Brevet FR3128796A1 — publié le 20230505

La présente invention concerne un dispositif de vision nocturne comprenant un corps de jumelle (100) dans lequel sont montés, le long d’un axe optique, un objectif (110), un tube intensificateur de lumière (190), un guide optique (130), et un oculaire (140), le tube intensificateur de lumière comprenant une photocathode (121), une galette de micro-canaux (122), un écran phosphore (120) destiné à fournir une image de vision nocturne et un guide optique (130) présentant une face d’entrée accolée à l’écran phosphore et une face de sortie destinée à former une image dans le plan focal de l’oculaire. Le tube intensificateur de lumière comprend en outre un afficheur (260) sous la forme d’une lame mince en verre ou d’un film mince comportant des éléments électroluminescents, la lame mince/le film mince étant disposé(e) directement sur la face de sortie du guide optique. Un module l’alimentation et de contrôle (250), logé au sein du corps du tube, en périphérie du guide optique, fournit les tensions de polarisation respectives des différents éléments du tube intensificateur de lumière et commande la luminescence des éléments électroluminescents de l’afficheur. Fig. 2A DISPOSITIF DE VISION NOCTURNE AVEC AFFICHEUR INTÉGRÉ La présente invention concerne de manière générale le domaine des dispositifs de vision nocturne utilisant un tube d’intensificateur de lumière (encore appelé intensificateur d’image). Elle s’applique notamment aux jumelles à vision nocturne (JVN). Etat de la technique antérieure Les dispositifs de vision nocturne sont généralement utilisés dans des théâtres d’opérations de faible luminosité voire d’obscurité, en environnement hostile, civil ou militaire. Ces dispositifs de vision nocturne opèrent dans le domaine spectral du visible et du proche infrarouge. La représente de manière schématique un dispositif de vision nocturne conventionnel. Celui-ci est construit à partir d’un corps de jumelle, 100, au sein duquel sont montés le long d’un axe optique, un objectif, 110, un tube intensificateur de lumière, 190, et un oculaire 140. Le tube intensificateur de lumière 190 comprend une photocathode, 121, recevant la lumière ayant traversé l’objectif, et convertissant les photons ainsi reçus en photoélectrons, une galette de micro-canaux ou MCP, 122, jouant le rôle d’un multiplicateur d’électrons en générant des électrons secondaires à partir des photoélectrons, un écran phosphore, 123, relié à une anode, convertissant le flux d’électrons secondaires en un flux lumineux. Un guide optique de sortie, 130, généralement constitué d’un bloc de verre ou d’un faisceau de fibres optiques accolé à l’écran phosphore, est destiné à former une image dans le plan focal de l’oculaire, 140. Enfin, un module d’alimentation 150 fournit les tensions d’alimentation permettant de polariser les différents éléments constitutifs du tube intensificateur de lumière. Ce module d’alimentation est relié à une batterie disposée à l’extérieur du tube en question. La capacité de concentration de l’utilisateur étant généralement entièrement mobilisée par l’observation des images amplifiées, il lui est difficile de disperser son attention sur plusieurs terminaux pour prendre en compte des informations supplémentaires (données GPS, indicateurs d’itinéraires, boussole, alertes etc.) susceptibles de les guider ou les aider dans leur mission. Afin de remédier à cette situation, il a été proposé dans le brevet US-B-11054629 d’intégrer un micro-afficheur (micro-display) dans un dispositif à vision nocturne conventionnel. Ce micro-afficheur est disposé orthogonalement à l’axe optique du tube, en aval du tube intensificateur de lumière et en amont de l’oculaire. L’image de l’afficheur de données est projetée sur une lame de verre inclinée à 45° (ou un prisme) sur l’axe optique du tube. L’image projetée est combinée avec celle reçue du tube intensificateur de lumière et l’utilisateur du dispositif perçoit alors la combinaison des deux images à travers l’oculaire. Si ce montage permet effectivement de combiner l’image d’un afficheur de données et celle d’un tube intensificateur de lumière au sein d’un même dispositif, il ne peut être obtenu par simple rénovation ( retrofit ) d’un dispositif de vision nocturne existant. En outre, l’arrangement de l’afficheur en sortie du tube n’est pas stable mécaniquement. Enfin, la présence du micro-afficheur au sein du dispositif, disposé orthogonalement à l’axe du tube, réduit par son encombrement, la surface de la pupille de sortie et, par conséquent, la taille de l’image vue à travers l’oculaire. En outre, lorsque la luminance en sortie du tube intensificateur de lumière est faible, l’utilisateur du dispositif de vision nocturne peut être ébloui par l’affichage sur l’écran de données. Il est donc nécessaire d’équilibrer l’intensité de de l’afficheur et celui du tube intensificateur. Un objet de la présente invention est par conséquent de proposer un dispositif de vision nocturne qui ne présente pas les limitations de l’état de la technique, en particulier qui puisse être équipé d’un afficheur par simple rénovation ( retrofit ), sans modification des distances focales de l’oculaire et de l’objectif, et sans altération de ses performances, notamment sans réduction de la taille des images amplifiées. Un but subsidiaire de la présente invention est de proposer un tel dispositif de vision nocturne à afficheur intégré qui maintienne un bon niveau de contraste entre l’image de vision nocturne et l’image fournie par l’afficheur. Enfin, un autre but de l’invention est de proposer un tube intensificateur de lumière de remplacement permettant de rénover ( retrofit ) un dispositif de vision nocturne conventionnel en le transformant en un dispositif de vision nocturne à afficheur intégré. Présentation de l’invention La présente invention est définie par un dispositif de vision nocturne comprenant un corps de jumelle dans lequel sont montés, le long d’un axe optique, un objectif, un tube intensificateur de lumière, et un oculaire, le tube intensificateur de lumière comprenant une photocathode destinée à recevoir la lumière ayant traversé l’objectif et à convertir les photons ainsi reçus en photoélectrons, une galette de micro-canaux destinée à multiplier les photoélectrons reçus de la photocathode en générant des électrons secondaires, un écran phosphore destiné à fournir une image de vision nocturne à partir des électrons secondaires l’impactant, un guide optique présentant une face d’entrée accolée à l’écran phosphore et une face de sortie destinée à former une image dans le plan focal de l’oculaire, le dispositif de vision nocturne étant original en ce que le tube intensificateur de lumière comprend en outre un afficheur sous la forme d’une lame mince en verre ou d’un film mince comportant des éléments électroluminescents, la lame mince/le film mince étant disposé(e) directement sur la face de sortie du guide optique, un module d’alimentation et de contrôle, logé au sein du tube intensificateur de lumière, en périphérie du guide optique, destiné à fournir les tensions de polarisation respectives de la photocathode, de l’intensificateur de lumière et de l’écran phosphore et à commander les éléments électroluminescents de l’afficheur. Le guide optique peut être constitué par un bloc en verre ou par un faisceau de fibres optiques collées entre elles. Selon un premier mode de réalisation, l’afficheur est réalisé par dépôt d’un film sur au moins une partie de la face de sortie, plane ou planarisée, le dépôt étant réalisé par une technique de dépôt de couches atomiques (ALD). Le film mince comprend avantageusement une première couche diélectrique, un film électroluminescent et une seconde couche diélectrique, l’ensemble constitué par la première couche diélectrique, le film électroluminescent et la seconde couche diélectrique étant pris en sandwich entre un premier réseau d’électrodes arrangées sous forme de colonnes et un second réseau d’électrodes transparentes organisées en lignes, orthogonal au premier. Les éléments électroluminescents peuvent typiquement se présenter sous forme de segments. Selon un second mode de réalisation, l’afficheur est réalisé par collage d’une lame de verre sur au moins une partie de la face de sortie, des segments en phosphore étant déposés sur la lame mince et adressables individuellement par des pistes conductrices. Quel que soit le mode de réalisation, selon une première variante, le module d’alimentation et de contrôle se présente sous la forme de deux unités distinctes, une première unité ayant pour fonction de fournir les hautes tensions de polarisation respectives de la photocathode, de la galette de micro-canaux et de l’écran phosphore et une seconde unité ayant pour fonction de contrôler l’afficheur. Le dispositif de vision nocturne peut comprendre en outre un module de communication relié à la seconde unité au moyen d’un bus, ledit module de communication présentant une interface radio sans fil, et fournissant des informations à afficher à la seconde unité via ledit bus, ladite première unité transmettant à la seconde unité un signal (D) de commande de la luminance des éléments électroluminescents à afficher. Dans la première variante, le dispositif de vision nocturne peut comprendre en outre un module d’alimentation alimentant en basse tension les première et seconde unités, la première unité comprenant un multiplicateur de tension pour générer lesdites hautes tensions de polarisation à partir de ladite basse tension. Dans ce cas, la première unité mesure le courant d’anode de l’écran phosphore et fournit cette mesure à la seconde unité, la seconde unité contrôlant la tension et/ou le rapport cyclique d’un signal de polarisation des éléments électroluminescents, de manière à limiter le rapport entre la luminance des éléments ainsi affichés et la luminance de l’image de vision nocturne à un niveau dans une fourchette de valeurs prédéterminées. La seconde unité contrôle avantageusement la tension et/ou le rapport cyclique du signal de polarisation des éléments électroluminescents de manière à ce que la luminance de ces derniers varie par paliers successifs, l’évolution de la luminance des éléments électroluminescents suivant avec retard l’évolution de la luminance de l’image nocturne lorsque celle-ci croit ou décroit. La seconde unité peut contrôler la tension et/ou le rapport cyclique du signal de polarisation des éléments électroluminescents de manière à ce que la luminance de ces derniers soit proportionnelle au courant d’anode filtré au moyen d’un filtre bas récursif. Quel que soit le mode de réalisation précité, dans une second variante, le module d’alimentation et de contrôle se présente sous la forme d’une unité intégrée, fournissant d’une part les hautes tensions de polarisation respectives de la photocathode, de la galette de micro-canaux et de l’écran phosphore, et contrôlant d’autre part l’afficheur. Dans ce cas, ladite unité intégrée est adaptée à contrôler la tension et/ou le rapport cyclique du signal de polarisation des éléments électroluminescents de manière à ce que la luminance de ces derniers soit proportionnelle au courant d’anode filtré au moyen d’un filtre bas récursif. L’invention concerne en outre un tube intensificateur de lumière de remplacement, destiné à rénover un dispositif de vision nocturne, ledit dispositif de vision nocturne comprenant un corps de jumelle dans lequel sont montés, le long d’un axe optique, un objectif, un tube intensificateur de lumière, et un oculaire, ledit tube intensificateur de lumière de remplacement étant destiné à remplacer le tube intensificateur de lumière et comprenant une photocathode, destinée à recevoir la lumière ayant traversé l’objectif et à convertir les photons ainsi reçus en photoélectrons, une galette de micro-canaux destinée à multiplier les photoélectrons reçus de la photocathode en générant des électrons secondaires, un écran phosphore destiné à fournir une image de vision nocturne à partir des électrons secondaires l’impactant, un guide optique présentant une face d’entrée accolée à l’écran phosphore et une face de sortie destinée à former une image dans le plan focal de l’oculaire, un afficheur sous la forme d’une lame mince en verre ou d’un film mince comportant des éléments électroluminescents, la lame mince/le film mince étant disposé(e) directement sur la face de sortie du guide optique de remplacement, ledit tube intensificateur de lumière de remplacement comprenant en outre un module l’alimentation et de contrôle destiné à être logé au sein du corps du tube, en périphérie du guide optique, et à fournir les tensions de polarisation respectives de la photocathode, de l’intensificateur de lumière et de l’écran phosphore ainsi qu’à commander les éléments électroluminescents de l’afficheur. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préférentiel de l’invention, fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles : représente, de manière schématique, un dispositif de vision nocturne connu de l’état de la technique ; représentent de manière schématique différentes variantes structurelles d’un dispositif de vision nocturne selon un mode de réalisation de l’invention ; et représentent de manière schématique deux variantes d’un dispositif de vision nocturne selon un premier mode de réalisation de l’invention ; et représentent de manière schématique deux variantes d’un dispositif de vision nocturne selon un second mode de réalisation de l’invention ; et représentent de manière schématique le principe de régulation de contraste dans un dispositif de vision nocturne, respectivement selon le premier et le second mode de réalisation de l’invention ; représente de manière schématique différents régimes de gain d’un intensificateur de lumière en fonction du niveau d’illumination en entrée ; représente de manière schématique l’asservissement du courant des segments de l’afficheur en fonction du courant d’anode d’un dispositif de vision nocturne selon un mode particulier de réalisation de l’invention. Dispositif de vision nocturne comprenant un corps de jumelle (100) dans lequel sont montés, le long d’un axe optique, un objectif (110), un tube intensificateur de lumière (190), et un oculaire (140), le tube intensificateur de lumière (190) comprenant une photocathode (121) destinée à recevoir la lumière ayant traversé l’objectif et à convertir les photons ainsi reçus en photoélectrons, une galette de micro-canaux (122) destinée à multiplier les photoélectrons reçus de la photocathode en générant des électrons secondaires, un écran phosphore (123) destiné à fournir une image de vision nocturne à partir des électrons secondaires l’impactant, un guide optique (130) présentant une face d’entrée accolée à l’écran phosphore et une face de sortie destinée à former une image dans le plan focal de l’oculaire, le dispositif de vision nocturne étant caractérisé en ce que le tube intensificateur de lumière comprend en outre un afficheur (260) sous la forme d’une lame mince en verre ou d’un film mince comportant des éléments électroluminescents, la lame mince/le film mince étant disposé(e) directement sur la face de sortie du guide optique, un module d’alimentation et de contrôle (250), logé au sein du tube intensificateur de lumière, en périphérie du guide optique, destiné à fournir les tensions de polarisation respectives de la photocathode, de l’intensificateur de lumière et de l’écran phosphore et à commander les éléments électroluminescents de l’afficheur. Dispositif de vision nocturne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide optique est constitué par un bloc en verre ou par un faisceau de fibres optiques collées entre elles. Disposition de vision nocturne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’afficheur est réalisé par dépôt d’un film sur au moins une partie de la face de sortie, plane ou planarisée, le dépôt étant réalisé par une technique de dépôt de couches atomiques (ALD). Dispositif de vision nocturne selon la revendication 3, caractérisé en ce que le film mince comprend une première couche diélectrique, un film électroluminescent et une seconde couche diélectrique, l’ensemble constitué par la première couche diélectrique, le film électroluminescent et la seconde couche diélectrique étant pris en sandwich entre un premier réseau d’électrodes arrangées sous forme de colonnes et un second réseau d’électrodes transparentes organisées en lignes, orthogonal au premier. Dispositif de vision nocturne selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments électroluminescents se présentent sous forme de segments. Dispositif de vision nocturne selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’afficheur est réalisé par collage d’une lame de verre sur au moins une partie de la face de sortie, des segments en phosphore étant déposés sur la lame mince et adressables individuellement par des pistes conductrices. Dispositif de vision nocturne selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module d’alimentation et de contrôle se présente sous la forme de deux unités distinctes (351, 352), une première unité (351) ayant pour fonction de fournir les hautes tensions de polarisation respectives de la photocathode, de la galette de micro-canaux et de l’écran phosphore et une seconde unité (352) ayant pour fonction de contrôler l’afficheur. Dispositif de vision nocturne selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un module de communication (370) relié à la seconde unité (352) au moyen d’un bus, ledit module de communication présentant une interface radio sans fil, et fournissant des informations à afficher à la seconde unité via ledit bus, ladite première unité transmettant à la seconde unité un signal (D) de commande de la luminance des éléments électroluminescents à afficher. Dispositif de vision nocturne selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un module d’alimentation (350) alimentant en basse tension les première et seconde unités, la première unité comprenant un multiplicateur de tension pour générer lesdites hautes tensions de polarisation à partir de ladite basse tension. Dispositif de vision nocturne selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première unité mesure le courant d’anode de l’écran phosphore et fournit cette mesure à la seconde unité, la seconde unité contrôlant la tension et/ou le rapport cyclique d’un signal de polarisation des éléments électroluminescents, de manière à limiter le rapport entre la luminance des éléments ainsi affichés et la luminance de l’image de vision nocturne à un niveau dans une fourchette de valeurs prédéterminées. Dispositif de vision nocturne selon la revendication 10, caractérisé en ce que la seconde unité contrôle la tension et/ou le rapport cyclique du signal de polarisation des éléments électroluminescents de manière à ce que la luminance de ces derniers varie par paliers successifs, l’évolution de la luminance des éléments électroluminescents suivant avec retard l’évolution de la luminance de l’image nocturne lorsque celle-ci croit ou décroit. Dispositif de vision nocturne selon la revendication 10, caractérisé en ce que la seconde unité contrôle la tension et/ou le rapport cyclique du signal de polarisation des éléments électroluminescents de manière à ce que la luminance de ces derniers soit proportionnelle au courant d’anode filtré au moyen d’un filtre bas récursif. Dispositif de vision nocturne selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le module d’alimentation et de contrôle se présente sous la forme d’une unité intégrée (351, 352), fournissant d’une part les hautes tensions de polarisation respectives de la photocathode, de la galette de micro-canaux et de l’écran phosphore, et contrôlant d’autre part l’afficheur. Dispositif de vision nocturne selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite unité intégrée est adaptée à contrôler la tension et/ou le rapport cyclique du signal de polarisation des éléments électroluminescents de manière à ce que la luminance de ces derniers soit proportionnelle au courant d’anode filtré au moyen d’un filtre bas récursif. Tube intensificateur de lumière de remplacement destiné à rénover un dispositif de vision nocturne, ledit dispositif de vision nocturne comprenant un corps de jumelle (100) dans lequel sont montés, le long d’un axe optique, un objectif (110), un tube intensificateur de lumière (190), et un oculaire (140), ledit tube intensificateur de lumière de remplacement étant destiné à remplacer le tube intensificateur de lumière et comprenant une photocathode (121), destinée à recevoir la lumière ayant traversé l’objectif et à convertir les photons ainsi reçus en photoélectrons, une galette de micro-canaux (122) destinée à multiplier les photoélectrons reçus de la photocathode en générant des électrons secondaires, un écran phosphore (123) destiné à fournir une image de vision nocturne à partir des électrons secondaires l’impactant, un guide optique (130) présentant une face d’entrée accolée à l’écran phosphore et une face de sortie destinée à former une image dans le plan focal de l’oculaire, un afficheur (260) sous la forme d’une lame mince en verre ou d’un film mince comportant des éléments électroluminescents, la lame mince/le film mince étant disposé(e) directement sur la face de sortie du guide optique de remplacement, ledit tube intensificateur de lumière de remplacement comprenant en outre un module l’alimentation et de contrôle (250) destiné à être logé au sein du corps du tube, en périphérie du guide optique, et à fournir les tensions de polarisation respectives de la photocathode, de l’intensificateur de lumière et de l’écran phosphore ainsi qu’à commander les éléments électroluminescents de l’afficheur.