Brevet FR2727527A1 — publié le 19960531

i Systèmes de chanqement de champs optiques multiples. La présente invention se rapporte à un dispositif de changement de champ optique multiple et en particulier, bien que non obligatoirement, & des télescopes optiques comportant des mécanismes à lentilles interchangeables permettant de faire varier le degré de grossissement et la largeur du champ optique. De nombreux télescopes optiques doivent fonction- ner en mode de grossissement variable pour permettre une variation entre un mode à faible grossissement, large champ optique et un mode à fort grossissement, champ optique étroit. Une manière judicieuse pour atteindre ce but consiste à maintenir les lentilles d'objectif et d'oculaire fixes l'une par rapport à l'autre et d'effec- tuer le changement de réglage en déplaçant les lentilles intermédiaires. Dans le cas de télescopes à objectif zoom ou à focale variable, un élément de lentille intermédiaire est déplacé le long de l'axe optique du télescope pour faire varier la focale. Cependant, ce type d'agencement n'est pas satisfaisant pour les télescopes stabilisés, par exemple les télescopes à imagerie thermique conçue pour être logés à l'intérieur d'une tête stabilisée, montée sur une suspension à la Cardan, étant donné que le mouvement de la lentille intermédiaire provoque un décalage du centre de gravité, entraînant des déséquilibres. De plus, le système risque d'être trop long lorsque des corrections doivent être apportées aux aberrations optiques. De surcroît, il est difficile d'effectuer des mouvements coulissants rapidement tout en maintenant le centrage précis de la lentille intermédiaire par rapport à l'axe optique. Pour éliminer les inconvénients décrits ci-dessus, il a été conçu des systèmes de lentilles qui ont recours à des mécanismes rotatifs équilibrés permettant de faire pivoter différentes lentilles en alignement sur l'axe optique. Un système de changement de champ optique de ce type est le téléconvertisseur ou télescope Galiléen que l'on peut faire pivoter dans l'espace à focale devant le télescope principal. Toutefois, cet agencement est insatisfaisant dans certaines circonstances étant donné que le téléconvertisseur n'est pas placé entre les lentilles de l'objectif et de l'oculaire et par conséquent le télescope est prolongé. Un télescope perfectionné fait appel à ce qui est connu, sous l'appellation de "lentille de Bravais", dont l'objet et l'image sont coïncidents au point de Bravais. Un télescope à double champ optique utilisant un agence- ment de lentilles de Bravais se présente avec l'agencement monté en rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe optique dans une position intermédiaire entre les lentil- les de l'oculaire et de l'objectif. Des télescopes à champs optiques multiples peuvent être réalisés en montant en cascade des agencements à lentilles de Bravais ou d'autres sytèmes de lentilles. Cependant, ces sytémes ne sont pas particulièrement compacts et exigent des moteurs et/ou mécanismes d'entraî- nement complexes et encombrants. Un autre but de la présente invention est d'élimi- ner ou au moins d'atténuer certains des inconvénients des télescopes à champs optiques multiples de l'art antérieur. En particulier, un but de la présente invention est de proposer un télescope à triple champ optique compact. Selon un premier aspect de la présente invention, il est proposé un dispositif de changement de champ optique multiple destiné à l'utilisation dans un système optique ayant un axe optique, le dispositif comprenant un magasin tournant disposé de façon rotative sur un axe de rotation qui se situe à un certain angle par rapport à l'axe optique autre que de 0 ou 90 degrés, et plusieurs composants optiques montés sur le magasin tournant et alignés sur certains des différents axes du magasin tournant, les axes du magasin tournant traversant des paires respectives opposées de faces de forme idoine, dans lequel le magasin tournant peut être mis en rotation autour de l'axe de rotation pour aligner sensiblement l'un quelconque des axes du magasin tournant sur l'axe optique. Les formes idoines pour l'appareil précité sont par exemple représentées par des cubes, des octaèdres, des dodécaèdres. Bien que ces formes puissent être régulières, on pense que la régularité n'est pas essentielle et que des déformations d'angle ou de proportions sont réalisa- bles tout en conservant la même topologie fondamentale. De préférence, l'angle formé entre l'axe de rotation et l'axe optique est supérieur à 10 degrés, et de façon préférable il est supérieur à 40 degrés, permet- tant de positionner les moteurs et mécanismes d'entraîne- ment pour la mise en rotation du magasin tournant de façon à ne pas interférer avec le système optique. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, les composantes X sont montées sur les faces d'un cube, le centre de chaque cube étant situé à l'ori- gine de trois axes orthogonaux. De préférence, l'axe de rotation du magasin tournant est colinéaire avec une diagonale du cube, c'est-à-dire qu'il forme un angle de 54,7 degrés avec l'axe optique de sorte que certains des axes orthogonaux peuvent être mis en pivotement pour s'aligner sur l'axe optique par des rotations successives de 120 degrés. Les composants optiques qui sont fixes par rapport à l'axe optique peuvent être logés à l'intérieur du magasin tournant de sorte que ce dernier peut être mis en rotation autour de ceux-ci. Lorsque le magasin tournant est fixé de façon rotative sur un arbre, les composants optiques fixes peuvent être attachés sur l'arbre. Les composants optiques de la présente invention peuvent être constitués par des lentilles ou autres dispositifs tels que des filtres polarisants, des miroirs, des hologrammes, etc. Le dispositif de changement peut être conçu de façon à fonctionner sur toute partie appropriée du spectre électromagnétique, par exemple dans la zone visible ou des infrarouges. Un mode de réalisation de la présente invention propose un dispositif de changement de trois champs optiques destinés à l'utilisation dans un système optique comportant un axe optique, l'appareil comprenant un magasin tournant apte à être mis en rotation autour d'un axe de rotation qui se situe à un certain angle par rapport à l'axe optique autre que 0 ou 90 degrés, et plusieurs des composants optiques montés sur le magasin tournant et alignés sur certains des trois axes sensible- ment orthogonaux, le magasin tournant pouvant être mis en rotation autour de l'axe de rotation pour s'aligner sensiblement sur l'un des trois axes orthogonaux par rapport à l'axe optique. Un second mode de réalisation de la présente invention propose un télescope optique comprenant une lentille d'oculaire et une lentille d'objectif alignée sur un axe optique et un dispositif de changement à triple champ optique selon le premier aspect supérieur de la présente invention et occupant une position intermédiaire entre la lentille d'oculaire et la lentille d'objectif, les composants optiques comprenant au moins deux paires de lentilles optiques, chaque paire étant alignée sur un axe différent parmi les axes orthogonaux et offrant un champ optique différent. Un troisième mode de réalisation de la présente invention propose un dispositif de changement de champ optique multiple destiné à l'utilisation dans un système optique comportant un axe optique, le dispositif compre- nant un magasin tournant multifaces apte à être mis en rotation autour d'un axe de rotation qui se situe à un certain angle par rapport à l'axe optique autre que 0 ou degrés, et au moins deux paires de composants optiques, chaque composant étant monté sur une face correspondante du magasin tournant en rotation avec celui-ci, les composants optiques de chaque paire définissant une voie optique pouvant être alignés sur l'axe optique par mise en rotation du magasin tournant autour de l'axe optique et au moins deux voies optiques venant se couper entre elles. Le magasin tournant pourra présenter une quelcon- que forme idoine régulière, par exemple une forme de cube, d'octaèdre ou de dodécaèdre. L'axe de rotation peut traverser les centres des faces opposées du magasin tournant ou peut traverser des sommets opposés. Pour une meilleure compréhension de la présente invention, et pour montrer la manière de sa mise en oeuvre, on va maintenant se référer à titre d'exemple aux dessins d'accompagnement dans lequel: la figure 1 montre le concept à la base du mécanisme de changement à triple champ optique; la figure 2 montre un mécanisme de changement à triple champ optique d'un télescope optique; les figures 3 et 4 montrent en coupe transversale le détail des trois champs optiques réalisables avec le mécanisme montré en coupe sur la figure 2; les figures 5 et 6 montrent en détail les trois champs optiques réalisables à partir d'un second mode de réalisation de l'invention; et les figures 7 à 9 montrent les trois champs optiques pouvant être obtenus avec un troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 1 montre le concept à la base du mécanisme de changement compact à triple champ optique. Un cube 1 (les six faces du cube étant désignées par lettres e à f montrées au niveau 2, ou à proximité, des centres de faces sur la figure 1) est monté en rotation autour d'un axe 2 qui traverse son coin arrière, supérieu- r, gauche 3 et son coin avant, inférieur, droit 4. Un axe optique fixe 5 est défini par une ligne traversant les centres à la fois de la face avant a et de la face arrière b du cube. Dans la configuration montrée sur la figure 1, l'axe optique fixe traverse les centres des faces a et b à angles droits. Si le cube est mis en rotation autour de l'axe de rotation 2 de 120 , de telle sorte que la face c constitue la face avant et la face d la face arrière, l'axe optique fixe 5 traversera les centres des faces c et d. De façon analogue, si le cube est mis en rotation de 120 supplé- mentaires, l'axe optique fixe 5 traversera à angles droits les centres des faces e et f. Les axes de coordonnées x, y, z (qui représentent trois axes orthogonaux entre eux, fixes par rapport au cube) comme le montre la figure 1, l'un quelconque de ces trois axes orthogonaux pourra être aligné sur l'axe optique fixe 5 au moyen d'une rotation appropriée autour de l'axe de rotation 2. En partant du concept montré sur la figure 1, on pourra positionner l'un quelconque des trois systèmes optiques en alignement sur l'axe optique fixe. La figure 2 montre un télescope à changement de champ optique 6 comprenant une lentille d'oculaire 7 et une lentille d'objectif 8, tous deux étant fixes par rapport à l'axe optique 9 qui traversent les centres des deux lentilles. Entre la lentille d'oculaire 7 et la lentille d'objectif 8, est positionné un magasin tournant 10 qui se présente sous forme d'un cube monté entre une paire de supports 11, 12 fixés sur le coin supérieur arrière gauche et le coin avant inférieur droit du cube. Ces supports permettent la mise en rotation du cube autour d'un axe 13 colinéaire avec une diagonale du cube et qui forme un angle 54,7360 avec l'axe optique 9. Une lentille 14 est montée dans chaque face du cube. Chaque paire de lentilles sur les faces opposées du cube est disposée de façon à fournir un niveau prédéter- miné de grossissement lorsqu'elle est alignée sur l'axe optique 9. En mettant en rotation le magasin tournant autour de l'axe de rotation 13, on pourra aligner l'une quelconque des trois paires de lentilles sur l'axe optique permettant de choisir l'un quelconque des trois modes de fonctionnement. Les figures 3 et 4 montrent le cas o le mécanisme de la figure 2 est apte à fournir des modes de grossisse- ment x15, x5 et x5/6. En particulier, la figure 3 montre les schémas des rayons pour la voie x15 (voie 1) et pour la voie x5/6 (voie 3) en juxtaposition tandis que la figure 4 montre des schémas de rayons juxtaposés pour la voie x5 (voie 2) et pour la voie x15 (voie 1). Les deux schémas de rayons dans chacune des figures 3 et 4 sont tracés à angles droits l'un par rapport à l'autre pour faire apparaître que les composants optiques 19 à 23 montés sur un magasin tournant comprenant l'une quelconque de ces trois voies n'interfèrent pas avec les faisceaux de l'une quelconque des autres voies. Les composants "fixes" du système des figures 3 et 4 comprennent une lentille d'objectif 15 et un doublet d'oculaire 16 alignés sur l'axe optique principal 17. Les composants montrés à l'intérieur du cercle hachuré 18 au centre du schéma sont montés sur le magasin tournant en rotation autour de l'axe de rotation. Le tableau suivant désigne des composants optiques avec les références numériques données sur les figures 3 et 4 et indique sur laquelle des faces du cube a à f (si l'on se réfère à la figure 1), ils sont montés: Lentille Face 19 a c 21 d 22 e 23 f La figure 2 ainsi que les figures 3 et 4, font apparaître que pour assurer la libre rotation du cube entre la lentille d'objectif et la lentille d'oculaire, la séparation entre la lentille d'objectif et la lentille d'oculaire devra simplement être légèrement supérieure à la longueur d'une diagonale du cube. Le mode de réalisa- tion montré sur les figures 2 à 4 propose par conséquent un télescope très compact à triple champ optique. On appréciera que cet agencement de magasin tournant permet d'accepter une taille maximum de composant optique pouvant être monté entre la lentille d'objectif et la lentille d'oculaire sans interférer avec les composants optiques alignés sur les autres axes orthogonaux. Par exemple, on pourra utiliser une lentille d'un diamètre égal à la longueur d'un côté du cube. Les figures 5 et 6 montrent un système dont une lentille 24 est montée à l'intérieur du magasin tournant sur l'axe de rotation qui passe le long des diagonales du magasin tournant de sorte que la lentille 24 se situe sensiblement dans un plan perpendiculaire à l'axe optique 17. Le magasin tournant (c'est-à-dire les composants à l'intérieur de l'anneau hachuré) peut par conséquent être mis en rotation autour de la lentille 24 montée centrale- ment qui demeure fixe par rapport à la lentille d'objectif et au doublet d'oculaire 16. On notera que dans le mode à fort grossissement (voie 1), aucun composant monté sur magasin tournant ne se trouve dans la voie optique. Cet agencement facilite le maintien d'une ligne de visée dans le mode de fort grossissement. Les figures 7 à 9 montrent une variante du système des figures 5 et 6 o la lentille fixe montée centralement 24 est remplacée un miroir plan fixe monté centralement selon un ordre de 45 degrés par rapport à l'axe optique. Les figures 7 à 9 montrent respectivement les voies 1 à 3 du système. Le système comprend une lentille d'objectif secondaire 26 fixée à l'extérieur par rapport à la lentille d'objectif principal 15. L'homme de l'art comprendra que différentes variantes peuvent être apportées au mode de réalisation décrit ci-dessus dans la portée de la présente invention. Par exemple, le magasin tournant peut être utilisé pour recevoir différents composants optiques, autres que des lentilles, par exemple des filtres polarisants ou des miroirs. Le mécanisme peut également être utilisé dans des systèmes optiques autres que les télescopes. On appréciera que la géométrie du magasin tournant peut s'éloigner de celle montrée sur les figures 1 et 2. Par exemple, le magasin tournant pourra être allongé ou présenter la forme d'un parallélépipède à angle droit ou encore pourra être incliné. En variante, le magasin tournant pourra avoir plus de six faces, par exemple il pourra s'agir d'un octaèdre ou d ' un dodécaèdre, permettant d'obtenir un nombre supérieur à trois changements de champs optiques. L'angle que forme l'axe de rotation avec l'axe optique pourra également s'écarter de 54,736 degrés. L'angle sera en général déterminé par la géométrie du magasin tournant mais devra se situer entre 0 et 900. REVENDICATIONS 1. Dispositif de changement de champ optique multiple destiné à l'utilisation d'un sytème optique (6) comportant un axe optique (9), le dispositif comprenant un magasin tournant (10) apte à être mis en rotation autour d'un axe de rotation (13) qui se situe à un angle par rapport à l'axe optique (9) autre que 0 ou 90 degrés, et plusieurs composants optiques (14) montés sur le magasin tournant (10) et alignés avec l'un de plusieurs axes de magasins tournants, les axes de magasins tournants traversant des paires opposées respectives de face d'une forme idoine, caractérisé en ce que le magasin tournant (10) peut être mis en rotation autour de l'axe de rotation (13) pour aligner sensiblement l'un quelconque des axes de magasin tournant avec l'axe optique (9). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'axe de rotation (13) traverse les centres de deux faces opposées de forme idoine régulière ou leurs sommets. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes et apte à offrir un dispositif de changement de trois champs optiques, caractérisé en ce que les différents composants optiques (14) sont alignés sur l'un des trois axes sensiblement orthogonaux de sorte que le magasin tournant (10) peut être mis en rotation autour de l'axe de rotation (13) pour s'aligner sensiblement sur l'un quelconque des trois axes orthogonaux avec l'axe optique (9). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle que forme l'axe de rotation (13) avec l'axe optique (9) est supérieur à 10 . 5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel l'axe de rotation (13) forme un angle supérieur à 40 par rapport à l'axe optique (9). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 3 à 5, caractérisé en ce que le magasin tournant (10) est un cube et les composants optiques (14) sont montés sur les faces du cube, le centre du cube étant situé à l'origine des trois axes orthogonaux. 7. Dispositif selon la revendication 6, dépendant de la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe de rotation (13) est colinéaire avec une diagonale du cube, de sorte que certains des axes orthogonaux peuvent être mis en pivotement pour s'aligner sur l'axe optique (9) par des rotations successives de 120 C. 8. Télescope optique comprenant une lentille d'oculaire (16) et une lentille d'objectif (15) alignées sur un axe optique (17), et un dispositif de changement à triple champ optique selon l'une quelconque des revendi- cations 3 à 7, occupant une position intermédiaire entre la lentille d'oculaire (16) et la lentille d'objectif (15), caractérisée en ce que les composants optiques (14) comprennent au moins deux paires de lentilles optiques (19 à 23), chaque paire étant alignée sur un axe différent des axes orthogonaux et assurant un champ optique différent. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, et comprenant des composants optiques (24) fixés de façon relative à l'axe optique (9, 17) et logés dans le magasin tournant (10) de sorte que ce dernier peut être mis en rotation autour des composants optiques fixes (24). 10. Dispositif selon la revendication 9, caracté- risé en ce que l'axe de rotation est défini par un arbre de magasin tournant (11, 12) et les composants optiques fixes (24) sont attachés sur l'arbre (11, 12).