Brevet FR3130954A1 — publié le 20230623

Viseur pour système de tir La présente invention concerne un viseur (10) pour système de tir (14), comprenant : un écran transparent (20) propre à afficher une image, et un dispositif optique (22) catadioptrique propre à collimater un faisceau lumineux incident, en provenance de l’image affichée sur l’écran transparent (20), dans une fenêtre de visée en superposition de la vision directe d’une scène. Figure pour l'abrégé : 1 Viseur pour système de tir La présente invention concerne un viseur pour système de tir. La présente invention concerne aussi un ensemble de tir comprenant un système de tir et un tel viseur. Lors de ses missions de terrain avec armement, le fantassin est amené à utiliser des dispositifs d’aide au tir, tels que des viseurs ou lunettes de tir, pour l’aider à effectuer une visée précise. A cet effet, il est connu des solutions de visée de type viseur clair, aussi appelé viseur réflex. Un viseur clair est un ensemble optique permettant de superposer une image sur une scène observée. L’image est, par exemple, un symbole, un point lumineux ou encore une image thermique. Classiquement, un viseur clair renvoie à l’infini l’image issue d’un afficheur et la superpose sur la scène observée au travers du viseur. Un tel viseur comprend généralement des lentilles, des lames et des miroirs de renvoi. Toutefois, de tels viseurs clairs présentent généralement soit un champ de projection d’images réduit, soit une pupille de sortie de dimensions restreintes, soit sont volumineux. Or, un champ de projection réduit est problématique pour projeter des images ayant un champ plus grand qu’un point ou un réticule de visée. De plus, une petite pupille de sortie nuit au confort de la visée. Les viseurs volumineux sont notamment dus à un excentrement des optiques du viseur, ce qui permet d’augmenter le champ de projection d’images mais génère de l’encombrement et diminue la qualité optique (aberrations). Il existe donc un besoin pour une solution de viseur clair permettant la projection d’images plus grand champ qu’un simple réticule de visée, tout en étant compact et avec un bon confort de visée. A cet effet, la présente description a pour objet un viseur dans lequel le dispositif optique comprend : une première unité optique propre à collimater un faisceau lumineux incident, en provenance de l’image affichée, la première unité optique ayant une puissance optique, et une deuxième unité optique propre à compenser la puissance de la première unité optique pour la vision directe de la scène. Suivant des modes de mise en œuvre particuliers, le viseur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le dispositif optique comprend : une première unité optique propre à collimater un faisceau lumineux incident, en provenance de l’image affichée, la première unité optique ayant une puissance optique, et une deuxième unité optique propre à compenser la puissance de la première unité optique pour la vision directe de la scène ; - la première unité optique comprend un miroir semi-réfléchissant propre, d’une part, à réfléchir et collimater le faisceau lumineux incident en provenance de l’image affichée et, d’autre part, à transmettre le faisceau lumineux résultant de la vision directe de la scène ; - le miroir semi-réfléchissant est un miroir de Mangin ; - le miroir de Mangin est formé d’un doublet comprenant une lentille divergente accolée à une lentille convergente ; - la deuxième unité optique est une contreforme comprenant seulement des dioptres ; - le dispositif optique est centré sur un axe optique, l’écran transparent étant centré sur l’axe optique du dispositif optique ; - le dispositif optique présente une pupille de sortie, les dimensions de la pupille de sortie étant supérieures ou égale à 30 mm de diamètre lorsque la pupille de sortie est circulaire, et supérieure ou égale à 30 mm de longueur et 30 mm de largeur lorsque la pupille de sortie est rectangulaire ; - le viseur est dépourvu d’élément ayant une puissance optique entre l’écran transparent et la fenêtre de visée. La présente description porte aussi sur un ensemble de tir comprenant un système de tir et un viseur tel que décrit précédemment. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l’invention, donnés à titre d’exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : , , une représentation schématique d’un ensemble comprenant un viseur et un système de tir, , , le viseur de la sur lequel les rayons lumineux en provenance d’une image affichée sur un écran transparent du viseur ont été représentés, et , , le viseur de la sur lequel les rayons lumineux en provenance de la vision directe d’une scène et arrivant dans l’œil d’un observateur ont été représentés. Un viseur 10 et un système de tir 14 sont illustrés par la . Le système de tir 14 est propre à tirer des projectiles, tels que des balles. Le système de tir 14 est, par exemple, une arme telle qu’une arme de poing ou un fusil. Le système de tir 14 présente un axe de tir, aussi appelé axe canon. Le viseur 10 est propre à aider la visée d’un utilisateur du système de tir 14. Par exemple, le viseur 10 est propre à afficher des indications relatives au point d’impact anticipé d’un projectile tiré par le système de tir 14 ou des informations additionnelles relatives à la scène observée par l’utilisateur en vision directe (par exemple affichage d’images thermiques en superposition de la vision directe de la scène). La scène est la portion d’espace dans le champ de vision d’un utilisateur du viseur 10. Le viseur 10 est un viseur dit clair ou reflex, c’est-à-dire un viseur au travers duquel une scène est observable en vision directe dans une fenêtre de visée. En d’autres termes, une image de la scène est renvoyée à l’infini dans une fenêtre de visée visualisable par l’utilisateur. La fenêtre de visée définit l’ensemble des directions de regard d’un utilisateur pour lesquelles la scène est vue en vision directe. Comme illustré par les figures 1 à 3, le viseur 10 comprend un écran transparent 20 et un dispositif optique 22. L’écran transparent 20 est propre à afficher des images. Les images sont, par exemple, des images d’un indicateur de visée, tel qu’un point ou un réticule de visée, ou encore des informations complémentaires, par exemple des images thermiques (domaine spectral 8 µm-12 µm) de la scène qui viennent se superposer à la vision directe. Par le terme « écran transparent », il est entendu un écran permettant à un utilisateur de voir ce qui est affiché sur l’écran tout en étant capable de voir au travers de l’écran. La lumière environnante traverse donc l’écran. L’écran transparent 20 est par exemple un écran OLED (de l’anglais « Organic Light Emitting Diode » traduit en français par « Diode Electroluminescente Organique »). Dans l’exemple illustré par les figures 1 à 3, l’écran transparent 20 est disposé de sorte que le faisceau lumineux issu de l’image affichée sur l’écran transparent 20 soit dirigé dans le sens opposé au sens d’arrivée du faisceau résultant de la vision directe de la scène. En d’autres termes, l’image affichée par l’écran transparent 20 n’est pas visible directement par un observateur regardant dans la fenêtre de visée, elle l’est uniquement une fois réfléchie à l’infini. Optionnellement, comme illustré par les figures 1 à 3, l’écran transparent 20 est disposé sur un support transparent 23, tel qu’une lame de verre. Cela permet de protéger l’écran transparent 20. Le dispositif optique 22 est propre à collimater un faisceau lumineux incident, en provenance de l’image affichée sur l’écran transparent 20, dans la fenêtre de visée en superposition de la vision directe d’une scène. Par le terme « collimater » relativement à un faisceau lumineux, il est entendu que les rayons lumineux formant le faisceau sont quasiment parallèles quand ils se propagent. Les rayons lumineux d’un faisceau collimaté sont, ainsi, renvoyés à l’infini. Le dispositif optique 22 est un dispositif catadioptrique. Un dispositif catadioptrique est un dispositif comprenant au moins une surface réfringente et au moins une surface réfléchissante. De préférence, le dispositif optique 22 est un système centré sur un axe optique, c’est-à-dire que l’ensemble des optiques du dispositif optique 22 ont une symétrie de révolution centrée sur l’axe optique du dispositif optique 22. Dans ce cas, de préférence, l’écran transparent 20 est centré sur l’axe optique du dispositif optique 22. En variante, lorsque le centre de l’écran transparent 20 est décalé de l’axe optique du dispositif optique 22, le dispositif optique 22 n’est pas nécessairement un système centré et comprend par exemples des optiques utilisant la technologie FreeForm, également appelées verres numériques. Dans ce cas, le décalage de l’écran transparent 20 est tel que l’écran transparent est sur le trajet du faisceau lumineux collimaté dans la fenêtre de visée. De préférence, le nombre d’optiques formant le dispositif optique 22 est inférieur ou égal à cinq. Cela permet de limiter le poids et l’encombrement du dispositif optique 22 et donc du viseur 10. Le dispositif optique 22 présente une pupille de sortie. Par exemple, comme illustré par la , la pupille de sortie est délimitée par un diaphragme 50. De préférence, les dimensions de la pupille de sortie sont supérieures ou égales à 30 mm, de préférence supérieures ou égale à 40 mm, de diamètre lorsque la pupille de sortie est circulaire. De préférence, les dimensions de la pupille de sortie sont supérieures ou égales à 30 mm de longueur et 30 mm de largeur, de préférence supérieures ou égales à 40 mm de longueur et 40 mm de largeur, lorsque la pupille de sortie est rectangulaire. Comme illustré par les figures 1 à 3, le dispositif optique 22 comprend une première unité optique 30 et une deuxième unité optique 32. La première unité optique 30 est propre à collimater le faisceau lumineux incident, en provenance de l’image affichée sur l’écran transparent 20. Plus précisément, la première unité optique 30 est propre à réfléchir à l’infini le faisceau lumineux en provenance de l’image affichée. La première unité optique 30 a une puissance optique, dite première puissance optique (non nulle). La puissance optique d’un système est le rapport de l’angle sous lequel l’œil voit l’image d’un objet en sortie du système sur la taille de l’objet. L’ensemble formé de l’écran transparent 20 et de la première unité optique 30 forme une voie de projection de l’image affichée sur l’écran transparent 20, dans la direction de regard d’un utilisateur (fenêtre de visée). Dans un exemple de mise en œuvre, la première unité optique 30 comprend un miroir semi-réfléchissant 35. Par le terme « miroir semi-réfléchissant », il est entendu un miroir propre à réfléchir un faisceau lumineux arrivant sur l’une de ces faces (face réfléchissante) et à transmettre un faisceau lumineux arrivant sur la face opposée (face non réfléchissante). Le miroir semi-réfléchissant 35 est propre à, d’une part, réfléchir et collimater le faisceau lumineux incident en provenance de l’image affichée et, d’autre part, à transmettre le faisceau lumineux résultant de la vision directe de la scène. Le traitement semi-réfléchissant est, par exemple, de type 50 % en réflexion et 50 % en transmission, sur le spectre visible mais pourrait être d’un autre type afin de favoriser la luminance de l’écran perçue par rapport à la luminance de la scène. En variante, le traitement semi-réfléchissant est de type dichroïque 100% en réflexion, passe haut, ou passe-bande, centré sur le spectre d’émission de l’écran lorsque l’écran est monochrome (rouge par exemple). De préférence comme illustré par les figures 1 à 3, le miroir semi-réfléchissant 35 est un miroir de Mangin. Un miroir de Mangin est une lentille ou un ensemble de lentilles formant un ménisque négatif avec un traitement réfléchissant ou semi-réfléchissant (dans le cas d’espèce) sur la face arrière de la lentille (la dernière) formant un miroir courbé qui réfléchit la lumière sans aberration sphérique. Une lentille à ménisque négatif a une surface concave plus raide et est plus mince au centre qu’à la périphérie. L’utilisation d’un miroir de Mangin permet de faciliter la correction d’aberrations sur un champ plus large qu’un miroir. De préférence, comme illustré par les figures 1 à 3, le miroir de Mangin est un doublet formé d’une lentille divergente 37 (d’indice peu dispersif) et d’une lentille convergente 38 (d’indice dispersif) comprenant un traitement semi-réfléchissant sur la surface de la lentille convergente, non accolée à la lentille divergente 38. Un tel doublet permet notamment de corriger le chromatisme en cas d’utilisation d’un écran large bande spectrale. La deuxième unité optique 32 est choisie de sorte à compenser la première puissance optique pour la vision directe de la scène et de faire, ainsi, en sorte que la puissance optique en traversée directe soit nulle. La première unité optique 30 et la deuxième unité optique 32 forment, ainsi, une voie de vision directe de la scène. La deuxième unité optique 32 a une puissance optique, dite deuxième puissance optique. La deuxième puissance optique est, ainsi, opposée à la première puissance optique. Cela permet ainsi de renvoyer la lumière issue de la scène à l’infini pour qu’elle soit visualisable en vision directe par l’utilisateur. La deuxième unité optique 32 est une contreforme, c’est-à-dire un ensemble optique dont la forme s’accouple à la forme de la première unité optique 30. De préférence, la deuxième unité optique 32 comprend seulement des dioptres. Dans l’exemple illustré par les figures 1 à 3, la deuxième unité optique 32 est formée d’un doublet d’une lentille convergente 38 et d’une lentille divergente 40. La lentille convergente 38 est accolée à la surface semi-réfléchissante du miroir de Mangin. En variante facultative, l’éloignement de la contreforme par rapport au miroir de Mangin est ajusté pour introduire un grossissement optique sur la voie en vision directe. La première puissance optique est alors compensée seulement en partie. De préférence, les optiques du dispositif optique 22 sont des optiques asphériques. Ce qui permet de limiter les aberrations. Par exemple, les coefficients d’asphéricité sont calculés de sorte à réduire au moins l’un de : la distorsion sur la voie de projection, la distorsion sur la voie directe, la parallaxe de la voie de projection et notamment sur le champ de projection du réticule de visée lorsque l’œil explore la pupille de sortie du dispositif et la parallaxe entre la voie directe et la voie de projection, notamment sur le champ de projection du réticule de visée. De préférence, le viseur 10 est dépourvu d’élément ayant une puissance optique (i.e. une puissance optique non nulle) entre l’écran transparent 20 et la fenêtre de visée, c’est-à-dire du côté de l’écran transparent à l’opposé de la première unité optique 30. Le fonctionnement du viseur 10 va maintenant être décrit en référence notamment aux figures 2 et 3. Il sera compris que les figures 2 et 3 décomposent le trajet de la lumière sur la voie de projection d’une part, et sur la voie de vision directe d’autre part. Néanmoins, en conditions de fonctionnement, l’ensemble des faisceaux lumineux des figures 2 et 3 sont superposés. En particulier, la illustre les rayons lumineux issus de l’image affichée sur l’écran transparent 20. Comme visible sur cette , le faisceau lumineux issu de l’écran transparent 20 est réfléchi sur la surface semi-réfléchissante de la première unité optique 30 et renvoyé à l’infini dans la vision directe. Comme illustré sur la , du fait que l’écran est un écran transparent 20, la vision directe de l’utilisateur n’en est pas affectée. Ainsi, le viseur 10 décrit précédemment permet en utilisant un écran transparent 20 d’obtenir une architecture de viseur clair avec un compromis amélioré pour la compacité, le diamètre de pupille et le champ de projection d’images. Notamment, l’utilisation d’un écran transparent 20 permet de proposer une optique en ligne par opposition aux optiques hors d’axe dont la correction des aberrations est plus complexe. Le viseur 10 proposé est simple à réaliser et présente un nombre de composants réduit par rapport aux solutions de l’état de la technique. Un tel viseur 10 présente aussi une compacité accrue par rapport à de telles solutions tout en proposant un diamètre de pupille de sortie plus important. Notamment, le diamètre de pupille peut être augmenté d’un facteur deux par rapport aux architectures de l’état de la technique. Ainsi, il est possible d’obtenir des dimensions de pupilles de l’ordre de 40 mm à 50 mm. L’homme du métier comprendra que les modes de réalisation et variantes précédemment décrits peuvent être combinés pour former de nouveaux modes de réalisation pourvu qu’ils soient compatibles techniquement. Viseur (10) pour système de tir (14), comprenant : un écran transparent (20) propre à afficher une image, et un dispositif optique (22) catadioptrique propre à collimater un faisceau lumineux incident, en provenance de l’image affichée sur l’écran transparent (20), dans une fenêtre de visée en superposition de la vision directe d’une scène. Viseur (10) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif optique (22) comprend : une première unité optique (30) propre à collimater un faisceau lumineux incident, en provenance de l’image affichée, la première unité optique (30) ayant une puissance optique, et une deuxième unité optique (32) propre à compenser la puissance de la première unité optique (30) pour la vision directe de la scène. Viseur (10) selon la revendication 2, dans lequel la première unité optique (30) comprend un miroir semi-réfléchissant (35) propre, d’une part, à réfléchir et collimater le faisceau lumineux incident en provenance de l’image affichée et, d’autre part, à transmettre le faisceau lumineux résultant de la vision directe de la scène. Viseur (10) selon la revendication 3, dans lequel le miroir semi-réfléchissant (35) est un miroir de Mangin. Viseur (10) selon la revendication 4, dans lequel le miroir de Mangin est formé d’un doublet comprenant une lentille divergente (37) accolée à une lentille convergente (38). Viseur (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel la deuxième unité optique (32) est une contreforme comprenant seulement des dioptres. Viseur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif optique (22) est centré sur un axe optique, l’écran transparent (20) étant centré sur l’axe optique du dispositif optique (22). Viseur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif optique (22) présente une pupille de sortie, les dimensions de la pupille de sortie étant supérieures ou égale à 30 mm de diamètre lorsque la pupille de sortie est circulaire, et supérieure ou égale à 30 mm de longueur et 30 mm de largeur lorsque la pupille de sortie est rectangulaire. Viseur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le viseur (10) est dépourvu d’élément ayant une puissance optique entre l’écran transparent (20) et la fenêtre de visée. Ensemble de tir comprenant un système de tir (14) et un viseur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.