Instrument optique de pointage en hausse d'une arme de tir direct La présente invention concerne un instrument optique destiné à assurer le pointage en hausse et en site des armes de tir direct, soit qu'il s'agisse d'armes pointées à l'épaulé (fusil, lance-roquettes, ... ) ou d'armes pointées sur affût avec des volants de pointage (canons sans recul, rampes ou tubes de lancement de roquettes, canons avec recul, ...).
On connaît des télémètres à coïncidence à champs séparés qui comprennent deux objectifs ayant des distances focales inégales et des moyens de juxtaposer des portions complémentaires des champs des deux objectifs de part et d'autre d'une ligne de séparation. Dans l'utilisation éventuelle de ce type de télémètre à coïncidence, on fait tourner le télémètre autour d'un axe de rotation perpendi culaire au plan contenant les axes optiques des objectifs et le but jusqu'à ce que l'on obtienne la coïncidence ou plus exactement la juxtaposition des deux images du but produites par les objectifs en un point du champ de part et d'autre de la ligne de séparation et l'angle de rotation mesure la dis tance.
On verra plus loin que dans ces télémètres connus, dans lesquels les deux objectifs sont tous les deux dénués de distorsion, l'angle de rotation du télémètre nécessaire pour produire la coïnci dence ou angle de télémétrie est lié à la dis tance du but par une relation hyperbolique.
On sait d'autre part que la hausse à donner à une arme pour tirer sur un but est représentée par un polynôme entier de la distance de ce but. Ce polynôme peut généralement être restreint au se cond degré et il en résulte que l'angle de hausse est lié à la distance du but par une relation para bolique.
L'objet de l'invention est de realiser un instru ment optique de pointage en hausse ou télémètre dans lequel l'angle de télémétrie soit égal à l'angle de hausse dans, une gamme donnée de distances.
L'invention a pour objet un instrument optique de pointage en hausse d'une arme de tir direct, ladite arme ayant un angle de hausse (3d relié à la distance d'un but par une relation polynômiale (3d <I>=</I> kld .1.. k2d2 comprenant une base solidaire de l'arme, située dans un plan vertical passant par l'axe du tube de l'arme et faisant, avec la direction perpendiculaire à l'axe du tube situé dans ledit plan vertical, un angle au moins approximativement égal à l'angle de hausse (3d,
de l'arme pour une distance do déterminée, un premier et un second objectifs avant des distances focales fld et f2d inégales et des axes optiques parallèles entre eux et perpendiculaires à la base de l'instrument, un oculaire, et des moyens pour juxtaposer des parties complémentaires des champs des deux objectifs de part et d'autre d'une ligne de séparation de façon à obtenir un champ total vu partiellement à travers un objectif et par tiellement à travers l'autre objectif,
dans lequel les distances focales fld et f2d des objectifs sont liées à la distance d d'un but pour lequel a lieu la coïncidence des images par la relation
EMI0002.0001
dans laquelle 8 et (8 - b) désignent respectivement les distances entre les axes optiques de l'objectif le plus éloigné et de l'objectif le plus rapproché de l'arme et l'axe du tube de l'arme et<I>do</I> la distance d'un but dont les images à travers les deux objectifs se forment sur l'axe de chaque objectif, et sont ainsi en coïncid.nce au centre du champ total,
le tout de façon que, dans une gamme donnée de distances, l'angle dont il faut tourner l'instrument, en partant de la coïncidence des deux images d'un but à la distance do , pour obtenir la coïncidence des deux images d'un but à la distance d, soit égal à la hausse Pd pour cette distance.
On peut donc dire que dans l'instrument selon l'invention, on a réalisé la condition de couplage hausse - distance .
Dans le dessin annexé, une forme d'exécution de l'instrument de pointage en hausse selon l'inven tion est représentée à titre d'exemple.
La fig. 1 est un schéma géométrique expliquant le fonctionnement d'un télémètre à coïncidence classique.
La fig. 2 représente celui des objectifs de ladite forme d'exécution qui est entaché de distorsion. Les fig. 3 et 4 sont des schémas optiques de cette forme d'exécution, respectivement en projec tion verticale et en projection horizontale.
La fig. 5 représente l'aspect du champ de cette forme d'exécution, tel qu'il est vu à travers l'ocu laire.
La fig. 6 montre des courbes expliquant son fonctionnement ; et la fig. 7 la représente montée sur un lance- roquettes.
En se référant d'abord à la fig. 1, soit, dans un plan vertical, LI et Lj les deux objectifs, X'AX l'arme à laquelle est associé le télémètre, X'X étant la direction du canon de l'arme. Le télémètre est défini par les distances focales f ld et f2d des objectifs, la distance b entre les centres des objectifs et la distance s entre l'arme et l'objectif le plus éloigné de l'arme.
Soit Mo un but situé à la distance do choisie pour qu'il y ait coïncidence des images au centre commun des deux champs, c'est-à-dire pour que les deux images de M" à travers LI et L@ soient toutes deux sur les axes optiques y1 et y2 des objectifs.
Pour assurer cette coïncidence, il suffit de placer devant LI et L2 respectivement des prismes 3 et 4 donnant des déviations
EMI0002.0040
Si l'on veut maintenant établir la coïncidence des images en un autre point du champ pour un but M à la distance d, il faut faire tourner l'ensemble du télémètre et de l'arme d'un certain angle i pour rétablir cette coïncidence. Pour simplifier la fia. 1, on a supposé que l'arme et le télémètre restaient dans la même position et que le but M était déplacé d'un angle i.
Plaçons sur la droite AM un point M'o à la distance d,, de A et désignons par al, a1, y1 , y2 les angles suivants ai = MLIMo a2 = ML-,Mo y1 = MLIM, 72 = ML2Mô On voit sur la fig. 1 que al = i - y1 (approximativement)
EMI0002.0057
a2 = i - y2 (approximativement)
EMI0002.0060
d'où
EMI0002.0061
La relation qui exprime la coïncidence dans le champ commun des deux images est hld <I>=</I> h9d <I>=</I> hd <I>=</I> alfld = U2f.a (3) où hid et h2. sont respectivement les distances de l'image du but au centre du champ de chaque objectif et hd la distance des deux images coïnci dentes du but au centre du champ du télémètre.
Des relations. (1), (2) et (3), on tire
EMI0002.0076
EMI0003.0001
En remplaçant i par sa valeur tirée de (5) dans les équations (1) et (2), on obtient
EMI0003.0002
Il résulte des formules précédentes que si la coïncidence se produit au centre du champ pour un but Mo situé à la distance do dans une direction donnée, par exemple perpendiculaire à la base du télémètre, il est nécessaire, si l'on veut rétablir la coïncidence pour un autre but M situé à la dis tance d dans la même direction, de faire tourner le télémètre d'un angle<I>i</I> qui est relié à la distance <I>d</I> par la formule (5).
En outre, les rayons lumineux provenant du but à la distance d tombent sur l'objectif Ll avec l'angle al et sur l'objectif L2 avec l'angle a2, ces. deux angles dépendant de la dis tance<I>d.</I> Si fld et f2d sont tous les deux dénués de distorsion, c'est-à-dire s'ils ne dépendent pas de l'angle d'incidence des rayons lumineux et par suite de la distance, l'angle i (angle de télémétrie) est une fonction hyperbolique de la distance d.
Dans le but de réaliser la condition de couplage entre la hausse et la distance, il est nécessaire que M,AX = (ldo MAX =<B><I>Pd</I></B> <I>i</I> = MoAM =<I>Pd o - Pd</I> relations dans lesquelles (3d et (3do représentent les hausses à donner à l'arme pour tirer sur des buts situés, respectivement, aux distances d et do.
Les formules (4) et (5) deviennent alors
EMI0003.0023
Si fld et f2d sont orthoscopiques, (3d est une fonction hyperbolique de la distance. Cette fonction est représentée, pour un modèle déterminé de télé mètre par la courbe III de la fig. 6.
La hausse (3d à donner à l'arme pour tirer sur un but situé à la distance d peut se développer, en série de la distance, par la formule <B><I>Pd</I></B> - + k @d2 + k3ds .+ .. . (6) Il résulte de cette formule (6), où k1 , 4, k3 ...
sont des coefficients constants, que la hausse (3d est une fonction parabolique d'ordre n de la distance et, dans la pratique en négligeant les termes à partir du troisième ordre, une fonction du second degré de la distance. Cette fonction est représentée, pour une arme et un projectile particuliers, par la courbe I de la fig. 6.
La condition de couplage hausse - distance s'obtient en remplaçant (3d, et<I>Pd</I> par leurs valeurs tirées de (6) dans l'équation (4'), ce qui donne
EMI0003.0047
On voit que le rapport des distances focales est une fraction rationnelle de la distance.
Cette formule, dans laquelle on suppose par exemple f.,d orthoscopique, donne la distorsion de f <B>1d</B> en fonction de la distance<I>d.</I>
A titre d'exemple, on suppose que l'on ait à construire un télémètre pour une arme dont le pro- jectile a une courbe de hausse donnée par la for mule (6) dans laquelle k1 = 1,897 10-4 k2 = 1,434 10-7 la hausse (3d étant exprimée en radians et la dis tance d en mètres.
Si la dispersion de ce projectile est de l'ordre d'un millième de radian pour des distances comprises entre zéro et 300 mètres, le télémètre devra être assez précis pour que la hausse télémétrée s'identifie à la hausse théorique à un millième de radian près pour des distances inférieures à 300 mètres.
Nous donnons le tableau dis données suivantes f2d = 0,10 m b = 0,30 m â = 0,35 m d,, = 300 m La formule (7) devient alors
EMI0004.0009
et elle exprime la valeur de la distance focale enta chée de distorsion fld en fonction de la distance d.
Par exemple, si la distance d est égale à 83 mètres, le dénominateur de l'équation (8) est égal à al; 83 = 41,16 -I- 11,93 - 3,04 = 50,05 millièmes de radian le numérateur est égal a2;83 = 41,16+11, - 0,44 = 52,65 millièmes de radian et f,;
,, est égal à
EMI0004.0020
Comme c'est seulement le rapport qui est donné par l'équation (7), au lieu de considérer
EMI0004.0022
f 1d comme variable avec d et f2d comme constant, il est possible de considérer les deux distances focales fld et f2d comme toutes deux variables avec<I>d.</I> En remarquant que le numérateur et le dénominateur de l'équation (7) sont divisibles par (d - do), cette équation peut s'écrire
EMI0004.0030
et l'on peut prendre comme expressions de<B>f l,</B> et f,
d les expressions suivantes fla <I>= k</I> [k1 <I>+</I> k2 <I>(d</I> + <I>do) - (â -</I> b)/ddo] (10) fzd <I>= k</I> [k1 + k2 <I>(d</I> + <I>do) -</I> /ddo] (11) dans lesquelles k est un coefficient constant.
Si par exemple k = 2,718 10-3 on obtient f1 ; 300 = 101,25 millimètres f2; 300 = 100 millimètres et f1 ; a3 = 89,25 millimètres f.;83 = 84,84 millimètres Un moyen non limitatif d'obtenir cette distorsion consiste à placer dans le champ donné par un objectif sans distorsion, un groupe optique com portant une surface de collage entre deux lentilles ayant même axe que ledit objectif et une face sphérique commune de petit rayon de courbure et travaillant de la façon suivante :
l'image donnée par l'objectif sans distorsion qui précède ce groupe optique se forme près de l'un des points aplanétiques dudit groupe et l'image que ce groupe donne lui- même de cette première image se forme près du second point aplanétique. Dans ces conditions, les aberrations dites sphériques, de coma et d'astigma tisme ne sont pas substantiellement modifiées.
La fig. 2 représente schématiquement l'ensemble du système optique entaché de distorsion dont la distance focale principale a pour valeur fld = 101,25 millimètres Le diaphragme pupille d'entrée Dl se trouve à une distance x1 en avant de l'objectif sans distor sion<B>01</B> formé d'un ensemble de deux lentilles collées entre elles sur leur face commune et ayant des rayons respectifs r1, r'1, r'1 (r'1 étant le rayon commun des faces collées) et des épaisseurs res pectives el et<I>e',</I> . e;
représente l'équivalent en air de l'épaisseur de verre constituée par les prismes non représentés sur la fig. 2, mais qui sont vus sur les fig. 3 et 4. 02 est le groupe optique ou doublet dont il a été question ci-dessus, il est formé par les deux lentilles 15 et 16 collées l'une avec l'autre le long de leur face commune, cette face ayant un faible rayon r2. La face avant de la lentille 15 a un rayon r2 et la face arrière de la lentille 16 qui est plane est collée à un prisme P4 dont il sera question plus loin.
Les épaisseurs respectives des lentilles 15 et 16 sont e., et<I>e'..</I> x., enfin désigne la distance entre l'objectif 0l et le doublet 0.,.
L'image d'un point à l'infini se forme sur la face de sortie du doublet<B><U>0..</U></B>
Le tableau ci-dessous donne les caractéristiques dimensionnelles et optiques du système optique entaché de distorsion.
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Elément <SEP> Epaisseurs <SEP> et <SEP> Constringence
<tb> <U>optique <SEP> Rayons <SEP> en <SEP> mm <SEP> distances <SEP> en <SEP> mm <SEP> Indice <SEP> du <SEP> verre <SEP> du <SEP> verre</U>
<tb> x1 <SEP> = <SEP> 132
<tb> r1 <SEP> = <SEP> 56,55 <SEP> el <SEP> = <SEP> 7,75 <SEP> <I>nd <SEP> =</I> <SEP> 1,500 <SEP> v <SEP> = <SEP> 61
<tb> <B>01</B> <SEP> r', <SEP> = <SEP> - <SEP> 32,73 <SEP> e'1 <SEP> = <SEP> 1,90 <SEP> <I>nd <SEP> =</I> <SEP> 1,620 <SEP> v <SEP> = <SEP> 36
<tb> - <SEP> 96,52
<tb> e3 <SEP> = <SEP> 39,52 <SEP> <I>nd <SEP> =</I> <SEP> 1,518 <SEP> v <SEP> = <SEP> 64
<tb> x2 <SEP> = <SEP> 76,31
<tb> 0r2 <SEP> = <SEP> - <SEP> 105 <SEP> e2 <SEP> = <SEP> 2 <SEP> <I>nd <SEP> =</I> <SEP> 1,
620 <SEP> v <SEP> 60
<tb> 2 <SEP> r' <SEP> = <SEP> 5,577 <SEP> e'2 <SEP> = <SEP> 9,43 <SEP> nd <SEP> = <SEP> 1,518 <SEP> v <SEP> = <SEP> 64 Les fig. 3 et 4 montrent l'organisation générale du télémètre. Les deux fenêtres Fl et F21 sont à une distance l'une de l'autre égale à la base, soit 0,30 m.
Le faisceau supérieur 1 relatif au système optique entaché de distorsion traverse successive ment - la fenêtre d'entrée FI ; - le prisme pentagonal Pl ; - le diaphragme-pupille d'entrée Dl de dia mètre égal à 7,5 mm ; - l'objectif 01 ; - le prisme en toit P2 dont la fonction est de redresser l'image ; - le prisme rhomboédrique P3 dont le rôle est de décaler latéralement le faisceau 1 après déviation par le prisme P2 pour le mettre en coïncidence avec le faisceau 2, après traver sée par ce dernier du prisme séparateur P comme il va être vu ci-après ; - le doublet Oz générateur de distorsion;
- les prismes séparateurs de champs P, et P ; - l'oculaire Oc.
L'ensemble des objectifs<B>0,</B> et O, constitue l'ob- j--etif Ll de la fig. 1 et c'est cet ensemble qui a une distance focale fld qui est fonction de la dis tance. Le faisceau inférieur 2 correspondant au corps de pointage non entaché de distorsion traverse suc cessivement - la fenêtre d'entrée F21 ; - l'objectif 021 ; - le système redresseur, dit de Porro, constitué par les prismes P21 et P ; - l'oculaire Oc.
Les prismes P4 et P sont collés et une partie de leur surface commune 5 est rendue réfléchissante, l'autre partie 6 étant non réfléchissante, de façon que le champ présente l'aspect de la fig. 5. Il est possible, quoique non indispensable, de graver une échelle 10 sur les bords du rectangle 6.
L'objectif<B>0.1</B> du corps de pointage non entaché de distorsion a, comme il a été dit, une distance focale de 100 mm et sa distorsion est négligeable pour toute l'étendue du champ de télémétrie.
L'oculaire Oc de distance focale 28,6 mm cons titue avec 02, une lunette afocale de grossissement 3,5 et de champ total 150 millièmes ; les caractéris tiques classiques et bien connues de ce système n'ont pas besoin d'être décrites.
Les résultats concernant le télemètre de l'exem ple précédent sont rassemblés dans le tableau sui vant
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<I>ha</I> <SEP> en <SEP> mm <SEP> <I>fld</I> <SEP> en <SEP> mm <SEP> <I>d</I> <SEP> en <SEP> m <SEP> (3d <SEP> en <SEP> millièmes <SEP> (3 <SEP> théorique
<tb> en <SEP> millièmes
<tb> - <SEP> 1 <SEP> 101,31 <SEP> 344,7 <SEP> 81 <SEP> j <SEP> 82,43
<tb> <B><I>-0,5</I></B> <SEP> 101,265 <SEP> i <SEP> 320,4 <SEP> 76 <SEP> 75,5
<tb> 0 <SEP> 101,25 <SEP> 300 <SEP> 71 <SEP> 69,8
<tb> 0,5 <SEP> 10<B>1</B>,265 <SEP> 282,2 <SEP> 66 <SEP> 65
<tb> 1 <SEP> 10<B>1</B>,31 <SEP> 265,6 <SEP> 61 <SEP> 60,5
<tb> 1,5 <SEP> 101,39 <SEP> 249 <SEP> 56 <SEP> 56,1
<tb> 2 <SEP> 10<B><I>1</I></B>,5 <SEP> 231,7 <SEP> 51 <SEP> 51,65
<tb> 2,39 <SEP> 101,6 <SEP> 218 <SEP> 48 <SEP> 48,20
<tb> 4,
5 <SEP> 103,14 <SEP> 126,6 <SEP> 26 <SEP> 26,3
<tb> 5,33 <SEP> 105,16 <SEP> 83 <SEP> 17,7 <SEP> 16,7
<tb> 5,45 <SEP> 105,64 <SEP> 76,8 <SEP> 16,5 <SEP> 15,5
<tb> 5,56 <SEP> 106,14 <SEP> 71,2 <SEP> 15,4 <SEP> 14
<tb> <B>1 <SEP> 1</B> Sur la fig. 6, trois courbes de hausse (id en fonction de la distance d ont été représentées - la courbe I est la courbe donnant la hausse théorique ; - la courbe II est la courbe donnant Pd télé- métrée avec l'instrument décrit ; - la courbe III correspond à la courbe de hausse pour le télémètre sans distorsion.
La comparaison des courbes II et III suffit à faire comprendre l'intérêt du télémètre décrit. Lors- qu'il n'y a pas de distorsion, le couplage hausse distance n'est acceptable que pour l'étendue 275 m - 325 m alors que le télémètre décrit est utilisable pour l'arme considérée entre 70 m et 350 m.
Bien entendu, on peut faire correspondre le corps de pointage non entaché de distorsion au faisceau supérieur 1 ; dans ce cas, la distorsion sera en sens inverse et pour l'obtenir il suffit d'inverser les in dices du doublet 02 et de lui donner une puissance et une courbure appropriées.
Pratiquement le doublet 02 peut produire une distorsion relative, avec des aberrations résiduelles acceptables, comprise entre 5 et 10'%, ce qui per met de résoudre tous les problèmes pratiques de couplage hausse - distance qui peuvent se pré senter.
La fig. 7 montre l'instrument de pointage 7 monté sur le tube 8 d'un lance-roquettes. On aper çoit en 9 l'oculaire et en 1 et 2 les faisceaux lumi neux tombant respectivement sur l'objectif entaché de distorsion et sur l'objectif ne présentant pas de distorsion.
On a vu que, pour la distance do du but, les images du but coïncidaient au centre du champ et que la hausse Pdo était alors celle du but à la distance <I>do .</I> Pour que les distances d'un but à la distance do se forment à travers les deux objectifs au centre du champ, on peut placer, comme il a été décrit en relation avec la fig. 1, deux prismes respectivement devant les deux objectifs, les angles de déviation de ces prismes ayant les valeurs si et<B>E2</B> précédemment indiquées.
Dans ce cas, l'angle que fait la monture de l'instrument avec la perpen- diculaire à l'axe du tube de l'arme est (3d,, la mon ture étant ainsi légèrement inclinée vers la bouche du tube.
Si l'on appelle a l'angle de la monture de l'instrument avec la perpendiculaire à l'axe du tube située dans le plan vertical, on a entre les angles de déviation s1 et e2, l'angle i# et la hausse Pd, pour la distance do les relations suivantes
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Si l'on prend e <I>=</I> (3d,, comme dans le cas précédent, on retrouve pour<B>El</B> et E2 les valeurs indiquées précédemment.
Mais on voit que l'on peut aussi monter le télémètre rigoureusement perpen diculaire au tube de l'arme, auquel cas al et e2 sont donnés par les équations précédentes où l'on fait i# = 0. Enfin, en donnant à - & une valeur convenable, on peut faire l'économie d'un des prismes 3 et 4.
Si l'on veut supprimer le prisme 4, il suffit de faire e1 = 0 , d'où
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et si l'on veut supprimer le prisme 3 il suffit de faire s2 = 0 , d'où
EMI0006.0062
La pièce 12 en forme de coin de la fig. 7 per met de donner une inclinaison réglable entre le télémètre et le tube de l'arme.
Le champ de l'instrument est représenté par la fia. 5.
Les rayons provenant de l'objectif entaché de distorsion passent à travers la partie non réfléchis sante 6 et parviennent dans la fenêtre 11 du champ. Les rayons provenant de l'objectif non distordu entaché de distorsion sont réfléchis par la partie réfléchissante 5 et parviennent dans la partie 13 du champ. Le char 17 vu dans le champ est bien situé à 250 mètres puisque ses images partielles dans 11 et dans 13 coïncident (ou plus exactement forment une image complète continue) et la hausse est cor rectement réglée. Par contre, le char 14 n'est pas à 150 mètres et la hausse est incorrectement réglée puisque les deux images partielles ne coïncident pas.
L'utilisateur de la fig. 7 doit faire tourner son arme jusqu'à que cette coïncidence ait lieu.