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(11) | EP 0 165 170 A2 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Ensemble de visée optique, de désignation et de poursuite d'objectif |
| (57) L'ensemble comprend un émetteur laser (100), un localisateur (200) pour fourrier
une information écartométrique entre un cible et un projectile, un bloc de visée (300)
permettant la visée optique de la cible par un opérateur, et des moyens collimateurs
(400) permettant le centrage par ce dernier du champ de visée sur la cible. Selon l'invention, il est prévu des moyens harmonisateurs (500), par exemple un diasporamètre (501, 502) interposé entre les moyens collimateurs et le bloc de visée, pour ajuster l'orientation angulaire de la direction de collimation, de manière à faire coincider celle-ci (07 D7) avec la direction de référence (A2 B2) ou de visée (A1 B1' C1 D1)-c'est-à-dire celle correspondant à la direction réelle de désignation et de visée de la cible - et avec la direction de localisation (J3 K3) - c'est-à-dire celle sous laquelle le localisateur voit la cible désignée. |
[0001] La présente invention concerne un ensemble de visée optique, de désignation et de poursuite d'objectif.
[0002] Les ensembles de ce type permettent la désignation d'une cible au moyen d'un émetteur laser (généralement un télémètre) dont le rayonnement, généralement un rayonnement infrarouge, est dirigé par l'opérateur vers la cible que celui-ci observe et poursuit grâce à des moyens de visée optique. Plus précisément, il est prévu un collimateur apte à former une _ image visible d'un réticule matérialisant -la direction de visée, et superposé à l'image de la cible, la direction de référence (c'est-à-dire la direction de pointage du télémètre laser) devant coïncider avec la direction de visée lorsque l'image de là cible est placée au centre du réticule.
[0003] Lorsqu'un projectile est tiré sur la cible, le rayonnement de son traceur est reçu et dirigé vers un dispositif d'écartométrie (également désigné par la suite sous le nom de "moyens localisateurs"), qui reçoit également un signal représentatif de la direction de la cible, définissant ainsi pour celle-ci une - "direction de localisation" qui est celle dans laquelle le localisateur "imagine" la cible (sauf dans l'hypothèse d'un émetteur laser formant également illuminateur, le localisateur ne dispose en effet d'aucun rayonnement retourné par la cible). La position spatiale des deux informations de direction est analysée, et le localisateur en dérive un signal écartométrique représentatif de l'écart angulaire entre la direction de localisation - qui, idéalement, colncide avec la direction de la cible telle que désignée par le faisceau laser (direction de référence) - et la direction du projectile.
[0004] Ces informations pourront par la suite être utilisées pour téléguider le projectile afin de ramener sa trajectoire" en direction de la cible.
[0005] Par ailleurs, l'émetteur laser coopère généralement avec des moyens télémétriques, qui reçoivent aussi le rayonnement réfléchi par la cible, de manière à dériver un signal télémétrique de distance et, le cas échéant, de vitesse relative de la cible, à partir du temps de propagation de l'impulsion laser retournée.
[0006] L'une des difficultés rencontrées avec ce type de dispositif réside dans le réglage précis de coïncidence entre la direction de référence ou de visée (c'est-à-dire la direction réelle de la cible), la direction indiquée par le réticule du collimateur (désignée par la suite "direction de collimation" , qui est la direction apparente de la cible, telle qu'elle se présente à l'oeil de l'opérateur), et la direction de localisation,(qui est la direction fictive de la cible considérée par le localisateur).Il est en effet indispensable que, lorsque l'opérateur vise une cible, le centre de son réticule corresponde très exactement aux directions de référence et de localisation ; si cette condition n'était pas remplie, ce ne serait pas la cible visée qui serait prise en compte pour la télémétrie et l'écartométrie, mais un point voisin de celle-ci, plus ou moins éloigné.
[0007] Ce réglage, connu sous le nom d' "harmonisation", a déjà été envisagé dans la technique antérieure.
[0008] Dans le cas d'une visée par des moyens purement électroniques (projection du champ visé sur un tube cathodique analyseur ou équivalent, la cible étant automatiquement poursuivie), il est possible d'effectuer cette harmonisation par modification du balayage du tube analyseur. Une telle technique d'harmonisation est par exemple décrite dans le brevet FR-2 475 208.
[0009] L'invention concerne au contraire le cas d'une visée purement optique avec réticule, c'est-à-dire où c'est l'opérateur lui-même qui désigne la cible par centrage de son collimateur, et qui la poursuit dans son champ de vision.
[0010] Dans un tel cas, la difficulté est accrue par le fait que l'ensemble télémètre-écartomètre - qui est un ensemble électronique - et l'ensemble de visée - qui est un ensemble purement optique - forment deux blocs séparés. L'harmonisation est en général réalisée par un ajustement très fin de la position angulaire du faisceau émis par le télémètre par rapport au bloc de visée qui le transmet, ce qui suppose des moyens de réglage précis et une structure mécanique très rigide pour éviter tout désalignement ultérieur.
[0011] Pour pallier cette difficulté, l'invention propose un nouveau moyen d'harmonisation employé en combinaison avec la structure précitée, cette dernière comprenant plus précisément :
. des moyens désignateurs, aptes à émettre, selon une direction de référence, un rayonnement mohochroma- tique vers une cible désignée,
. un bloc de visée permettant l'observation de la cible par un opérateur selon une direction de visée coïncidant avec la direction de référence, et orientable de manière à modifier simultanément ces directions pour les amener sur la cible,
. des moyens collimateurs, aptes à former une image visible d'un-réticule matérialisant la direction de visée, et à émettre cette image en direction du bloc de visée, selon une direction de collimation, représentative de la direction de visée, des moyens localisateurs, aptes à recevoir d'une part, selon une direction de localisation, un signal représentatif de la direction de la cible, et d'autre part le rayonnement émis par un projectile tiré en direction de la cible, et à en comparer les directions de propagation respectives pour en dériver un signal écartométrique relatif au projectile et à la cible.
[0012] Selon l'invention, il est prévu :
des moyens harmonisateurs, interposés entre lés moyens collimateurs et le bloc de visée, aptes à ajuster l'orientation angulaire de la direction de collimation,
de manière à faire coïncider la direction-de collimation, en sortie du bloc de visée, avec les directions de référence et de visée, de manière invariante avec l'orientation du bloc de visée, . des moyens pour renvoyer vers les moyens localisateurs une partie du rayonnement émis par les moyens collimateurs, après traversée des moyens harmonisateurs, ainsi que des moyens pour, simultanément, renvoyer vers les moyens localisateurs une partie du rayonnement émis par les moyens désignateurs,
de manière que, au cours d'une phase d'étalonnage, les moyens localisateurs puissent délivrer un signal d'harmonisation représentatif de l'écart angulaire entre la direction de localisation et la direction de collimation.
[0013] Un premier avantage découlant de cet arrangement réside dans le découplage que l'on opère ainsi entre le bloc de visée, qui est un ensemble optique autonome, et l'ensemble télémètre-écartomètre-harmoni- sateur, essentiellement électronique, sans modifier pour-autant l'harmonisation de l'ensemble. L'adaptation à tout bloc de visée existant est ainsi facilitée, dans la mesure où les moyens harmonisateurs lui sont optiquement et mécaniquement extérieurs. En outre, l'interchangeabilité du bloc de visée est assurée sans difficulté.
[0014] Un second avantage réside dans la double fonction assurée par le collimateur : d'une part une fonction classique de réticule permettant à l'opérateur de centrer son champ de vision sur la cible, et d'autre part une fonction de source de référence pour assurer une harmonisation immédiate, intégrée au-dispositif. C'est en effet l'image du réticule renvoyée vers le localisateur qui définit la "direction de localisation" précitée.
[0015] On notera par ailleurs que cette harmonisation peut s'effectuer à tout moment, en l'absence de cible et sans nécessiter aucun retour du faisceau laser.
[0016] Avantageusement, on peut prévoir des moyens d'asservissement, pour commander les moyens harmonisateurs de manière à annuler le signal d'harmonisation délivré par les moyens localisateurs.
[0017] De préférence, les moyens harmonisateurs comportent un diasporamètre interposé sur le trajet optique des rayons lumineux en sortie des moyens collimateurs.
[0018] Par ailleurs, la partie du rayonnement émis par les moyens collimateurs et renvoyé vers les moyens localisateurs est de préférence formée par l'image d'une paire de points sources, d'écartement prédéterminé, permettant en outre, au cours de la phase d'étalonnage, un ajustement du facteur de proportionnalité des moyens localisateurs.
[0019] De préférence également, le rayonnement des moyens illuminateurs et celui des points sources du collimateur sont compris dans une bande spectrale non visible par l'opérateur, l'image du réticule étant par contre rayonnée dans une bande spectrale visible.
[0020] Les deux fonctions précitées remplies par les moyens collimateurs le sont ainsi dans deux bandes spectrales différentes : harmonisation dans la bande infrarouge invisible, correspondant d'ailleurs -à: la bande d'émission du laser et à la meilleure sensibilité des moyens localisateurs ; et formation d'un réticule de visée en lumière visible, ne risquant donc pas d'interférer sur le processus d'harmonisation.
[0021] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence à la figure unique annexée, qui illustre schématiquement un mode de réalisation de l'invention.
[0022] Sur cette figure, on a représenté un émetteur laser 100, par exemple un télémètre laser délivrant un signal télémètrique ST, un ensemble localisateur 200, apte à fournir un signal écartométrique SE, un bloc de visée 300 qui constitue un invariant optique, un collimateur 400 permettant la formation du réticule et des points sources, ainsi que des moyens d'harmonisation 500.
[0023] Le télémètre 100, muni de son groupe optique afocal 110, comprend une fenêtre de sortie 111 pour l'émission du faisceau monochromatique, et une fenêtre d'entrée 112 pour l'analyse de ce même faisceau après sa réflexion sur la cible.
[0024] Le module localisateur 200 comprend une fenêtre d'entrée 210, qui permet à deux rayonnements d'illuminer un tube cathodique analyseur d'image, ou un dispositif équivalent (par exemple un dispositif à transfert de charges). Le circuit de calcul 220 de l'écartomètre détermine alors, à partir de ces informations, l'écart angulaire des directions de propagation des deux rayonnements frappant la fenêtre 210.
[0025] Le bloc de visée 300 est, dans l'exemple représenté, un viseur périscopique comprenant un bâti 310 surmonté par un capot pivotant 320 supportant un miroir gyrostabilisé 370. Le capot et le miroir sont asservis de manière à se déplacer ensemble sur commande de l'opérateur.
[0026] Le bloc de visée comporte une fenêtre de sortie 330 transmettant l'image visible de la cible vers l'opérateur, et située face à une autre fenêtre 340 transmettant également à l'opérateur, en superposition, l'image du réticule formée par le collimateur 400. Une fenêtre 350, en partie inférieure, permet la. transmission du rayonnement (infrarouge) émis par le télémètre 100, ainsi que du rayonnement émis par le traceur du projectile vers le localisateur 200.
[0027] Le bloc de visée loge un prisme séparateur 360 permettant la répartition ou le regroupement des différents rayonnements entre les fenêtres du viseur.
[0028] Plus précisément, on a représenté les trajets optiques suivants :
image visible de la cible retransmise à l'opérateur : trajet A1 B1 C1 D1 (le point C1 correspond à une réflexion sur une face dichroïque 361 réfléchissant le rayonnement visible, mais laissant passer le rayonnement infrarouge).
. faisceau monochromatique émis par le télémètre 110 vers la cible : trajet E2 F2 G2 B2 A2; les lignes A1 B1 (direction de visée) et A2 B2 (direction de référence) ont été représentées distinctes pour la clarté de la figure, mais elles coïncident en réalité, tout comme la direction A4 B4 (direction en retour laser), comme il sera expliqué par la suite.
. réception du faisceau réfléchi par la cible consécutivement à l'émission laser du télémètre : trajets A4 B4 G4 F4 E4 (retour vers la fenêtre 112 du télémètre).
[0029] L'ensemble séparateur-déviateur formé par le miroir dichroïque semi-réfléchissant 230 et le prisme 240 est supporté par un corps unique 250 qui permet un alignement parfait de ses différents éléments optiques, qui sont les éléments optiques associés à l'ensemble télémètre-localisateur, indépendamment de l'optique du bloc de visée proprement dit. On dispose ainsi d'un sous-ensemble interchangeable qui se comporte en invariant optique et ne nécessite donc pas de mise en place rigoureuse par rapport aux détecteurs électroniques (télémètre et localisateur).
[0030] Ce sous-ensemble comprend également un rétro- réflecteur 540, un atténuateur 530, ainsi qu'une équerre optique 520 servant à l'harmonisation, et dont le rôle sera décrit plus bas.
[0031] rayonnement émis par le traceur du projectile tiré sur la cible : trajet A5 B5 G5 F5 J5 F5. D'après l'écartement entre les points K6 (rayonnement en provenance du collimateur) et K5 (projectile tiré), le localisateur pourra élaborer un signal écartométrique relatif au projectile et à la cible.
[0032] Les moyens collimateurs 400 ont, comme indiqué plus haut, une double fonction de formation d'un réticule de tir en lumière visible et d'émission d'au moins un point source pour l'harmonisation, en lumière infrarouge. Ces deux éléments sont matérialisés par construction sur le même verre réticule 422, toutefois ils rayonnent dans des bandes spectrales différentes : l'éclairage visible est réalisé par un éclairage à lampe halogène 410, filtre anti-calorique et de forme spectrale 411 et condenseur 412. Par contre, l'éclairage des points du réticule servant à l'harmonisation est réalisé par une diode électroluminescente 420 dont la lumière infrarouge est amenée jusqu'à la zone correspondante du réticule par un réseau à fibres optiques 421. Enfin, un objectif 430 est placé en sortie du collimateur.
[0033] Les moyens harmonisateurs 500 sont constitués d'un diasporamètre, situé en sortie du collimateur, qui permet de légèrement dévier les rayons lumineux issus de ce dernier pour les rendre parallèles à l'axe d'émission du faisceau laser. Il est constitué par deux prismes 501, 502 d'angle au sommet très faible, mus chacun par un moteur électrique 511, 512 sous. commande d'un asservissement 550, et en fonction d'un signal d'harmonisation (SH) délivré par le localisateur pendant une phase préalable de réglage.
[0034] L'harmonisation met en jeu les trajets optiques suivants :
. prélèvement d'une fraction très faible (moins de 1 ppm) du rayonnement laser émis par l'illuminateur : trajet E2 F2 H3 I3 J3 K3' par réflexion sur le coin de cube 540 via l'atténuateur 530. On dispose ainsi sur le localisateur d'un point K3 représentatif de la direction de référence.
image des points de référence émis en lumière infrarouge par le collimateur 400 : trajet L6 M6 N6 F6 J6 K6, par l'intermédiaire de l'équerre optique 520. On dispose ainsi d'un second point K6 sur le localisateur, représentatif de la direction de collimation, puisque le signal est prélevé en sortie du diasporamètre 500.
. réticule visible renvoyé vers l'opérateur : trajet L7 O7 D7. On notera - et c'est là l'une des caractéristiques essentielles de l'invention - que, dans la mesure où le verre réticule 422 est unique et où le rayonnement pour l'harmonisation est prélevé en sortie du diasporamètre, tout variation angulaire de la direction O7 D7 (c'est-à-dire de la direction apparente de visée) se traduira par une modification simultanée de la direction J6 K6.
[0035] Il suffit alors de régler le diasporamètre pour que les points K6 et K3 soient confondus, c'est-à-dire en d'autres termes que la direction O7 D7 (direction apparente de visée) et C1 D (direction réelle de visée ou de référence) coïncident.
[0036] Ce réglage peut être effectué automatiquement par un asservissement 550 commandant les moteurs 511 et 512 du diasporamètre, de manière à annuler un signal d'harmonisation SH délivré par le localisateur.
[0037] On notera que les trajets optiques repérés avec des lettres portant les indices 3 et 6, qui sont ceux qui permettent l'harmonisation, sont entièrement internes à l'appareil - ils ne nécessitent donc pas l'illumination d'une cible étalon pour l'opération d'harmonisation - , et ne traversent jamais le bloc optique 300 - celui-ci est donc un invariant optique extérieur au système, ce qui assure une parfaite interchangeabilité.
. des moyens désignateurs (100), aptes à émettre, selon une direction de référence (E2 G2, B2 A2 ), un rayonnement monochromatique vers une cible désignée,
. un bloc de visée (300) permettant l'observation de la cible par un opérateur selon une direction de visée (A1 B1, C1 D1) coïncidant avec la direction de référence (A2 B2), et orientable de manière à modifier simultanément ces directions pour les amener sur la cible,
. des moyens collimateurs (400), aptes à former une image visible d'un réticule (422) matérialisant la direction de visée, et à émettre cette image en direction du bloc de visée, selon une direction de collimation (07 D7), représentative de la direction de visée (C1 D1 ) ,
. des moyens localisateurs (200), aptes à recevoir d'une part (K3), selon une direction de localisation, un signal représentatif de la direction de la cible, et d'autre part (K5) le rayonnement émis par un projectile tiré en direction de la cible, et à en comparer les directions de propagation (J3 K3 ; J5 . K5) respectives pour en dériver un signal écartométrique (SE) relatif au projectile et à la cible, caractérisé en ce qu'il comporte en outre :
. des moyens harmonisateurs (500), interposés entre les moyens collimateurs et le bloc de visée, aptes à ajuster l'orientation angulaire de la direction de collimation,
de manière à faire coincider la direction de collimation (O7 D7), en sortie du bloc de visée, avec les directions de référence (A2 B2) et de visée (A1 B1' C1 D1)' de manière invariante avec l'orientation du bloc de visée,
. des moyens (520) pour renvoyer vers les moyens localisateurs (200) une partie du rayonnement émis par les moyens collimateurs, après traversée des moyens harmonisateurs (500), ainsi que des moyens (230, 530, 540, 240) pour, simultanément, renvoyer vers les moyens localisateurs une partie du rayonnement émis par les moyens désignateurs,
de manière que, au cours d'une phase d'étalonnage, les moyens localisateurs puissent délivrer un signal d'harmonisation .(SH) représentatif de l'écart angulaire entre la direction de localisation et la direction de collimation.