FR2589255A1 - Viseur sans distorsion utilisant des composants holographiques et procedes de realisation desdits composants holographiques - Google Patents
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Abstract
VISEUR A GRAND CHAMP D'OBSERVATION. VISEUR COMPORTANT UN DISPOSITIF DE TRANSPORT D'IMAGE D PRESENTANT UNE PUPILLE DE SORTIE P3 ET FORMANT D'UNE IMAGE I A OBSERVER UNE IMAGE INTERMEDIAIRE I AU FOYER F D'UN OCULAIRE CONSTITUE PAR UN MIROIR SPHERIQUE M DE MEME AXE OPTIQUE XX QUE LE DISPOSITIF DE TRANSPORT D'IMAGE D TANDIS QU'UN ELEMENT HOLOGRAPHIQUE H DE DEVIATION DE FAISCEAUX EST PLACE AUDIT FOYER F DE MIROIR SPHERIQUE M. SELON L'INVENTION, LADITE IMAGE INTERMEDIAIRE I EST FORMEE SUR LA SURFACE FOCALE S DE L'OCULAIRE, ET L'ELEMENT HOLOGRAPHIQUE DE DEVIATION DE FAISCEAUX EST DISPOSE SUR UN SUPPORT S'APPUYANT SUR LADITE SURFACE FOCALE S ET, EN ASSOCIATION AVEC LE MIROIR SPHERIQUE M, IL CONJUGUE DE FACON STIGMATIQUE LA PUPILLE DE SORTIE P3 DU DISPOSITIF DE TRANSPORT D'IMAGE D AVEC LA PUPILLE DE SORTIE P1 DU VISEUR. APPLICATION NOTAMMENT AUX INSTRUMENTS DE VISION NOCTURNE A INTENSIFICATION DE LUMIERE.
Description
"VISEUR SANS DISTORSION UTILISANT DES COMPOSANTS HOLOGRA-
PHIQUES ET PROCEDES-DE REALISATION DESDITS COMPOSANTS
HOLOGRAPHIQUES"
La présente invention concerne un viseur comportant un dispositif de transport d'image présentant
une pupille de sortie et formant d'une image à obser-
ver une image intermédiaire à un foyer d'un oculaire cons-
titué par un miroir sphérique de même axe optique que le dispositif de transport d'image, ledit foyer étant associé à au moins une pupille de sortie du viseur située en dehors de l'axe optique commun au miroir sphérique et au dispositif de transport d'image, tandis qu'un élément holographique de
déviation de faisceaux est placé audit foyer du miroir sphé-
rique. Elle concerne également un procédé de réalisation d'un élément holographique de déviation de faisceaux pour la mise en oeuvre du viseur selon l'invention. Elle concerne
encore un procédé de réalisation d'un miroir sphérique holo-
graphique pour la mise en oeuvre du viseur selon l'invention.
L'invention trouve une application parti-
culièrement avantageuse dans le domaine des instruments de vision nocturne à intensification de lumière tels que jumelles de pilotage d'hélicoptères ou de véhicules, épiscope de conduite de véhicules blindés, jumelles d'observation et de
tir, dispositifs de visualisation de caméras thermiques, etc...
La demande de brevet français n 2 406 216 décrit un viseur conforme au préambule, dans lequel l'élément holographique de déviation de faisceaux est plan et placé dans le plan focal du miroir sphérique. Ce type de viseur présente l'inconvénient que l'élément holographique de déviation de faisceaux introduit des distorsions qui viennent s'ajouter à l'aberration sphérique importante du miroir sphérique, de sorte que l'image fournie par l'ensemble du viseur est entachée de déformations qu'il est nécessaire de minimiser en plaçant, entre le miroir sphérique et la
pupille de sortie du viseur, des composants optiques sup-
plémentaires. Outre qu'ils conduisent à une augmentation du coût et du poids du viseur, ces composants optiques supplémentaires ont également pour inconvénient de réduire le tirage oculaire, avec pour conséquence l'impossibilité
pour l'observateur de porter des lunettes.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un viseur exempt de distor- sions et offrant un grand tirage oculaire. L'invention est basée sur l'idée que l'on peut corriger les aberrations
-Introduites par le miroir sphérique.
En effet, selon la présente invention, un viseur comportant un dispositif de transport d'image présentant au moins une pupille de sortie et formant d'une image à observer une image intermédiaire à un foyer d'un oculaire constitué par un miroir sphérique de même axe optique que le dispositif de transport d'image, ledit foyer étant associé à au moins une pupille de sortie du viseur située en dehors de l'axe
optique commun au miroir sphérique et au dispositif de trans-
port d'image, tandis qu'un élément holographique de déviation de faisceaux est placé audit foyer du miroir sphérique, est notamment remarquable en ce que ladite image intermédiaire est formée sur la surface focale de l'oculaire, et en ce que l'élément holographique de déviation de faisceaux est disposé sur un support s'appuyant sur ladite surface focale et qu'en association avec le miroir sphérique et il conjugue de façon stigmatique la pupille de sortie du dispositif de transport
d'image avec la pupille de sortie du viseur.
Ainsi, l'élément holographique de déviation de faisceaux, que l'on peut aussi appeler hologramme de champ car il est placé à l'endroit de l'image intermédiaire, ne contribue pas à la formation des images, mais seulement à la conjugaison des pupilles. Il n'introduit de ce fait aucune
distorsion de l'image finale. De plus, le viseur selon l'in-
vention possède un grand champ d'observation, en particulier dans le sens horizontal, qui se prête bien aux applications
envisagées plus haut.
Dans le but de dégager la surface focale du champ de vue de l'observateur, il y a avantage à ce que la pupille de sortie du viseur soit relativement écartée de
l'axe optique de l'oculaire. Dans ces conditions, l'aberra-
tion sphérique du miroir sphérique peut devenir assez impor-
tante au point de créer au foyer du miroir un astigmatisme inacceptable. Afin de corriger cet astigmatisme, on peut
tirer parti de la conjugaison des pupilles assurée par l'ho-
logramme de champ en prévoyant qu'une lame de Schmidt excen-
trée est disposée dans le plan de la pupille de sortie du dispositif de transport d'image et non dans le plan de la pupille de sortie du viseur, avec l'avantage d'éviter la présence d'élément correcteur devant l'oeil et de conserver
un long tirage oculaire.
Un autre avantage de l'invention réside dans le fait qu'elle permet une vision bioculaire, conséquence de la symétrie de révolution du viseur. Dans ce but, il est prévu que l'élément holographique de déviation de faisceaux fournit deux faisceaux déviés dans des directions symétriques
par rapport à un plan de symétrie du viseur passant par le-
dit axe optique commun au miroir sphérique et au dispositif de transport d'image. L'oculaire est alors commun aux deux
voies et les deux images sont parfaitement superposables.
L'invention permet également d'augmenter le dia-
mètre de la pupille de sortie du viseur et d'offrir une
plus grande latitude de déplacement de l'oeil derrière l'o-
culaire. Cette propriété est particulièrement intéressante pour des jumelles de conduite de véhicules tout terrain par exemple, car il est très difficile dans ces conditions
de conserver l'oeil dans la pupille du viseur avec le ris-
que de perdre brutalement la perception de la totalité du
champ de vision. Ainsi, on prévoit que l'élément hologra-
phique de déviation de faisceaux fournit des images multiples
de la pupille de sortie du dispositif de transport d'image.
Ces images multiples correspondent à une multiplicité de pupilles d'entrée du viseur et donc, par conjugaison, à
une multiplicité de pupilles de sortie.
Afin de permettre l'observation du monde extérieur en dehors du champ du viseur, on envisage que le miroir sphérique est un miroir dichroïque déposé sur le même support de telle façon qu'il soit réfléchissant pour une longueur d'onde donnée et transparent aux autres longueurs d'onde. En particulier,
ledit miroir sphérique est un miroir holographique.
L'invention fournit également un procédé de réalisation d'un élément holographique de déviation de faisceaux pour la mise en oeuvre d'un viseur selon l'invention, remarquable en ce que l'enregistrement dudit élément holographique est effectué en utilisant, d'une part, comme onde objet une onde
sphérique convergente dont le foyer est le centre de la pu-
pille de sortie du dispositif de transport d'image et, d'autre part, comme onde de référence une onde sphérique divergente dont le foyer est le centre de la pupille de sortie du viseur,
ladite onde de référence étant réfléchie par le miroir sphéri-
que. Nous montrerons plus loin que l'avantage essentiel de ce procédé est de prendre en compte l'aberration sphérique
du miroir sphérique lors même de l'enregistrement.
L'invention décrit, en outre, un procédé de réalisation d'un miroir sphérique holographique pour la réalisation d'un viseur selon l'invention, remarquable en ce qu'il comporte les opérations suivantes: a) on dispose à la place du miroir sphérique holographique un miroir primaire étalon, de même rayon, métallisé sur
sa face utile.
b) on éclaire ledit miroir primaire étalon par une onde sphérique divergente dont le foyer est le centre de la
pupille de sortie du viseur.
30. c) on enregistre sur un hologramme auxilliaire l'onde ré-
fléchie par le miroir sphérique primaire en utilisant
comme onde de référence une première onde plane.
d) après développement, on remet en place ledit hologramme auxilliaire et on remplace le miroir sphérique primaire par le support du miroir sphérique holographique de façon
que la surface photo-sensible de ce dernier occupe exac-
tement la même place que ladite face utile du miroir sphérique-primaire. e) on restitue l'hologramme auxilliaire par une deuxième onde plane de même direction que ladite première onde plane, mais se dirigeant en sens contraire, de manière à restituer l'image pseudoscopique du miroir sphérique primaire, tandis que l'on crée une onde stigmatique convergente dont le foyer est le centre de la pupille
de sortie du viseur.
Comme on le montrera plus tard, ce procédé offre l'avantage d'assurer une bonne réflectivité sélective tout
en veillant à ce que du point de vue des aberrations géomé-
triques le miroir holographique ainsi réalisé se comporte
exactement comme un miroir sphérique métallisé.
La description qui va suivre en regard des dessins
annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut
être réalisée.
La figure 1 est une vue en coupe d'un viseur selon
l'invention.
La figure 2 est une vue en perspective d'une lunette
comportant un viseur bioculaire selon l'invention.
La figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif de
réalisation d'un élément holographique de déviation de fais-
ceaux pour la mise en oeuvre d'un viseur selon l'invention.
La figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif de réalisation d'un miroir sphérique holographique pour la
mise en oeuvre d'un viseur selon l'invention.
La figure 5 est une vue en coupe d'une variante de
réalisation d'un viseur selon l'invention.
La figure 1 montre, en coupe, un viseur comportant un dispositif D de transport d'image, représenté ici par une lentille mince. Ce dispositif de transport d'image présente une pupille de sortie P3 et forme d'une image I à observer une image intermédiaire I' à un foyer F d'un oculaire constitué par un miroir sphérique M de même axe optique XX' que le dispositif D de transport d'image. L'image I à observer peut
être l'image directe formée par un objectif, ou encore, l'i-
mage>renforcée par un tube intensificateurde cette image directe. Le foyer F est associé à une pupille de sortie P1 du viseur, située en dehors de l'axe optique XX'. La dévia- tion vers la pupille de sortie P1 des faisceaux provenant
du dispositif D de transport d'image est assurée par un élé-
ment holographique H de déviation de faisceaux placé au foyer F du miroir sphérique M. Par ailleurs, le miroir sphérique M possède une surface focale S, elle-même sphérique et centrée sur le centre de courbure du miroir M. Comme on peut le voir à la figure 1, ladite image intermédiaire I' est formée sur ladite surface focale S alors que, d'autre part, l'élément holographique H de déviation de faisceaux est disposé sur un
support s'appuyant sur la surface focale S et qu'en associa-
tion avec le miroir sphérique M, il conjugue de façon stigmatique la pupille de sortie P3 du dispositif D de transport d'image avec la pupille de sortie P1 du viseur. Ainsi tous les rayons issus du centre 03 de la pupille P3 semblent provenir d'un point 02, centre de la pupille d'entrée P2 de l'oculaire et
image du centre 01 de la pupille de sortie P1 du viseur.
En d'autres termes, l'élément holographique H est un holo-
gramme de champ qui conjugue les pupilles P3 et P2, sans participer à la formation des images. Il n'introduit donc
aucune distorsion de l'image.
Le viseur selon l'invention présente un grand champ
d'observation. La Demanderesse a montré que le champ hori-
zontal pouvait dépasser 60 et le champ vertical 30 .
Pour éviter que l'hologramme H de champ ne se trouve dans le champ de vue de l'observateur, il est nécessaire de placer la pupille de sortie P1 assez loin de l'axe optique XX', ce qui a pour effet d'introduire une aberration sphérique importante due au miroir sphérique M. Comme le montre la figure 1, cette aberration sphérique est corrigée, compte tenu de la conjugaison des pupilles P1 et P3, en plaçant une lame de Schmidt L excentrée dans la pupille de sortie P3 du lame de Schmidt L excentrée dans la pupille de sortie P3 du dispositif D de transport d'image plutôt que dans la pupille de sortie P1 du viseur de façon à ne pas avoir d'élément correcteur devant l'oeil et à conserver un grand tirage oculaire. Par ailleurs, il est possible d'agrandir l'anneau
oculaire du viseur en formant une pupille de sortie P1 multi-
ple à partir de la pupille P3. Dans ce but, il est prévu que l'élément holographique H de déviation de faisceaux fournit des images multiples de la pupille de sortie P3 du dispositif D de transport d.'image. La figure 1 montre en 04 et 05 les centres de deux de ces images multiples qui, après conjugaison par le miroir sphérique M, donnent plusieurs pupilles de sortie autour de 01, ce qui équivaut à un élargissement du
cercle oculaire du viseur.
L'utilisation d'un hologramme comme organe de dévia-
tion de faisceaux offre l'avantage de pouvoir construire un viseur bioculaire. Dans ce cas, et conformément à la figure 2, l'élément holographique H de déviation de faisceaux fournit
deux faisceaux FB et FB' déviés dans des directions symé-
triques par rapport au plan de symétrie du viseur défini par l'axe optique XX' et le milieu du segment B B'. On obtient alors deux pupilles de sortie P1 et P'I. L'aberration sphérique n'ayant pas le même sens pour l'oeil droit et l'oeil gauche, il est nécessaire de dédoubler la pupille de sortie P3
pour placer deux lames de Schmidt, identiques dans leur défi-
nition géométrique, mais orientées de façon différente. La figure 2 montre l'ensemble d'une lunette comportant un tel
viseur bioculaire associé à un objectif O et un tube inten-
sificateur d'image T. Quant à la réalisation de l'hologramme de champ H, la Demanderesse a montré que la solution simple qui consisterait à utiliser deux ondes sphériques de foyers 02 et 03 conduisait à une mauvaise conjugaison de 01 et de 03 dès que le champ horizontal dépasse environ 10 , ceci du fait que l'hologramme ainsi réalisé est stigmatique entre 02 et 03, mais pas entre 03 et 01 car l'image 02 de 01 donnée par le miroir sphérique est très aberrante. La Demanderesse a donc mis au point un
procédé de réalisation d'un élément holographique H de dévia-
tion de faisceaux pour la mise en oeuvre du viseur selon l'invention assurant les conditions de stigmatisme entre les points 01 et 03. Comme le montre la figure 3, ce procédé consiste à utiliser, d'une part, comme onde objet une onde sphérique convergente dont le foyer est le centre 03 de la pupille de sortie P3 du dispositif D de transport d'image et,
d'autre part, comme onde de référence une onde sphérique di-
vergente dont le foyer est le centre 01 de la pupille de sortie du viseur, ladite onde de référence étant réfléchie par le miroir sphérique. Ainsi, l'aberration sphérique du
miroir sphérique M étant prise en compte lors de l'enregis-
trement de l'hologramme, les conditions de stigmatisme entre
01 et 03 sont réalisées.
Pour obtenir un hologramme de champ donnant des i-
maes mult iples de la unille P3. on répDte l'enregistrement illustré à la figure 3 pour plusieurs positions, dans son
plan, de la pupille P3.
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'in-
vention, le miroir sphérique M est un miroir dichroique permettant l'observation du monde extérieur en dehors du
champ du viseur. Ce miroir est réfléchissant pour une lon-
gueur d'onde donnée, par exemple celle du luminophore d'un tube intensificateur d'image, et transparent aux autres longueurs d'onde. Ce miroir dichroique peut être réalisé au moyen de couches interférentielles déposées par les procédés classiques des couches minces. II peut être également un miroir holographique enregistré avec des ondes ayant la même longueur d'onde que la longueur d'onde de réflexion, par exemple la raie à O,5145/d'un laser à Argon, en association avec un luminophore vert. Le procédé de réalisation d'un tel
miroir sphérique doit tenir compte d'une double exigence.
D'abord, celle d'assurer un facteur de transmission aussi grand que possible pour le monde extérieur et un facteur de réflexion le plus élevé possible pour l'image donnée par le viseur. D'autre part, les aberrations du miroir sphérique holographique doivent être identiques à celles d'un miroir sphérique métallisé équivalent. Ces deux exigences sont conciliées par le procédé illustré à la figure 4 qui comporte les opérations suivantes: a) on dispose à la place du miroir sphérique holographique un miroir primaire étalon M, de même rayon, métallisé
sur sa face utile.
b) on éclaire ledit miroir primaire étalon M' par une onde o10 sphérique divergente dont le foyer est le centre 01
de la pupille de sortie Pl du viseur.
c) on enregistre sur un hologramme auxilliaire HO l'onde
réfléchie par le miroir sphérique primaire M'en uti-
lisant comme onde de référence une première onde plane 11.
d) après développement, on remet en place ledit hologramme auxilliaire HO et on remplace le miroir sphérique
primaire Mjpar le support du miroir sphérique hologra-
phique de façon que la surface photosensible de ce dernier occupe la même place que ladite face utile du
miroir sphérique primaire M'.
e) on restitue l'hologramme auxilliaire HO par une deuxième onde plane 12 de même direction que ladite première onde plane 11, mais se dirigeant en sens contraire, de manière à restituer l'image pseudoscopique du miroir sphérique primaire M', tandis que l'on crée une onde stigmatique convergente dont le foyer est le centre 01
de la pupille de sortie du viseur.
On enregistre ainsi dans l'épaisseur de la surface photosensible, une gélatine bichromatée par exemple, une figure d'interférence qui comporte une et une seule frange sphérique de centre C, centre du miroir sphérique, ce qui donne à l'hologramme ainsi enregistré les mêmes aberrations sphériques qu'un miroir sphérique métallisé. De part et
d'autre de cette frange centrale, les autres franges enregis-
trées présentent une déformation par rapport à une sphère de centre C. C'est du fait de cette déformation que l'on
obtient un effet Bragg prononcé pour les points 01 et 02.
L'invention ne saurait être limitée aux seuls modes de réalisation décrits ci-dessus. II est bien entendu qu'elle peut être également mise en oeuvre à l'aide de tout moyen équivalent, à la portée de l'homme de métier. En particulier, et comme le montre la figure 5, l'élément holographique H de déviation de faisceaux peut être utilisé en transmission au lieu de travailler en réflexion comme représenté à la
figure 1.
Claims (8)
1. Viseur comportant un dispositif de transport d'image présentant une pupille de sortie et formant d'une image à observer une image intermédiaire à un foyer d'un oculaire constitué par un miroir sphérique de même axe optique que le dispositif de transport d'image, ledit foyer étant associé à au moins une pupille de sortie du viseur située en dehors de l'axe optique commun au miroir sphérique et au
dispositif de transport d'image, tandis qu'un élément holo-
graphique de déviation de faisceaux est placé audit foyer
du miroir sphérique, caractérisé en ce que ladite image in-
termédiaire est formée sur la surface focale de l'oculaire, et en ce que l'élément holographique de déviation de faisceaux est disposé sur un support s'appuyant sur ladite surface focale et qu'en association avec le miroir sphérique il
conjugue de façon stigmatique la pupille de sortie du dis-
positif de transport d'image avec la pupille de sortie du viseur.
2. Viseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une lame de Schmidt excentrée est disposée dans le plan
de la pupille de sortie du dispositif de transport d'image.
3. Viseur selon l'une des revendications 1 ou 2, ca-
ractérisé en ce que l'élément holographique de déviation de faisceaux fournit deux faisceaux déviés dans des directions
symétriques par rapport à un plan de symétrie du viseur pas-
sant par ledit axe optique commun au miroir sphérique et au
dispositif de transport d'image.
4. Viseur selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, caractérisé en ce que l'élément holographique de déviation de faisceaux fournit des images multiples de la
pupille de sortie du dispositif de transport d'image.
5. Viseur selon l'une quelconque des revendications 1
à 4, caractérisé en ce que ledit miroir sphérique est un
miroir holographique.
6. Procédé de réalisation d'un élément holographique de déviation de faisceaux pour la mise en oeuvre d'un viseur
selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
l'enregistrement dudit élément holographique est effectué en utilisant, d'une part, comme onde objet une onde sphérique convergente dont le foyer est le centre de la pupille de sortie du dispositif de transport d'image et, d'autre part, comme onde de référence une onde sphérique divergente dont le foyer est le centre de la pupille de sortie du viseur, ladite onde de référence étant réfléchie par le miroir sphérique.
7. Procédé de réalisation selon la revendication 6 d'un élément holographique de déviation de faisceaux pour la mise en oeuvre d'un viseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit enregistrement est répété pour plusieurs positions, dans son plan, de la pupille de sortie
du dispositif de transport-d'image.
8. Procédé de réalisation d'un miroir sphérique holo-
graphique pour la réalisation d'un viseur selon la reven-
dication 5, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes: a) on dispose à la place du miroir sphérique holographique un miroir primaire étalon, de même rayon, métallisé
sur sa face utile.
b) on éclaire ledit miroir primaire étalon par une onde sphérique divergente dont le foyer est le centre de la
pupille de sortie du viseur.
c) on enregistre sur un hologramme auxilliaire l'onde
réfléchie par le miroir sphérique primaire en utili-
sant comme onde de référence une première onde plane.
d) après développement, on remet en place ledit holo-
gramme auxilliaire et on remplace le miroir sphérique
primaire par le support du miroir sphérique hologra-
phique de façon que la surface photosensible de ce dernier occupe exactement la même place que ladite
face utile du miroir sphérique primaire.
e) on restitue l'hologramme auxilliaire par une deuxième
onde plane de même direction que ladite première onde.
plane, mais se dirigeant en sens contraire, de manière à
restituer l'image pseudoscopique du miroir sphérique pri-
maire, tandis que l'on crée une onde stigmatique convergente dont le foyer est le centre de la pupille de sortie du viseur.
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