques délivrés par le- dit détecteur, caractérisé en ce que ladite lunette de visée est aussi un collimateur d'harmonisation qui projette dans la caméra thermique un faisceau, de longueur d'onde extérieure au spectre visible, issu d'un second réticule après réflexions successives sur les faces d'un trièdre trirectangle assurant le parallélisme rigoureux du faisceau incident suivant l'axe optique de la lunette et du faisceau émergent suivant l'axe optique de la caméra, ladite longueur d'onde étant environ cinq fois plus courte que la longueur d'onde moyenne de la bande principale de la caméra pour obtenir une résolution du réticule projeté comparable à la résolution limite de la camé- ra dans ladite bande avec un faisceau utile égal au cinquième du diamètre de l'optique infra-rouge. 2 Procédé d'harmonisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second réticule du collimateur d'harmonisation est éclairé par une source émettant un rayon- nement à ladite longueur d'onde extérieure au spectre visible et disposé à l'intérieur de la lunette de visée, symétrique dudit premier réticule dans une lame dichroïque inclinée de 450 sur l'axe optique de la lunette entre l'objectif et le premier réticule, transparente pour le visible et réfléchis- sant le faisceau infra-rouge issu de ladite source. 3 Procédé d'harmonisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit trièdre trirectangle est constitué par une première lame à faces parallèles disposée à l'avant dudit objectif infra-rouge et inclinée de 45 sur son axe et par un dièdre disposé à l'avant dudit objectif de la lunette et comportant un miroir plan et une seconde lame à faces pa- rallèles sur la face arrière de laquelle se trouve déposé un filtre pour arrêter le rayonnement dudit collimateur vers l'extérieur, l'arête dudit dièdre étant perpendiculaire au plan de ladite première lame à faces parallèles, lesdits mi- roir plan et lames à faces parallèles étant réalisés en un ma- tériau réfléchissant pour ladite longueur d'onde extérieure au spectre visible et le tout formant un ensemble indéformable dans toutes les conditions d'environnement. 4 Procédé d'harmonisation selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit système de visualisation des signaux électriques délivrés par le détecteur est constitué par un ensemble électronique de traitement desdits signaux re- lié à un tube cathodique extérieur sur lequel la cible et le- dit second réticule sont visualisés, ou à un tube cathodique intérieur dont l'image est réinjectée dans la lunette de visée au moyen d'un collimateur et d'un autre trièdre composé d'une troisième lame à faces parallèles et dudit dièdre. Procédé d'harmonisation selon les revendications 1 à 3 dans lequel ledit système de visualisation des signaux électriques délivrés par le détecteur est obtenu au moyen de diodes électroluminescentes disposées symétriquement des dé- tecteurs par rapport à une lame dichroique et alimentées par un dispositif électronique d'amplification des signaux élec- triques émis par le détecteur et d'alimentation desdites dio- desi caractérisé en ce que le rayonnement visible émis par les diodes électroluminescentes est réinjecté dans la lunette de visée au moyen d'un collimateur et d'un autre trièdre composé d'une troisième lame à faces parallèles et dudit dièdre. 6 Procédé d'harmonisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit premier ré- ticule est avantageusement un réticule projeté.