EP4639254A1 - Lunette de visee ou d'observation amelioree - Google Patents

Lunette de visee ou d'observation amelioree

Info

Publication number
EP4639254A1
EP4639254A1 EP23836418.6A EP23836418A EP4639254A1 EP 4639254 A1 EP4639254 A1 EP 4639254A1 EP 23836418 A EP23836418 A EP 23836418A EP 4639254 A1 EP4639254 A1 EP 4639254A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
display
micro
light guide
eyepiece
pupil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23836418.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric DIAZ
Bruno Coumert
Antoine BERNE
Gabriel Narcy
Xavier Gonon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP4639254A1 publication Critical patent/EP4639254A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors
    • G02B23/10—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors reflecting into the field of view additional indications, e.g. from collimator
    • G02B23/105—Sighting devices with light source and collimating reflector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G1/00—Sighting devices
    • F41G1/30—Reflecting-sights specially adapted for smallarms or ordnance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G1/00—Sighting devices
    • F41G1/32—Night sights, e.g. luminescent
    • F41G1/34—Night sights, e.g. luminescent combined with light source, e.g. spot light
    • F41G1/35—Night sights, e.g. luminescent combined with light source, e.g. spot light for illuminating the target, e.g. flash lights
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/12—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices with means for image conversion or intensification
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0081—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/32—Fiducial marks and measuring scales within the optical system
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
    • G02B2027/0125—Field-of-view increase by wavefront division

Definitions

  • the field of invention is that of shooting glasses, in particular reflex viewfinders, which make it possible to superimpose a reticle on the observed scene.
  • the weapon can also include for daytime aiming a clear sight (or "reflex"), that is to say an optical assembly making it possible to superimpose on the exterior a symbol or a light point in the axis of sight.
  • This clear viewfinder can optionally be combined with a switchable magnifying lens. It may also include a laser pointer and a magnifying daytime bezel.
  • the weapon may include: a laser pointer, a light-intensifying riflescope called “IL”, an infrared riflescope called “IR”, an adapter or “Clip-on” with light intensifier or infrared positioned upstream of a daytime rifle scope, a sighting device comprising night vision binoculars associated with a clear viewfinder attached to the weapon.
  • a laser pointer a light-intensifying riflescope called “IL”
  • IR infrared riflescope
  • IR infrared riflescope
  • Clip-on with light intensifier or infrared positioned upstream of a daytime rifle scope
  • a sighting device comprising night vision binoculars associated with a clear viewfinder attached to the weapon.
  • the clear viewfinder solution is particularly appreciated because it offers good precision, while preserving a good perception of the overall situation, the clear viewfinder transmitting the landscape without magnification.
  • Aiming using a laser pointer, widely used, particularly at night, is very interesting because it allows rapid fire in dynamic combat, without requiring aligning the eye behind a viewfinder, or even supporting the weapon in extreme situations.
  • the laser pointer remains indiscreet, especially at night. Even when it is a near-infrared pointer, it is easily detectable with night vision binoculars or even with some equipment using a sensitive near-infrared camera.
  • Infrared or thermal shooting glasses have the same disadvantages but offer some significant advantages: night vision, including in total darkness, improved vision in the mists and smoke of the battlefield and above all the ability to "decamouflage" from any hot target.
  • some sighting equipment includes an IL or IR riflescope topped with a clear viewfinder.
  • the scope includes a thermal camera and a viewing device.
  • the thermal camera comprises a focusing objective 1 and a photosensitive receiver 2.
  • the display device comprises a micro-display 3 and an eyepiece 4.
  • the clear viewfinder comprises a light symbol 5 and collimation optics 6 and superposition optics (typical a separating blade) with direct vision 7.
  • FIG. 2 An improved solution is illustrated in Figure 2.
  • the same references as those in Figure 1 designate the same elements as those described in Figure 1.
  • the architecture of Figure 2 consists of combining an architecture of “advanced” reflex viewfinder with a single display 3 which is responsible for displaying everything: video stream, symbology, reticle, etc.
  • the image on the display is sent back to infinity using an eyepiece 3.
  • the fusion with the scene is done using a semi-reflecting blade 7.
  • this element allowing the superposition of the image formed by the eyepiece and the observed scene is a separator cube or a prism.
  • the reflex viewfinder with display of Figure 2 coupled to a camera 2 with light intensification or infrared thus presents real added value because it provides additional assistance for highlighting a target in difficult conditions (camouflage of the target, darkness, etc.) by compactly combining “night” and “day” vision.
  • the invention aims to overcome some of the aforementioned problems of the prior art.
  • an object of the invention is a sighting or observation telescope having a sighting or observation axis x and comprising, in a mechanical structure:
  • first video micro-display displaying an image of the exterior landscape acquired by the camera, called the first object - a first eyepiece associated with the first video micro-display and forming a first image of the first object at infinity
  • first pupil expansion light guide comprising at least two first flat and parallel faces
  • the first pupil expansion light guide being arranged optically downstream of the first eyepiece and adapted to extend a pupil of the first eyepiece in two directions of space and to superimpose the first image on the exterior landscape
  • a structure of the first pupil-expanding light guide being adapted so that a bulk of the first pupil-expanding light guide (PE1) along the x axis is less than 2 cm.
  • the first light guide with pupil expansion is arranged so as to be substantially perpendicular to the x axis.
  • a dimension along the x axis of each of the first flat and parallel faces is between 2 and 5 mm.
  • an arrangement of the first light guide with pupil expansion, of the camera, of the first eyepiece and of the first video micro-display is adapted so that a bulk of the telescope according to the x axis is less than 15 cm.
  • the first light guide with pupil expansion comprises two elementary light guides coupled so as to extend said pupil of the first eyepiece in two directions, the first elementary light guide comprising said two first flat faces and parallel and the second elementary light guide comprising two additional plane and parallel faces perpendicular to two first plane and parallel faces, and in which: a dimension along the x axis of each of the first plane and parallel faces is between 2 and 5 mm
  • the field of the first eyepiece is between 10° and 16° degrees on at least one of its axes.
  • the telescope further comprises a second video micro-display displaying a second object, a second eyepiece associated with the second video micro-display and forming a second image of the second object at infinity and a second pupil-expanding light guide comprising at least two second planar and parallel faces, the second pupil-expanding light guide being arranged optically downstream of the second eyepiece and adapted to expand a pupil of the second eyepiece in two directions of space and to superimpose the second image on the first image and on the exterior landscape.
  • the second micro-display is a micro-display with low power consumption compared to the first micro-display. Even more preferably, the second object is a red dot or a luminous symbol.
  • the glasses have a battery powering the camera, the first and second video micro-displays and a processor, said processor being configured to operate the glasses in two modes consisting of:
  • the predetermined limit corresponds to a battery life in the first operating mode of less than 1 hour of use.
  • the first micro-display emits radiation in a first spectral range and the second micro-display emits radiation in a second spectral range, separate from the first spectral range or the first and second micro-displays emit radiation in the same spectral range but presenting a crossed polarization.
  • a structure of the first and second pupil-expanding light guide is adapted so that a bulk of the first and second pupil-expanding light guide respectively along the x axis is less than 2 cm.
  • an arrangement of the first and second pupil expansion light guides, the camera, the first eyepiece and the first video micro-display, the second eyepiece and the second video micro-display is adapted so as to that the dimensions of the telescope along the x axis are less than 16 cm.
  • FIG.1 a schematic view of a riflescope of the prior art
  • FIG.2 a schematic view of a riflescope of the prior art
  • FIG.3A a perspective view of a sighting or observation telescope according to the invention
  • FIG.3B a schematic view of a sighting or observation telescope according to the invention
  • FIG.3C a sectional view of an example of the first light guide with pupil expansion of the sighting or observation telescope according to the invention
  • FIG.3D a sectional view of an example of the first light guide with pupil expansion of the sighting or observation telescope according to the invention
  • FIG.3F a sectional view of an example of the first light guide with pupil expansion of the sighting or observation telescope according to the invention
  • FIG.4 a schematic representation of one embodiment of the telescope of the invention
  • FIG.5 a schematic representation of an embodiment of the telescope of the invention
  • Figure 3A represents a perspective view of a sighting or observation telescope 10 according to the invention.
  • Figure 3B is a schematic representation along an xy plane of the elements included in the mechanical structure SM of the telescope according to the invention.
  • the telescope 10 essentially comprises two main subassemblies which are a camera C1 and a DV display device whose structure is detailed more precisely in FIG. 3B.
  • the DV display device comprises a first micro-display MA1, a first eyepiece OC1 associated with the first display MA1 and a first light guide with pupil expansion PE1. All optical and electronic components are integrated into the waterproof SM mechanical structure which protects them from the external environment and shocks.
  • This SM structure includes a mechanical fixing interface IF allowing it to be fixed on a weapon equipped with a standard interface.
  • This interface is, for example, a “Picatinny” rail or its equivalent.
  • the SM structure also includes an IC set of buttons and control elements allowing in particular the On/Off commands of the various functions of the equipment, the brightness adjustments of the first video micro-display MA1, the electronic settings and simbleautage mechanics, electronic settings for superimposing the different images generated on the exterior landscape. It can be placed on one of the two side walls of the bezel.
  • the assembly has three buttons placed on the left side of the bezel, other buttons being placed on the right side of the bezel.
  • the camera Cl is a thermal camera, comprising an infrared lens 01 operating in the spectral band located between 8 pm and 12 pm and a CPT infrared sensor sensitive in the same spectral band or between 3 and 5 ⁇ m.
  • the camera is a low light level camera using a low noise “CMOS” CPT sensor, “CMOS” being the acronym for “Complementary Metal Oxide Semiconductor » or an “EB-CMOS” sensor, an acronym for “Electro-CMOS”
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • the camera can also be a “SWIR” camera, an acronym for “Short Wave InfraRed” operating in the spectral band between 1 pm and 2 pm, capturing nocturnal light resulting from nocturnal luminescence or “night glow” and also offering decamouflage capabilities.
  • SWIR Short Wave InfraRed
  • the camera Cl comprises power supply, sensor control and image processing electronics as well as a power supply unit (not shown) receiving several batteries or a rechargeable battery pack so as to ensure its operation. autonomy which is for example placed at the rear of the telescope, on the observer's eye side.
  • the DV display device comprises the first video micro-display MA1, the first eyepiece OC1 forming an image of the first video micro-display at infinity and the electronics necessary for powering and controlling the first micro-display. display.
  • the first micro-display MA1 displays a video aiming reticle, possibly enriched with elevation correction elements or symbols or stadimetric graduations. It also displays an image of the exterior landscape acquired by the camera, called the first object. According to another embodiment, the first micro-display MA1 only displays the image of the exterior landscape acquired by the camera. [0051]
  • the first video micro-display MA1 is, for example, an “OLED” display, acronym meaning “Organic Light Emmitting Diode”, “LCD”, acronym meaning “Liquid Crystal Display”, or “LCOS”, acronym meaning “Liquid Crystal On Silicon”.
  • the display device DV further comprises the first pupil expansion light guide PE1 arranged optically downstream of the first eyepiece and adapted to extend a pupil of the first eyepiece in two directions of space and to superimpose the first image on the exterior landscape.
  • a light guide with pupil expansion PE is a component known in itself, made of a transparent material and comprises at least two flat and parallel faces FP1, FP1'. This element is usually used in head-up displays (HUD) in which it is positioned close to the eye in order to create a superposition between the exterior landscape and an image of a micro-display through an eyepiece.
  • HUD head-up displays
  • Figure 3C illustrates a sectional view of an example of an elementary light guide SG1 of the PE waveguide of the invention allowing an extension of the pupil of the first eyepiece OC1 in the z direction.
  • the elementary light guide SG1 comprises at least two flat and parallel faces FP1, FP1’.
  • the light beams F1 coming from the first micro-display MA1 and collimated by the first eyepiece OC1 enter for example into the elementary light guide through one of its side faces FP1. Entry into the guide can be done, as in the case shown, using a PR1 prism, but also with a network, which is then called an entry network.
  • the beams F1 propagate in the elementary light guide SG1 by total reflections on the parallel faces FP1, FP1' of the guide SG1 as illustrated in Figure 3C.
  • the guide SG1 of Figure 3C comprises two semi-reflective blades LR1, LR1' parallel and arranged with an angle relative to the parallel faces FP1, FP1 so as to extract part of the collimated beams F1.
  • the guide SG1 comprises a network of microstructures or microprisms which ensures the same light extraction function.
  • the guide SG1 instead of the parallel semi-reflecting blades LR1, LRT, the guide SG1 comprises a diffraction grating RD which diffracts part of the light towards the outside of the guide SG1 in the desired direction.
  • This diffraction grating RD is located on one of the two faces FP1, FP1' of the guide SG1 or the interior of the guide SG1 itself.
  • the waveguide PE1 of the invention comprises for example two elementary light guides SG1, SG2 coupled as illustrated in Figure 3F.
  • the elementary light guide SG2 comprises two flat and parallel faces (only one FPA face is visible in Figure 3F) which are substantially perpendicular to the faces FP1, FP1' of the guide SG1.
  • the PE waveguide is suitable for extending the pupil in two dimensions.
  • these two directions are the directions y and z are normal to each other and are normal to the line of sight x. This allows for a more consistent superposition of the first image on the exterior landscape.
  • the circled crosses indicate that the light propagates in a plane perpendicular to that of the leaf, in a direction parallel to the x axis.
  • the telescope 10 of the invention has a reduced bulk D tx compared to glasses of the prior art.
  • the waveguide PE1 of the invention has a structure and an arrangement such that its bulk D x along the axis of sight x is significantly less than that of the optical combination devices usually used in glasses of the prior art.
  • the optical combination devices used in the glasses of the prior art have a bulk along the x axis typically greater than 4 cm.
  • the waveguide PE1 of the invention has a structure and an arrangement such that its bulk D x along the axis of sight x is less than 2 cm, preferably less than 1 cm.
  • the inventors have identified that the tunneling effect caused by an optical combination element becomes significantly less annoying when it presents a bulk along the line of sight of less than 2 cm.
  • the DV viewing device is the most fragile part of the telescope and it must be protected via an armature (for example the metal structure SM in Figure 3A) .
  • the protective frame can also be thinner, which allows a reduction in the overall mass of the telescope of the invention.
  • the size D x is measured here taking into account the protection elements of the waveguide PE1.
  • the waveguide PE1 Due to its function of superimposing the first image and the external landscape, the waveguide PE1 is designed at least partially with transparent elements in the visible (typically the flat and parallel faces).
  • transparent we mean means here that the PE waveguide has a visible transmission greater than 90%.
  • the PE waveguide has a vertical dimension (along the y direction) of 24 mm and a horizontal dimension (along the z direction) of 30 mm.
  • the field of view is between 10° and 16° for the vertical and horizontal axis. It is preferably 14° along the horizontal axis and 10° along the vertical axis.
  • the coefficient of transmission for the MA1 micro-display is 3% and the transmission coefficient for the outdoor landscape is 90%.
  • the first micro-display emits radiation in a first spectral range having a spectral range less than or equal to 20 nm. It is then easier to design and manufacture a first guide PE1 having a high transmission in the visible for the ray coming from the external landscape and a high transmission for the beams F1 coming from the first micro-display.
  • the first light guide with pupil expansion is arranged so as to be substantially perpendicular to the x axis to minimize the bulk of the telescope.
  • this space requirement D x can for example be obtained by selecting:
  • an arrangement of the first pupil expansion light guide PE1, of the camera Cl, of the first eyepiece and of the first video micro-display MA1 is adapted so that the bulk D tx of the telescope along the x axis is less than 15 cm.
  • the bezel 10 is notably more compact than the glasses of the prior art.
  • the field of view of the first eyepiece is between 10° and 16 on at least one of its axes.
  • the field of view at the output of the first guide PE1 is identical to that of the first eyepiece.
  • the means or means for extracting the PE guide are adapted so that the light has, at the outlet of the PE guide, a substantially equal luminance in a plane perpendicular to the x axis.
  • substantially equal luminance we mean here a luminance equal to ⁇ 25%.
  • the diffraction efficiency can be increasing in the z direction.
  • the telescope of the invention is a reflex viewfinder and the optical chain consisting of the camera, the first micro-display and the eyepiece has a unit magnification, the image of the first micro-display being consistent with that of the exterior landscape.
  • the PE waveguide then ensures the perfect superposition of the image of the micro-display on the external landscape.
  • the telescope has a magnification greater than one.
  • the telescope 1 comprises for example an afocal optical system arranged optically downstream of the PE waveguide to form a superimposed image of the first micro-display and the observed scene with a magnification greater than 1.
  • Figure 4 illustrates an embodiment of the telescope of the invention in which the telescope comprises a second video micro-display MA2.
  • the image displayed by the second video micro-display MA2 is called the second object.
  • the telescope 10 further comprises a second eyepiece OC2 associated with the second video micro-display and forming a second image of the second object at infinity and a second light guide with pupil expansion PE2.
  • the second light guide PE2 comprises at least two second flat and parallel faces and plays a role similar to the role of the first light guide PE1.
  • the second pupil expanding light guide PE2 is arranged optically downstream of the second eyepiece and is adapted to expand a pupil of the second eyepiece OC2 in two directions of space and to superimpose the second image on the first image and on the exterior landscape.
  • the first and second video micro-displays MA1, MA2 are, for example, “OLED” displays, acronym meaning “Organic Light Emmitting Diode”, “LCD”, acronym meaning “Liquid Crystal Display”, or “LCOS”, an acronym meaning “Liquid Crystal On Silicon”.
  • the bezel of the invention allows operation in a “degraded” mode via the display of a red dot / Customizable reticle with a battery life of a few hundred hours.
  • the user can extend his mission or when the capacity of the battery powering the viewfinder drops below a critical threshold.
  • the second micro-display is a micro-display with low power consumption compared to the first micro-display.
  • low power consumption we mean here that the second micro-display has a power consumption of between 0.5 mW and 10 mW, while the first micro-display has a power consumption greater than or equal to 50 mW.
  • the second micro-display displays a red dot or a light symbol.
  • the luminous object being fixed over time, the power consumption of the second micro display is greatly reduced.
  • the second micro-display has a refresh frequency less than or equal to 2 Hz in order to reduce its electrical consumption.
  • the rate of refresh rate of the first micro-display is high in order to be compatible with a video stream.
  • the first micro-display has a refresh rate greater than or equal to 20 Hz.
  • the first video micro-display MA1 is an OLED MDP07 from Microoled. It allows the reflex viewfinder to operate nominally by projecting all available information: reticle, symbology, image, video stream, etc.
  • the second video micro-display MA2 is an OLED MDP05 from Microoled.
  • the first micro-display MA1 only displays the image of the exterior landscape acquired by the camera, while the second micro-display MA2 displays an aiming reticle .
  • a structure of the first and second light guide with pupil expansion PE1, PE2 adapted so that a size D x1 D x2 , of the respectively first and second light guide PE1, PE2 according to the x axis is less than 2 cm.
  • an arrangement of the first and second light guide with pupil expansion PE1, PE2, of the camera Cl, of the first eyepiece and of the first video micro-display MA1, of the second eyepiece and of the second microphone -MA2 video display is adapted so that a footprint D tx of the bezel along the x axis is less than 16 cm.
  • the first micro-display emits radiation in a first spectral range and the second micro-display emits radiation in a second spectral range, separate from the first range spectral, advantageously, the first and the second spectral range have a spectral range less than or equal to 20 nm, for example by the addition of filters spectral displays placed in front of the micro-displays. This makes it possible to further simplify the design of the PE1 and PE2 guides,
  • the two micro-displays MA1, MA2 emit radiation R1, R2 in the same spectral range but presenting a crossed polarization so that each guide PE1, PE2 does not act as on the radiation coming from the micro-display MA1 and the micro-display MA1 MA2 respectively.
  • Figure 5 illustrates a preferred embodiment of embodiment M1, in which the telescope 10 comprises a battery BT powering the camera Cl, the first and second video micro-displays MA1, MA2 and a processor UT controlling the operation of the battery in a first and a second mode.
  • the battery powers the first video micro-display and does not power the second video micro-display when a capacity of the battery is greater than a predetermined limit.
  • the battery powers the two micro-displays MA1, MA2 in the first operating mode.
  • the battery powers the second video micro-display and does not power the first video micro-display when the battery capacity is less than the predetermined limit.
  • the UT processor allows the battery to operate in a second “degraded” mode in order to save the autonomy of the telescope 10 when the battery capacity falls below a limit defined by the user or the manufacturer.
  • this degraded mode only a simple reticle can be used by the user.
  • the reticle is displayed in combination with at least one element displaying information on the viewfinder, for example a low battery indicator and/or elements allowing different adjustments to be made such as electronic simbleage adjustment, brightness adjustment , etc ...
  • the predetermined limit of the battery corresponds to a battery autonomy in the first operating mode of less than 1 hour of use.
  • this limit is equal to 1000 mAh at ⁇ 50%. This limit allows you to continue to obtain the display of a red dot with an autonomy of a few hundred hours via switching to the second battery operating mode.
  • the processor is further configured so that the battery operates in the second mode (power supply of the second video micro-display and not of the first video micro-display) when the processor detects a malfunction of the first display or the Cl camera.
  • the malfunction may be a power supply problem.
  • the processor is further configured so that the battery operates in the second mode or in the first mode depending on the selection of the user, for example by pressing one of the remote control elements IC on the mechanical structure SM.
  • This variant makes it possible to obtain a more versatile telescope by selecting an enriched mode (first mode) or degraded mode (second mode) depending on the mission and its evolution.
  • the riflescope according to the invention can include complementary modular optical systems making it possible to modify the perception of the exterior landscape.
  • the waveguide(s) PE1, PE2 a magnifying afocal optic with a magnification of 3 for example.
  • an optical module with a light intensifier invariant in magnification and axis deviation can be placed upstream of the waveguide(s) PE1, PE2. The user thus perceives both an intensified image and a thermal image of the exterior landscape.

Landscapes

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Abstract

Lunette de visée ou d'observation présentant un axe x de visée ou d'observation et comportant, dans une structure mécanique (SM): - une caméra (Cl), - un premier micro-afficheur vidéo (MA1 ) affichant une image du paysage extérieur acquise par la caméra, dit premier objet - un premier oculaire (OC1) associé au premier micro-afficheur vidéo et formant une première image du premier objet à l'infini - un premier guide de lumière à expansion de pupille (PE1 ) agencé optiquement en aval du premier oculaire et adapté pour étendre une pupille du premier oculaire dans deux directions de l'espace et pour superposer la première image sur le paysage extérieur.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Lunette de visée ou d’observation améliorée
Domaine technique :
[0001] Le domaine l’invention est celui des lunettes de tir, en particulier des viseurs reflex, qui permettent de superposer un réticule à la scène observée.
Technique antérieure :
[0002] Pour accomplir ses différentes missions avec son armement, le fantassin a les besoins suivants :
- Capacité de tir de jour et de nuit, nécessitant une visée précise permettant d’exploiter au mieux son arme, idéalement pour un tir efficace au-delà de 300 mètres ;
- Visée rapide en situation de combat dynamique ;
- Conservation d’une bonne conscience de la situation pour faire face à toute menace pouvant surgir sur le champ de bataille, de jour comme de nuit. Cette conscience de la situation passe notamment par la conservation d’un large champ de vision embrassant l’espace environnant ;
- Capacité de « décamouflage » ou de perception des menaces, de jour comme de nuit ;
- Discrétion, ce qui se traduit notamment de nuit par l’absence d’émission lumineuse des organes de visée ;
- Absence d’opération de réglage de simbleautage pour passer de la visée de jour à la visée de nuit et inversement, de façon à gagner du temps et à assurer la fiabilité de la visée ;
- Mobilité et endurance, ce qui nécessite un équipement aussi léger et compact que possible.
[0003] Ces besoins se traduisent par des exigences fortes sur les organes de visée équipant le fusil d’assaut dont est doté le fantassin. Dans la pratique, ces exigences ne sont satisfaites que partiellement et ne le sont pas avec un seul équipement à la fois compact et léger. [0004] Les solutions courantes pour assurer la visée sur un fusil d’assaut sont les suivantes. Pour la visée de jour, l’arme comporte de base un ensemble œilleton - guidon. Cet ensemble est simple, robuste et à bas coût, mais offre peu de précision.
[0005] L’arme peut également comporter pour la visée de jour un viseur clair (ou « reflex »), c’est-à-dire un ensemble optique permettant de superposer sur l’extérieur un symbole ou un point lumineux dans l’axe de visée. Ce viseur clair peut être associé éventuellement à une optique grossissante commutable. Il peut comporter en outre, un pointeur laser et une lunette grossissante de jour.
[0006] Pour la visée de nuit, l’arme peut comporter : un pointeur laser, une lunette de tir à intensification de lumière dite « IL », une lunette de tir infrarouge dite « IR », un adaptateur ou « Clip-on » à intensificateur de lumière ou à infrarouge se positionnant en amont d’une lunette de tir de jour, un dispositif de visée comportant des jumelles de vision de nuit associées à un viseur clair solidaire de l’arme.
[0007] Ces solutions connues présentent chacune des avantages et des inconvénients, mais aucune ne répond complètement au besoin global identifié plus haut.
[0008] La solution du viseur clair est particulièrement appréciée car elle offre une bonne précision, tout en préservant une bonne perception de la situation globale, le viseur clair transmettant le paysage sans grossissement.
[0009] La visée au moyen d’un pointeur laser, largement utilisée, notamment de nuit, est très intéressante car elle permet un tir rapide en combat dynamique, sans nécessiter d’aligner l’œil derrière un viseur, ni même d’épauler l’arme en situation extrême. En revanche, le pointeur laser reste indiscret, notamment de nuit. Même lorsqu’il s’agit d’un pointeur émettant dans le proche infrarouge, il est facilement détectable avec des jumelles de vision nocturne ou même avec certains équipements utilisant une caméra sensible dans le proche infrarouge.
[0010] Les lunettes de tir en général, que ce soit des lunettes de jour ou des lunettes de nuit, à intensification de lumière ou à infrarouge thermique, présentent l’avantage de leur précision, grâce notamment à leur grossissement. Elles présentent l’inconvénient d’imposer de positionner l’œil utilisé pour la visée proche d’un oculaire ; par ailleurs, l’utilisateur ne peut pas utiliser l’autre œil pour une perception d’ensemble. Cette opération prend un certain temps, ce qui constitue une perte d’efficacité en combat dynamique. De plus, le tireur se coupe momentanément de son environnement et peut alors ignorer de nouvelles menaces. Enfin, de nuit, s’il est équipé d’une jumelle de vision nocturne, le combattant doit dégager celle-ci pour pourvoir positionner correctement un œil libre derrière la lunette de tir. Là encore, cela représente un délai supplémentaire dans l’action et une rupture par rapport à l’environnement du combattant.
[0011] Les lunettes de tir infrarouge ou thermique présentent les mêmes inconvénients mais offrent quelques avantages significatifs : vision nocturne, y compris dans l’obscurité totale, vision améliorée dans les brumes et fumées du champ de bataille et surtout capacité de « décamouflage » de toute cible chaude.
[0012] Pour tenter d’apporter une réponse adaptée, il est possible de juxtaposer dans un seul équipement plusieurs systèmes. Par exemple, comme on le voit sur la figure 1 , certains équipements de visée regroupent une lunette de tir IL ou IR surmontée d’un viseur clair. Dans ce cas, la lunette comporte une caméra thermique et un dispositif de visualisation. La caméra thermique comporte un objectif de focalisation 1 et un récepteur photosensible 2. Le dispositif de visualisation comporte un micro-afficheur 3 et un oculaire 4. Le viseur clair comporte un symbole lumineux 5 et une optique de collimation 6 et un optique de superposition (typiquement une lame séparatrice) avec la vision directe 7.
[0013] Ces solutions conduisent à des équipements relativement encombrants qui offrent une juxtaposition de fonctions sans toutefois les combiner. A un instant donné, l’utilisateur doit choisir d’utiliser soit le viseur clair, soit la lunette et ne bénéficie donc jamais des avantages cumulés des deux systèmes. Dans le cas d’un système associant une lunette infrarouge thermique et un viseur clair, l’utilisateur doit choisir entre bénéficier de la visée rapide et de la conscience de la situation offerte par le viseur clair, ou bénéficier du décamouflage et de la vision nocturne offerts par la lunette thermique.
[0014] Une solution améliorée est illustrée dans la figure 2. Les mêmes références que celles de la figure 1 désignent les mêmes éléments que ceux décrit dans la figure 1. L’architecture de la figure 2 consiste à combiner une architecture de viseur reflex « évolué » avec un unique afficheur 3 qui se charge de tout afficher : flux vidéo, symbologie, réticule, ... L’image de l’afficheur est renvoyée à l’infini à l’aide d’un oculaire 3. La fusion avec la scène se fait à l’aide d’une lame semi- réfléchissante 7. Alternativement, cet élément permettant la superposition de l’image formée par l’oculaire et la scène observée est un cube séparateur ou un prisme.
[0015] Le viseur réflex avec afficheur de la figure 2, couplé à une caméra 2 à intensification de lumière ou infrarouge présente ainsi une véritable plus-value car il apporte une aide complémentaire pour la mise en évidence d’une cible dans des conditions difficiles (camouflage de la cible, obscurité, ... ) en combinant de manière compacte une vision « nuit » et « jour ».
[0016] La solution de la figure 2, bien que présentant une nette amélioration par rapport à l’architecture de la figure 1 , présente cependant un inconvénient. En effet, l’élément 7 permettant la superposition de l’image formée par l’oculaire et la scène observée est particulièrement encombrant. Son encombrement selon l’axe x, c’est-à-dire la dimension selon l’axe x de la projection de l’élément 7 sur l’axe (référencé par la dimension Dx dans la figure 2) est typiquement supérieure à 4 cm en tenant compte des éléments qui protègent cette lame.
[0017] L’encombrement important de cet élément combineur selon l’axe x contribue à un effet tunnel qui enferme la vision de l’utilisateur et l’empêche d’avoir une parfaite connaissance de l’environnement qui l’entoure. De plus, cet encombrement limite la compacité des lunettes de l’art antérieur, qui est un paramètre crucial pour un viseur reflex.
[0018] L’invention vise à pallier certains des problèmes précités de l’art antérieur.
Résumé de l’invention :
[0019] A cet effet, un objet de l’invention est une lunette de visée ou d’observation présentant un axe x de visée ou d’observation et comportant, dans une structure mécanique :
- une caméra,
- un premier micro-afficheur vidéo affichant une image du paysage extérieur acquise par la caméra, dit premier objet - un premier oculaire associé au premier micro-afficheur vidéo et formant une première image du premier objet à l’infini
- un premier guide de lumière à expansion de pupille comprenant au moins deux premières faces planes et parallèles, le premier guide de lumière à expansion de pupille étant agencé optiquement en aval du premier oculaire et adapté pour étendre une pupille du premier oculaire dans deux directions de l’espace et pour superposer la première image sur le paysage extérieur, une structure du premier guide de lumière à expansion de pupille étant adaptée pour qu’un encombrement du premier guide de lumière à expansion de pupille (PE1 ) selon l’axe x soit inférieur à 2 cm..
[0020] Selon un mode de réalisation, le premier guide de lumière à expansion de pupille est disposé de manière à être sensiblement perpendiculaire à l’axe x.
[0021] Selon un mode de réalisation, dans le premier guide de lumière à expansion de pupille, une dimension selon l’axe x de chacune des premières faces planes et parallèles est comprise entre 2 et 5 mm.
[0022] Selon un mode de réalisation, un agencement du premier guide de lumière à expansion de pupille, de la caméra, du premier oculaire et du premier micro- afficheur vidéo est adapté de manière à ce qu’un encombrement de la lunette selon l’axe x soit inférieur à 15 cm.
[0023] Selon un mode de réalisation, le premier guide de lumière à expansion de pupille comprend deux guides de lumière élémentaires couplés de manière à étendre ladite pupille du premier oculaire dans deux directions, le premier guide de lumière élémentaires comprenant lesdites deux premières faces planes et parallèles et le deuxième guide de lumière élémentaires comprenant deux faces planes et parallèles additionnelles perpendiculaires deux premières faces planes et parallèles, et dans laquelle : une dimension selon l’axe x de chacune des premières faces planes et parallèles est comprise entre 2 et 5 mm
- une distance selon l’axe x séparant les faces planes et parallèles additionnelles est comprise entre 2 et 5 mm. [0024] Selon un mode de réalisation, le champ du premier oculaire est compris entre 10° et 16° degrés sur au moins un de ses axes.
[0025] Selon un mode de réalisation, la lunette comprend en outre un deuxième micro-afficheur vidéo affichant un deuxième objet, un deuxième oculaire associé au deuxième micro-afficheur vidéo et formant une deuxième image du deuxième objet à l’infini et un deuxième guide de lumière à expansion de pupille comprenant au moins deux deuxièmes faces planes et parallèles, le deuxième guide de lumière à expansion de pupille étant agencé optiquement en aval du deuxième oculaire et adapté pour étendre une pupille du deuxième oculaire dans deux directions de l’espace et pour superposer la deuxième image sur la première image et sur le paysage extérieur. De manière préférentielle, le deuxième micro-afficheur est un micro-afficheur à basse consommation électrique comparativement au premier micro-afficheur. De manière encore préférentielle, le deuxième objet est un point rouge ou un symbole lumineux.
[0026] Selon une variante particulière du mode de réalisation précédent, la lunette une batterie alimentant la caméra, le premier et le deuxième micro-afficheur vidéo et un processeur, ledit processeur étant configuré pour faire fonctionner la lunette selon deux modes consistant à :
- dans un premier mode, alimenter le premier micro-afficheur vidéo et ne pas alimenter le deuxième micro-afficheur vidéo ou alimenter le premier et le deuxième micro-afficheur lorsqu’une capacité de la batterie est supérieure à une limite prédéterminée ou lorsque l’utilisateur le choisi, par exemple en pressant un organe de commande déporté sur ladite structure mécanique,
- dans un second mode, alimenter le deuxième micro-afficheur vidéo et ne pas alimenter le premier micro-afficheur vidéo lorsqu’une capacité de la batterie est inférieure à la limite prédéterminée, ou lorsque le processeur détecte un dysfonctionnement du premier afficheur, ou lorsque l’utilisateur le choisi, par exemple en pressant un organe de commande déporté sur ladite structure mécanique. De manière préférentielle, la limite prédéterminée correspond à une autonomie de la batterie dans le premier mode de fonctionnement inférieure à 1 h d’utilisation. [0027] Dans le mode de réalisation précédent, de manière préférentielle, le premier micro-afficheur émet un rayonnement dans une première gamme spectrale et le deuxième micro-afficheur émet un rayonnement dans une deuxième gamme spectrale, disjointe de la première gamme spectrale ou les premier et le deuxième micro-afficheurs émettent un rayonnement dans une même gamme spectrale mais présentant une polarisation croisée..
[0028] Dans le mode de réalisation précédent, de manière préférentielle, une structure du premier et du deuxième guide de lumière à expansion de pupille est adaptée de manière à ce qu’un encombrement du respectivement premier et deuxième guide de lumière à expansion de pupille selon l’axe x soit inférieur à 2 cm. De manière préférentielle, un agencement du premier et du deuxième guide de lumière à expansion de pupille, de la caméra, du premier oculaire et du premier micro-afficheur vidéo, du deuxième oculaire et du deuxième micro- afficheur vidéo est adapté de manière à ce qu’un encombrement de la lunette selon l’axe x soit inférieur à 16 cm.
Brève description des figures :
[0029] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :
[0030] [Fig.1 ] une vue schématique d’une lunette de visée de l’art antérieur,
[0031] [Fig.2] une vue schématique d’une lunette de visée de l’art antérieur,
[0032] [Fig.3A], une vue en perspective d’une lunette de visée ou d’observation selon l’invention,
[0033] [Fig.3B], une vue schématique d’une lunette de visée ou d’observation selon l’invention,
[0034] [Fig.3C], une vue en coupe d’un exemple du premier guide de lumière à expansion de pupille de la lunette de visée ou d’observation selon l’invention,
[0035] [Fig.3D], une vue en coupe d’un exemple du premier guide de lumière à expansion de pupille de la lunette de visée ou d’observation selon l’invention,
[0036] [Fig.3F], une vue en coupe d’un exemple du premier guide de lumière à expansion de pupille de la lunette de visée ou d’observation selon l’invention, [0037] [Fig.4], une représentation schématique d’un mode de réalisation de la lunette de l’invention,
[0038] [Fig.5], une représentation schématique d’un mode de réalisation de la lunette de l’invention,
[0039] Dans les figures, sauf contre-indication, les éléments ne sont pas à l’échelle et les références identiques désignent des éléments identiques.
Description détaillée :
[0040] La figure 3A représente une vue en perspective d’une lunette de visée ou d’observation 10 selon l’invention. On note x l’axe de visée ou d’observation de la lunette 10. On note Dtx, la dimension de la lunette selon l’axe x (appelée « encombrement » par la suite).
[0041] La figure 3B est une représentation schématique selon un plan xy des éléments compris dans la structure mécanique SM de la lunette selon l’invention. La lunette 10 comporte essentiellement deux sous-ensembles principaux qui sont une caméra Cl et un dispositif de visualisation DV dont la structure est détaillée plus précisément dans la figure 3B.
[0042] Le dispositif de visualisation DV comprend un premier micro-afficheur MA1 , un premier oculaire OC1 associé au premier afficheur MA1 et un premier guide de lumière à expansion de pupille PE1. L’ensemble des composants optiques et électroniques est intégrée dans la structure mécanique étanche SM qui les protège de l’environnement extérieur et des chocs.
[0043] Cette structure SM comporte une interface mécanique IF de fixation permettant de la fixer sur une arme équipée d’une interface standard. Cette interface est, par exemple, un rail « Picatinny » ou son équivalent.
[0044] La structure SM comporte également un ensemble IC de boutons et d’organes de commandes permettant notamment les commandes Marche / Arrêt des différentes fonctions de l’équipement, les réglages de luminosité du premier micro-afficheur vidéo MA1 , les réglages électroniques et mécaniques de simbleautage, les réglages électroniques de superposition des différentes images générées sur le paysage extérieur. Il peut être disposé sur un des deux flancs latéraux de la lunette. A titre d’exemple non limitatif, sur la figure 3A, l’ensemble comporte trois boutons disposés sur le flanc latéral gauche de la lunette, d’autres boutons étant disposés sur le flanc droit de la lunette.
[0045] Selon le mode de réalisation de l’invention illustré dans la figure 3B, la caméra Cl est une caméra thermique, comprenant d’un objectif infrarouge 01 fonctionnant dans la bande spectrale située entre 8pm et 12pm et un capteur infrarouge CPT sensible dans la même bande spectrale ou entre 3 et 5 μm.
[0046] Alternativement, selon un autre mode de réalisation, la caméra est une caméra à bas niveau de lumière mettant en œuvre un capteur CPT « CMOS » à bas bruit, « CMOS » étant l’acronyme de « Complementary Metal Oxide Semi- conductor » ou un capteur « EB-CMOS », acronyme de «Electro-
Bombarded CMOS » ou encore tout autre caméra à bas niveau de lumière numérique.
[0047] La caméra peut également être une caméra « SWIR », acronyme de « Short Wave InfraRed » fonctionnant dans la bande spectrale entre 1 pm et 2pm, captant la lumière nocturne issue de la luminescence nocturne ou « night glow » et offrant aussi des capacités de décamouflage.
[0048] La caméra Cl comporte une électronique d’alimentation, de pilotage du capteur et de traitement d’image ainsi qu’un boitier d’alimentation (non représentés) recevant plusieurs piles ou un bloc de batteries rechargeables de façon à lui assurer son autonomie qui est par exemple disposé à l’arrière de la lunette, côté œil de l’observateur.
[0049] Le dispositif de visualisation DV comprend le premier micro-afficheur vidéo MA1 , le premier oculaire OC1 formant une image du premier micro-afficheur vidéo à l’infini et l’électronique nécessaire à l’alimentation et au pilotage du premier micro-afficheur.
[0050] Le premier micro-afficheur MA1 affiche un réticule vidéo de visée, éventuellement enrichi d’éléments de correction de hausse ou de symboles ou de graduations stadimétriques. Il affiche également une image du paysage extérieur acquise par la caméra, dit premier objet. Selon un autre mode de réalisation, le premier micro-afficheur MA1 n’affiche que l’image du paysage extérieur acquise par la caméra. [0051] Le premier micro-afficheur vidéo MA1 est à titre d’exemple, un afficheur « OLED », acronyme signifiant « Organic Light Emmitting Diode », « LCD », acronyme signifiant « Liquid Crystal Display », ou « LCOS », acronyme signifiant « Liquid Crystal On Silicon».
[0052] Le dispositif de visualisation DV comprend en outre le premier guide de lumière à expansion de pupille PE1 agencé optiquement en aval du premier oculaire et adapté pour étendre une pupille du premier oculaire dans deux directions de l’espace et pour superposer la première image sur le paysage extérieur.
[0053] Un guide de lumière à expansion de pupille PE est un composant connu en soit, réalisé dans un matériau transparent et comprend au moins deux faces planes et parallèles FP1 , FP1’. Cet élément est habituellement utilisé dans les afficheurs tête haute (HUD pour l’acronyme anglais) dans lesquels il est positionné proche de l’œil afin de réaliser une superposition entre le paysage extérieur et une image d’un micro-afficheur par un oculaire.
[0054] La figure 3C illustre une vue en coupe d’un exemple d’un guide de lumière élémentaire SG1 du guide d’onde PE de l’invention permettant une extension de la pupille du premier oculaire OC1 dans la direction z.
[0055] Le guide de lumière élémentaire SG1 comprend au moins deux faces planes et parallèles FP1 , FP1’. Les faisceaux F1 de lumière issus du premier micro- afficheur MA1 et collimatés par le premier oculaire OC1 pénètrent par exemple dans le guide de lumière élémentaire par une de ses faces latérales FP1. L’entrée dans le guide peut se faire, comme dans le cas représenté, à l’aide d’un prisme PR1 , mais également avec un réseau, que l’on nomme alors réseau d’entrée.
[0056] Les faisceaux F1 se propagent dans le guide de lumière élémentaire SG1 par réflexions totales sur les faces parallèles FP1 , FP1’ du guide SG1 comme illustré sur la figure 3C.
[0057] Pour que l’observateur Y puisse percevoir l’image du premier micro-afficheur, il est nécessaire de la faire sortir du guide SG1. Pour cela, plusieurs solutions optiques existent. A titre de premier exemple, le guide SG1 de la figure 3C comporte deux lames semi-réfléchissantes LR1 , LR1’ parallèles et disposées avec un angle par rapport aux faces parallèles FP1 , FP1 de façon à extraire une partie des faisceaux F1 collimatés.
[0058] Selon un second exemple, au lieu des lames semi-réfléchissantes LR1 , LR1’ parallèles, le guide SG1 comprend un réseau de microstructures ou de micro- prismes qui assure la même fonction d’extraction de la lumière.
[0059] Selon un troisième exemple illustré dans la figure 3D, au lieu des lames semi- réfléchissantes LR1 , LRT parallèles, le guide SG1 comprend un réseau de diffraction RD qui diffracte une partie de la lumière vers l’extérieur du guide SG1 dans la direction souhaitée. Ce réseau de diffraction RD est situé sur une des deux faces FP1 , FP1 ’ du guide SG1 ou l’intérieur même du guide SG1 .
[0060] Afin d’étendre la pupille du premier oculaire OC1 dans deux directions de l’espace, le guide d’onde PE1 de l’invention comprend par exemple deux guides de lumière élémentaires SG1 , SG2 couplés comme illustré dans la figure 3F. Le guide de lumière élémentaires SG2 comprend deux faces planes et parallèles (seule une face FPA est visible dans la figure 3F) qui sont sensiblement perpendiculaires aux faces FP1 , FP1’ du guide SG1. Ainsi, le guide d’onde PE est adapté pour étendre la pupille dans deux dimensions.
[0061] Dans la suite du document, on appelle « moyen d’extraction » l’élément des guides élémentaires SG1 , SG2 adaptés pour extraire la lumière se réfléchissant par réflexion totale interne sur les faces parallèles des guides élémentaires SG1 , SG2.
[0062] De manière préférentielle, comme illustré dans la figure 3F, ces deux directions sont les directions y et z sont normales l’une à l’autre et sont normales à l’axe de visée x. Cela permet une superposition plus conforme de la première image sur le paysage extérieur. Dans l’exemple de la figure 3F, les croix cerclées indiquent que la lumière se propage dans un plan perpendiculaire à celui de la feuille, selon une direction parallèle à l’axe x.
[0063] Grâce à l’utilisation d’un guide de lumière à expansion de pupille PE1 réalisant une fonction de superposition de la première image et du paysage extérieur, la lunette 10 de l’invention présente un encombrement Dtx réduit comparativement aux lunettes de l’art antérieur. [0064] En effet, le guide d’onde PE1 de l’invention possède une structure et un agencement tel que son encombrement Dx selon l’axe de visée x est nettement inférieur à celui des dispositifs optiques de combinaison habituellement utilisés dans les lunettes de l’art antérieur. Cet encombrement Dx est permis principalement en sélectionnant de manière appropriée les dimensions des faces planes et parallèles du guide d’onde PE1 sur lesquelles les faisceaux F1 se réfléchissent afin de se propager dans le guide de lumière (par exemple les faces FP1 , FP1’ du guide SG1 de la figure 3C) et/ou les distances séparant ces faces. Comme évoqué précédemment, les dispositifs optiques de combinaison utilisés dans les lunettes de l’art antérieur présentent un encombrement selon l’axe x typiquement supérieure à 4 cm. A l’inverse, le guide d’onde PE1 de l’invention possède une structure et un agencement tel que son encombrement Dx selon l’axe de visée x est inférieur à 2 cm préférentiellement inférieur à 1 cm. En effet, par de nombreuses expériences, les inventeurs ont identifié que l’effet tunnel provoqué par un élément optique de combinaison devient notablement moins gênant lorsque celui-ci présente un encombrement selon l’axe de visée inférieur à 2 cm. En prenant en compte les différents éléments de protection du guide de lumière En outre, le dispositif de visualisation DV est la partie la plus fragile de la lunette et il faut la protéger via une armature (par exemple la structure métallique SM de la figure 3A). Grâce à un guide d’onde PE1 fin, l’armature de protection peut également être plus fine, ce qui permet une réduction de la masse globale de la lunette de l’invention. L’encombrement Dx est ici mesuré en tenant compte des éléments de protection du guide d’onde PE1.
[0065] De par sa fonction de superposition de la première image et du paysage extérieur, le guide d’onde PE1 est conçu au moins partiellement avec des éléments transparents dans le visible (typiquement les faces planes et parallèles) Par « transparent », on entend ici que le guide d’onde PE présente une transmission dans le visible supérieure à 90%.
[0066] Dans une mise en œuvre préférée de l’invention, le guide d’onde PE présente une dimension verticale (selon la direction y) de 24 mm et une dimension horizontale (selon la direction z) de 30 mm. Le champ de vue est compris entre10° et 16° pour l’axe vertical et horizontale. Il est préférentiellement de 14° selon l’axe horizontal et de 10° selon l’axe vertical. En outre, le coefficient de transmission pour le micro-afficheur MA1 est de 3% et le coefficient de transmission pour le paysage extérieur est de 90%.
[0067] De manière préférentielle, le premier micro-afficheur émet un rayonnement dans une première gamme spectrale ayant une étendue spectrale inférieure ou égale à 20 nm. Il est alors plus aisé de concevoir et de fabriquer un premier guide PE1 présentant une transmission élevée dans le visible pour le rayon issu du paysage extérieur et une transmission élevée pour les faisceaux F1 issus du premier micro-afficheur.
[0068] De manière préférentielle, le premier guide de lumière à expansion de pupille est disposé de manière à être sensiblement perpendiculaire à l’axe x pour minimiser l’encombrement de la lunette.
[0069] Dans le mode de réalisation des figures 3C à 3F, cet encombrement Dx peut par exemple être obtenu en sélectionnant :
- une dimension selon l’axe x comprise entre 2 et 5mm pour les faces FP1 , FP1’ du guide élémentaire SG1 , et
- une distance comprise entre 2 et 5mm séparant les faces parallèles du guide élémentaire SG2 s’étendant selon le plan zy.
[0070] De manière préférentielle, dans le mode de réalisation MP, un agencement du premier guide de lumière à expansion de pupille PE1 , de la caméra Cl, du premier oculaire et du premier micro-afficheur vidéo MA1 est adapté de manière à ce que l’encombrement Dtx de la lunette selon l’axe x soit inférieur à 15 cm. Ainsi, la lunette 10 est notablement plus compacte que les lunettes de l’art antérieur.
[0071] De manière préférentielle, le champ de vue du premier oculaire est compris entre 10° et 16 sur au moins un de ses axes. De manière préférentielle, le champ de vue en sortie du premier guide PE1 est identique à celui du premier oculaire.
[0072] De manière préférentielle, le ou les moyens d’extraction du guide PE sont adaptés pour que la lumière présente, en sortie du guide PE, une luminance sensiblement égale dans un plan perpendiculaire à l’axe x. Par « luminance sensiblement égale », on entend ici une luminance égale à ±25%. Ainsi, on assure une homogénéité de la luminance perçue par l’utilisateur pour toute position de l’œil et pour tout angle de vision.
[0073] Il existe plusieurs manières connues de l’homme de l’art pour obtenir cette luminance égale. Par exemple, dans le mode de réalisation de la figure 3C où le moyen d’extraction est formé par les lames semi-réfléchissantes LR1 , LR1 ’, cette luminance égale peut être obtenue en choisissant un coefficient de réflexion plus élevée pour la lame LR1 ’ que pour la lame LR1 .
[0074] Alternativement, dans le mode de réalisation de la figure 3D où le moyen d’extraction est un réseau de diffraction RD, l’efficacité de diffraction peut être croissante selon la direction z.
[0075] Selon le mode de réalisation illustré dans les figures 3B et 3C, la lunette de l’invention est un viseur reflex et la chaine optique constituée de la caméra, du premier micro-afficheur et de l’oculaire a un grossissement unitaire, l’image du premier micro-afficheur étant conforme à celle du paysage extérieur. Le guide d’onde PE assure alors la parfaite superposition de l’image du micro-afficheur sur la paysage extérieur.
[0076] Alternativement, selon un autre mode de réalisation, la lunette présente un grossissement supérieur à un. Pour cela, la lunette 1 comprend par exemple un système optique afocal agencé optiquement en aval guide d’onde PE pour former une image superposée du premier micro-afficheur et de la scène observée avec un grossissement supérieur à 1 .
[0077] La figure 4 illustre un mode de réalisation de la lunette de l’invention dans lequel la lunette comprend un deuxième micro-afficheur vidéo MA2. On nomme deuxième objet l’image affichée par le deuxième micro-afficheur vidéo MA2.
[0078] La lunette 10 comprend en outre un deuxième oculaire OC2 associé au deuxième micro-afficheur vidéo et formant une deuxième image du deuxième objet à l’infini et un deuxième guide de lumière à expansion de pupille PE2. Le deuxième guide de lumière PE2 comprend au moins deux deuxièmes faces planes et parallèles et joue un rôle similaire au rôle du premier guide de lumière PE1. Aussi, le deuxième guide de lumière à expansion de pupille PE2 est agencé optiquement en aval du deuxième oculaire et est adapté pour étendre une pupille du deuxième oculaire OC2 dans deux directions de l’espace et pour superposer la deuxième image sur la première image et sur le paysage extérieur.
[0079] Le premier et le deuxième micro-afficheur vidéo MA1 , MA2, sont à titre d’exemples, des afficheurs « OLED », acronyme signifiant « Organic Light Emmitting Diode », « LCD », acronyme signifiant « Liquid Crystal Display », ou « LCOS », acronyme signifiant « Liquid Crystal On Silicon».
[0080] L’utilisation de deux afficheurs permet de rendre la lunette de l’invention plus polyvalente en combinant plusieurs fonctions (par exemple un afficheur relayant une image IR et un autre relayant une image thermique). De plus, cela rend la lunette de l’invention plus robuste, par exemple en permettant basculant sur le deuxième micro-afficheur lors d’un dysfonctionnement du premier micro- afficheur.
[0081] En outre, en sélectionnant un micro-afficheur à basse consommation électrique comparativement à l’autre micro-afficheur, la lunette de l’invention permet le fonctionnement dans un mode « dégradé » via l’affichage d’un point rouge / réticule personnalisable avec une autonomie de quelques centaines d’heures. Ainsi, l’utilisateur peut prolonger sa mission ou lorsque la capacité de la batterie alimentant le viseur descend sous un seuil critique.
[0082] Plus précisément, selon un premier mode de réalisation M1 , le deuxième micro-afficheur est un micro-afficheur à basse consommation électrique comparativement au premier micro-afficheur. Par « basse consommation électrique », on entend ici que le deuxième micro-afficheur présente une consommation électrique comprise entre 0.5 mW et 10 mW, alors que le premier micro-afficheur présente une consommation électrique supérieure ou égale à 50 mW.
[0083] De manière préférentielle, dans le mode de réalisation M1 , le deuxième micro-afficheur affiche un point rouge ou un symbole lumineux. L’objet lumineux étant fixe au cours du temps, la consommation électrique du deuxième micro afficheur est fortement réduite.
[0084] De manière préférentielle, dans le mode de réalisation M1 , le deuxième micro-afficheur présente une fréquence de rafraîchissement inférieure ou égale à 2 Hz afin de réduire sa consommation électrique. De plus, le taux de rafraîchissement du premier micro-afficheur est élevé afin d’être compatible avec un flux vidéo. Aussi, le premier micro-afficheur présente une fréquence de rafraîchissement supérieure ou égale à 20 Hz.
[0085] A titre d’exemple non limitatif, dans le mode de réalisation M1 , le premier micro-afficheur vidéo MA1 est un OLED MDP07 de Microoled. Il permet au viseur reflex de fonctionner de façon nominale en projetant toute information disponible : réticule, symbologie, image, flux vidéo...
[0086] A titre d’exemple non limitatif, dans le mode de réalisation M1 , le deuxième micro-afficheur vidéo MA2 est un OLED MDP05 de Microoled.
[0087] Selon une variante (notée V1 ) du mode de réalisation M1 , le premier micro- afficheur MA1 n’affiche que l’image du paysage extérieur acquise par la caméra, alors que le deuxième micro-afficheur MA2 affiche un réticule de visée.
[0088] Comparativement, à une lunette de l’art antérieure, l’utilisation de deux guides de lumières PE1 , PE2 permet de réduire l’encombrement Dtx de la lunette de l’invention.
[0089] De manière préférentielle, une structure du premier et du deuxième guide de lumière à expansion de pupille PE1 , PE2 adaptée de manière à ce qu’un encombrement Dx1Dx2, du respectivement premier et deuxième guide de lumière PE1 , PE2 selon l’axe x soit inférieur à 2 cm.
[0090] De manière encore préférentielle, un agencement du premier et du deuxième guide de lumière à expansion de pupille PE1 , PE2, de la caméra Cl, du premier oculaire et du premier micro-afficheur vidéo MA1 , du deuxième oculaire et du deuxième micro-afficheur vidéo MA2, est adapté de manière à ce qu’un encombrement Dtx de la lunette selon l’axe x soit inférieur à 16 cm.
[0091] Afin de faciliter la conception et la transmission des guides PE1 et PE2, le premier micro-afficheur émet un rayonnement dans une première gamme spectrale et le deuxième micro-afficheur émet un rayonnement dans une deuxième gamme spectrale, disjointe de la première gamme spectrale, de manière avantageuse, la première et la deuxième gamme spectrale ont une étendue spectrale inférieure ou égale à 20 nm, par exemple par l’ajout de filtres spectraux disposés devant les micros-afficheur. Cela permet d’encore simplifier la conception des guides PE1 et PE2,
[0092] Alternativement, afin de simplifier la conception des guides PE1 et PE2, les deux micro-afficheurs MA1 , MA2 émettent un rayonnement R1 , R2 dans une même gamme spectrale mais présentant une polarisation croisée afin que chaque guide PE1 , PE2 n’agisse que sur le rayonnement issue du micro- afficheur MA1 et du micro-afficheur MA1 MA2 respectivement.
[0093] La figure 5 illustre un mode de réalisation préféré du mode de réalisation M1 , dans lequel la lunette 10 comprend une batterie BT alimentant la caméra Cl, le premier et le deuxième micro-afficheur vidéo MA1 , MA2 et un processeur UT contrôlant le fonctionnement de la batterie selon un premier et un deuxième mode.
[0094] Dans le premier mode, la batterie alimente le premier micro-afficheur vidéo et n’alimente pas le deuxième micro-afficheur vidéo lorsqu’une capacité de la batterie est supérieure à une limite prédéterminée. Alternativement, selon la variante V1 , la batterie alimente les deux micro-afficheurs MA1 , MA2 dans le premier mode de fonctionnement.
[0095] Dans le second mode de fonctionnement, la batterie alimente le deuxième micro-afficheur vidéo et n’alimente pas le premier micro-afficheur vidéo lorsqu’une capacité de la batterie est inférieure à la limite prédéterminée. Ainsi, le processeur UT permet le fonctionnement de la batterie selon un second mode « dégradé » afin d’économiser l’autonomie de la lunette 10 lorsque capacité de la batterie passe en dessous d’une limite définie par l’utilisateur ou le fabricant. Dans ce mode dégradé, seul un réticule simple est alors utilisable par l’utilisateur. Alternativement, le réticule est affiché en combinaison avec au moins un élément affichant une information sur le viseur, par exemple un témoin batterie faible et/ou des éléments permettant d’effectuer différents réglages comme le réglage de simbleautage électronique, l’ajustement de la luminosité, etc ...
[0096] De manière préférentielle, la limite prédéterminée de la batterie correspond à une autonomie de la batterie dans le premier mode de fonctionnement inférieure à 1h d’utilisation. A titre d’exemple non limitatif, cette limite est égale à 1000 mAh à ±50%. Cette limite permet de continuer à obtenir l’affichage d’un point rouge avec une autonomie de quelques centaines d’heures via le basculement dans deuxième mode de fonctionnement de la batterie.
[0097] Dans une première variante du mode de réalisation de la figure 3C, le processeur est en outre configuré pour que la batterie fonctionne dans le second mode (alimentation du deuxième micro-afficheur vidéo et non du premier micro- afficheur vidéo) lorsque le processeur détecte un dysfonctionnement du premier afficheur ou de la caméra Cl. A titre d’exemple, le dysfonctionnement peut être un problème d’alimentation. Cette variante permet d’obtenir une lunette 10 plus robuste.
[0098] Dans une deuxième variante du mode de réalisation de la figure 3C, pouvant être combinée avec la première variante, le processeur est en outre configuré pour que la batterie fonctionne dans le second mode ou dans le premier mode selon la sélection de l’utilisateur, par exemple en pressant un des organes de commande IC déportés sur la structure mécanique SM. Cette variante permet d’obtenir une lunette plus polyvalente en sélectionnant un mode enrichi (premier mode) ou dégradé (second mode) en fonction de la mission et de l’évolution de cette dernière.
[0099] Dans tous ses modes de réalisation, la lunette de visée selon l’invention peut comporter des systèmes optiques modulaires complémentaires permettant de modifier la perception du paysage extérieur. Ainsi, il est possible de disposer en aval du ou des guides d’onde PE1 , PE2 une optique afocale grossissante avec un grossissement de 3 par exemple. De la même façon, on peut disposer en amont du ou des guides d’onde PE1 , PE2 un module optique à intensificateur de lumière invariant en grossissement et en déviation d’axe. L’utilisateur perçoit ainsi à la fois une image intensifiée et une image thermique du paysage extérieur

Claims

Revendications
1 . Lunette de visée ou d’observation présentant un axe x de visée ou d’observation et comportant, dans une structure mécanique (SM) :
- une caméra (Cl),
- un premier micro-afficheur vidéo (MA1 ) affichant une image du paysage extérieur acquise par la caméra, dit premier objet
- un premier oculaire (OC1) associé au premier micro-afficheur vidéo et formant une première image du premier objet à l’infini
- un premier guide de lumière à expansion de pupille (PE1 ) comprenant au moins deux premières faces planes et parallèles (FP1 , FP1’), le premier guide de lumière à expansion de pupille (PE1) étant agencé optiquement en aval du premier oculaire et adapté pour étendre une pupille du premier oculaire dans deux directions de l’espace et pour superposer la première image sur le paysage extérieur, une structure du premier guide de lumière à expansion de pupille (PE1) étant adaptée pour qu’un encombrement (Dxl) du premier guide de lumière à expansion de pupille (PE1 ) selon l’axe x soit inférieur à 2 cm.
2. Lunette selon la revendication 1 , dans laquelle le premier guide de lumière à expansion de pupille est disposé de manière à être sensiblement perpendiculaire à l’axe x.
3. Lunette selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle, dans le premier guide de lumière à expansion de pupille (PE1 ), une dimension selon l’axe x de chacune des premières faces planes et parallèles est comprise entre 2 et 5 mm.
4. Lunette selon la revendication précédente, dans laquelle un agencement du premier guide de lumière à expansion de pupille (PE1 ), de la caméra (Cl), du premier oculaire et du premier micro-afficheur vidéo (MA1 ) est adapté de manière à ce qu’un encombrement (Dtx) de la lunette selon l’axe x soit inférieur à 15 cm.
5. Lunette selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier guide de lumière à expansion de pupille (PE1 ) comprend deux guides de lumière élémentaires (SG1 , SG2) couplés de manière à étendre ladite pupille du premier oculaire dans deux directions, le premier guide de lumière élémentaires (SG1 ) comprenant lesdites deux premières faces planes et parallèles (FP1 , FP1 ’) et le deuxième guide de lumière élémentaires (SG2) comprenant deux faces planes et parallèles additionnelles (FPA) perpendiculaires aux deux premières faces planes et parallèles (FP1 , FP1 ’), et dans laquelle : une dimension selon l’axe x de chacune des premières faces planes et parallèles est comprise entre 2 et 5 mm
- une distance selon l’axe x séparant les faces planes et parallèles additionnelles est comprise entre 2 et 5 mm.
6. Lunette selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le champ du premier oculaire est compris entre 10° et 16° degrés sur au moins un de ses axes.
7. Lunette selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un deuxième micro-afficheur vidéo (MA2) affichant un deuxième objet, un deuxième oculaire (OC2) associé au deuxième micro-afficheur vidéo et formant une deuxième image du deuxième objet à l’infini et un deuxième guide de lumière à expansion de pupille (PE2) comprenant au moins deux deuxièmes faces planes et parallèles, le deuxième guide de lumière à expansion de pupille (PE2) étant agencé optiquement en aval du deuxième oculaire et adapté pour étendre une pupille du deuxième oculaire dans deux directions de l’espace et pour superposer la deuxième image sur la première image et sur le paysage extérieur.
8. Lunette selon la revendication précédente, dans laquelle le deuxième micro- afficheur est un micro-afficheur à basse consommation électrique comparativement au premier micro-afficheur.
9. Lunette selon la revendication précédente, dans laquelle le deuxième objet est un point rouge ou un symbole lumineux.
10. Lunette selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, comprenant une batterie alimentant la caméra, le premier et le deuxième micro-afficheur vidéo et un processeur, ledit processeur étant configuré pour faire fonctionner la lunette selon deux modes consistant à :
- dans un premier mode, alimenter le premier micro-afficheur vidéo et ne pas alimenter le deuxième micro-afficheur vidéo ou alimenter le premier et le deuxième micro-afficheur (MA1 , MA2) lorsqu’une capacité de la batterie est supérieure à une limite prédéterminée ou lorsque l’utilisateur le choisi, par exemple en pressant un organe de commande (IC) déporté sur ladite structure mécanique,
- dans un second mode, alimenter le deuxième micro-afficheur vidéo et ne pas alimenter le premier micro-afficheur vidéo lorsqu’une capacité de la batterie est inférieure à la limite prédéterminée, ou lorsque le processeur détecte un dysfonctionnement du premier afficheur, ou lorsque l’utilisateur le choisi, par exemple en pressant un organe de commande (IC) déporté sur ladite structure mécanique.
11. Lunette selon la revendication précédente, dans laquelle la limite prédéterminée correspond à une autonomie de la batterie dans le premier mode de fonctionnement inférieure à 1 h d’utilisation.
12. Lunette selon l’une quelconque des revendications 7 à 11 , dans laquelle le premier micro-afficheur émet un rayonnement dans une première gamme spectrale et le deuxième micro-afficheur émet un rayonnement dans une deuxième gamme spectrale, disjointe de la première gamme spectrale ou les premier et le deuxième micro-afficheurs (MA1 , MA2) émettent un rayonnement dans une même gamme spectrale mais présentant une polarisation croisée.
13. Lunette selon l’une quelconque des revendications 7 à 12, dans laquelle une structure du premier et du deuxième guide de lumière à expansion de pupille (PE1 , PE2) est adaptée de manière à ce qu’un encombrement (Dxl Dx2) du respectivement premier et deuxième guide de lumière à expansion de pupille (PE1 , PE2) selon l’axe x soit inférieur à 2 cm.
14. Lunette selon la revendication précédente, dans laquelle un agencement du premier et du deuxième guide de lumière à expansion de pupille (PE1 , PE2), de la caméra (Cl), du premier oculaire et du premier micro-afficheur vidéo (MA1 ), du deuxième oculaire et du deuxième micro-afficheur vidéo (MA2) est adapté de manière à ce qu’un encombrement (Dtx) de la lunette selon l’axe x soit inférieur à 16 cm.
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