FR3143137A1

FR3143137A1 - Jumelles de vision nocturne

Info

Publication number: FR3143137A1
Application number: FR2213233A
Authority: FR
Inventors: Gabriel Narcy
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2022-12-13
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2024-06-14
Also published as: EP4634602A1; WO2024126594A1

Abstract

Jumelles de vision nocturne La présente invention concerne des jumelles de vision nocturne comprenant : au moins deux blocs optiques ayant chacun un axe optique, etun dispositif d’harmonisation (16) des axes optiques des deux blocs optiques, le dispositif d’harmonisation (16) comprenant deux lames optiques (20, 22) prismatiques bloquées en rotation de manière permanente et orientées l’une par rapport à l’autre et par rapport aux blocs optiques de sorte que les axes optiques des au moins deux blocs optiques soient parallèles. Figure pour l'abrégé : 3

Description

Jumelles de vision nocturne

La présente invention concerne des jumelles de vision nocturne.

Elle concerne plus particulièrement les dispositifs d’harmonisation d’axes entre les voies optiques des jumelles de vision nocturne.

Les performances de parallélisme (collimation, convergence, divergence, supravergence) des jumelles de vision nocturne contribuent directement au confort de vision de l’utilisateur et permettent de s’assurer que les jumelles altèrent le moins possible la capacité de superposition d’image œil droit / œil gauche et génèrent le moins possible de fatigue oculaire dans la durée.

Selon les typologies d’utilisateur adressées, les besoins d’harmonisation d’axe optique exprimés au travers de ces performances de parallélisme sont plus ou moins sévères (harmonisation inférieure au 1° pour les applications basse performance, et inférieure à 0,5° voire 0,3° pour les applications hautes performances).

Dans le domaine des jumelles de vision nocturne, différents dispositifs de type main libre existent. Ils présentent tous un grossissement X1 et nécessitent des harmonisations d’axe optique (autrement appelés invariant optique pour les systèmes à grossissement X1) entre les différentes entrées et sorties optique afin de ne pas perturber les sens de l’utilisateur (orientation, et confort de vision). En particulier :

- les dispositifs monoculaires, où l’utilisateur regarde d’un seul œil au travers d’un système optique, nécessitent une harmonisation d’axe optique précise entre l’entrée de l’objectif et la sortie de l’oculaire.

- les dispositifs bi oculaires où l’utilisateur regarde avec les deux yeux une image intensifiée captée par un seul objectif, nécessitent une harmonisation d’axe optique précise entre la sortie de l’oculaire droit et celle de l’oculaire gauche.

- les dispositifs binoculaires où l’utilisateur regarde au travers de deux voies optiques indépendantes comprenant chacune un tube intensificateur nécessitent une harmonisation d’axe optique précise entre les deux voies. L’utilisateur a dans ce cas une vision stéréoscopique de la scène observée.

- les dispositifs panoramiques autrement appelés « quad-eyes » où l’utilisateur regarde au travers de quatre voies intensifiées (2 voies centrales et 2 voies latérales) nécessitent à la fois une harmonisation d’axe optique précise entre les deux voies centrales, mais aussi une harmonisation d’axe précise entre les voies centrales et latérales gauche, respectivement droite.

Les jumelles classiquement disponibles sur le marché proposent un champ standard de 40° pour une ouverture numérique de F/1,2. Le marché des jumelles de vision nocturne évolue et tend vers l’augmentation des champs, de l’ouverture numérique sans perte de résolution tout en diminuant la masse des équipements. Cette évolution conduit à proposer de nouvelles architectures optiques bien plus complexes et rend plus sensibles le positionnement relatif des optiques les unes par rapport aux autres.

Or, les solutions identifiées dans l’état de l’art connu proposant des dispositifs de réglages internes à la jumelle sont difficiles à mettre en œuvre sur les nouvelles optiques à champ large et/ou à grande ouverture numérique :

Elles nécessitent des mécanismes sans jeu de plus en plus précis et stables en environnements thermique et mécanique.
Elles peuvent générer des pertes de qualité optique (résolution / FTM / distorsion) lorsque le déplacement des optiques, favorable à l’alignement d’axe, génère des aberrations optiques.
Elles peuvent conduire à des stratégies de réglage itératives nécessitant des phases de démontage et remontage des jumelles.

Il existe donc un besoin pour une solution d’harmonisation d’axe optiques pour des jumelles de vision nocturne, simple à mettre en œuvre, ne dégradant pas la qualité des images, et applicable à tous types de jumelles de vision nocturne, notamment aux jumelles de nouvelle génération présentant des optiques plus complexes à champ et ouverture numérique élargis.

A cet effet, la présente description a pour objet des jumelles de vision nocturne comprenant :

au moins deux blocs optiques ayant chacun un axe optique, et
un dispositif d’harmonisation des axes optiques des deux blocs optiques, le dispositif d’harmonisation comprenant deux lames optiques prismatiques bloquées en rotation de manière permanente et orientées l’une par rapport à l’autre et par rapport aux blocs optiques de sorte que les axes optiques des au moins deux blocs optiques soient parallèles.

Suivant des modes de réalisation particuliers, les jumelles comprennent une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :

- les deux lames optiques sont fixées l’une à l’autre, de préférence par collage ;

- les deux lames optiques sont montées dans un même barillet ;

- les deux blocs optiques appartiennent à des voies optiques différentes, une lame optique du dispositif d’harmonisation étant positionnée sur la voie optique de l’un des blocs optiques, et l’autre lame optique du dispositif d’harmonisation étant positionnée sur la voie optique de l’autre bloc optique ;

- les deux lames optiques sont inclinées d’un même angle non nul par rapport à la normale à l’axe optique de l’un des blocs optiques ;

- au moins l’un des blocs optiques comprend un objectif, au moins une lame optique du dispositif d’harmonisation étant positionnée en entrée de l’objectif du ou de l’un des blocs ;

- les jumelles sont monoculaires de sorte que les deux blocs optiques appartiennent à la même voie optique, l’un des blocs optiques étant un oculaire et l’autre bloc optique étant un objectif ;

- les jumelles sont bioculaires de sorte que les deux blocs optiques appartiennent à des voies optiques différentes, l’un des blocs optiques étant un premier oculaire et l’autre bloc optique étant un second oculaire ;

- les jumelles sont binoculaires de sorte que les deux blocs optiques appartiennent à des voies optiques différentes, l’un des blocs optiques comprenant un premier oculaire et un premier objectif, l’autre bloc optique comprenant un second oculaire et un second objectif ;

- les jumelles sont panoramiques avec quatre voies optiques parmi : une voie centrale droite, une voie latérale droite, une voie centrale gauche et une voie latérale gauche, les deux blocs optiques comprenant chacun un oculaire et un objectif, les deux blocs optiques appartenant à deux voies optiques différentes parmi les combinaisons de voies suivantes : la voie centrale droite et la voie latérale droite, la voie centrale gauche et la voie latérale gauche, et les deux voies centrales, de sorte que le dispositif d’harmonisation harmonise les axes optiques des deux voies optiques de la combinaison ;

- les jumelles comprennent deux dispositifs d’harmonisation additionnels positionnés sur les voies optiques des deux autres combinaisons de voies optiques de sorte à harmoniser les axes optiques desdites voies optiques.

La présente description a aussi pour objet un procédé d’harmonisation des axes optiques de deux blocs optiques de jumelles de vision nocturne, le procédé d’harmonisation étant mis en œuvre lors de la conception des jumelles, le procédé comprenant :

la mesure d’un défaut de parallélisme entre les axes optiques des deux blocs optiques,
la rotation de deux lames optiques prismatiques l’une par rapport à l’autre et ensemble de sorte à compenser le défaut de parallélisme mesuré,
le blocage permanent de la rotation des deux lames optiques, et
le positionnement des deux lames optiques prismatiques sur la voie optique d’au moins l’un des deux blocs optiques, les deux lames optiques formant un dispositif d’harmonisation des axes optiques des deux blocs optiques.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l’invention, donnés à titre d’exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont :

, , une représentation schématique d’un exemple de jumelles de vision nocturne comprenant deux blocs optiques sur une même voie optique et un dispositif d’harmonisation des axes optiques des deux blocs optiques,

, , une représentation schématique d’un exemple de jumelles de vision nocturne comprenant deux blocs optiques sur des voies optiques différentes et un dispositif d’harmonisation des axes optiques des deux blocs optiques,

, , une représentation schématique d’un exemple d’un dispositif d’harmonisation comprenant deux lames optiques prismatiques, les lames étant orientées l’une par rapport à l’autre de sorte à ne pas induire de déviation d’axe optique,

, , une représentation schématique similaire à la , par rapport à la , l’une des lames ayant été tournées de 180° par rapport à l’autre lame de sorte à induire une déviation d’axe maximale vers le haut,

, , une représentation schématique similaire aux figures 3 et 4, par rapport à la , les deux lames ayant été tournées ensemble de 180° de sorte à induire une déviation d’axe maximale vers le bas,

, , une représentation schématique d’un barillet dans lequel sont insérées les deux lames optiques prismatiques formant le dispositif d’harmonisation, et

, , une représentation schématique similaire à la , les deux lames ayant été inclinées par rapport à la normale à l’axe optique du bloc optique recevant le dispositif d’harmonisation.

Des jumelles 10 de vision nocturne sont illustrées schématiquement sur les figures 1 et 2.

Les jumelles 10 sont, par exemple, destinées à être montées sur un casque ou un harnais de tête. En variante, les jumelles 10 sont portées à la main par l’utilisateur.

Les jumelles 10 de vision nocturne sont tout type de jumelles de vision nocturne, notamment des jumelles monoculaires, des jumelles bioculaires, des jumelles binoculaires ou encore des jumelles panoramiques (4 voies intensifiées). Les jumelles 10 peuvent aussi être des jumelles connectées et intégrer des éléments de visualisation de données.

Comme illustré par les figures 1 et 2, les jumelles 10 comprennent au moins deux blocs optiques 12, 14 ayant chacun un axe optique A1, A2, ainsi qu’un dispositif d’harmonisation 16 des axes optiques A1, A2 des deux blocs optiques 12, 14. L’harmonisation consiste à rendre parallèles les deux axes optiques A1, A2.

Dans l’exemple illustré par la , les deux blocs optiques 12, 14 appartiennent à une même voie optique. Cela est notamment le cas pour des jumelles monoculaires où l’un des blocs optiques 12, 14 est un oculaire et l’autre bloc optique 12, 14 est un objectif.

Dans l’exemple illustré par la , les deux blocs optiques 12, 14 appartiennent à des voies optiques différentes. Cela est notamment le cas pour des jumelles bioculaires où l’un des blocs optiques 12, 14 est un premier oculaire et l’autre bloc optique 12, 14 est un second oculaire. L’harmonisation consiste, ainsi, à rendre parallèles les axes optiques A1, A2 des deux oculaires.

Cela est aussi le cas pour des jumelles binoculaires où l’un des blocs optiques 12, 14 comprend un premier oculaire et un premier objectif et l’autre bloc optique 12, 14 comprend un second oculaire et un second objectif. L’harmonisation consiste, ainsi, à rendre parallèles les axes optiques A1, A2 des deux voies optiques.

Enfin, cela est aussi le cas pour des jumelles panoramiques ayant quatre voies optiques parmi : une voie centrale droite, une voie latérale droite, une voie centrale gauche et une voie latérale gauche. Dans ce cas, un premier bloc optique 12, 14 comprend l’oculaire et l’objectif de l’une des voies, et l’autre bloc optique 12, 14 comprend l’oculaire et l’objectif d’une autre des voies, parmi les combinaisons suivantes de voies optiques : la voie centrale droite et la voie latérale droite, ou la voie centrale gauche et la voie latérale gauche, ou les deux voies centrales. L’harmonisation consiste, ainsi, à rendre parallèles les axes optiques A1, A2 des deux voies optiques de la combinaison.

De préférence, dans le cas des jumelles panoramiques, les jumelles 10 comprennent deux dispositifs d’harmonisation additionnels positionnés sur les voies optiques des deux autres combinaisons de voies optiques de sorte à harmoniser aussi les axes optiques A1, A2 desdites voies optiques. Ainsi, les voies droites sont harmonisées entre elles, les voies gauches également, ainsi que les voies centrales droite et gauche.

Comme illustré dans les exemples des figures 3 à 7, le dispositif d’harmonisation 16 comprend deux lames optiques prismatiques 20, 22. Les deux lames optiques 20, 22 ont de préférence le même angle prismatique. Les deux lames optiques 20, 22 forment, ainsi, un diasporamètre. Les deux lames optiques 20, 22 sont, par exemple, en verre ou en polycarbonate.

De préférence, l’effet prismatique induit par les deux lames 20, 22 est faible, c’est-à-dire que l’angle prismatique total des deux lames 20, 22 est faible, typiquement inférieur à 5 degrés, de préférence inférieur ou égal à 2 degrés.

Les deux lames optiques 20, 22 sont bloquées en rotation de manière permanente. L’utilisateur n’a, ainsi, pas la possibilité de faire pivoter en rotation les lames 20, 22. Les deux lames optiques 20, 22 sont par contre mobiles le cas échéant en translation.

Par exemple, les deux lames optiques 20, 22 sont bloquées en étant fixées l’une à l’autre et insérées dans un même barillet bloqué en rotation, soit en étant chacune insérée dans un barillet bloqué en rotation.

Les deux lames optiques 20, 22 ont été orientées au préalable (lors de la conception) l’une par rapport à l’autre et par rapport aux blocs optiques 12, 14 de sorte que les axes optiques A1, A2 des au moins deux blocs optiques 12, 14 soient parallèles.

En particulier, dans les exemples des figures 3 à 5, la correspond à une orientation des deux lames n’introduisant pas de déviation d’axe. La correspond à une rotation de la lame 20 de 180° par rapport à la configuration de la , de sorte à induire une déviation d’axe maximale vers le haut. La correspond à une rotation des deux lames ensemble de 180° par rapport à la configuration de la , de sorte à induire une déviation d’axe maximale vers le bas.

Comme illustré sur les figures 4 et 5, pour des lames d’indice n et pour un angle prismatique de θ pour chaque lame, l’angle maximal de déviation est obtenu dans le cas où les 2 lames sont en regard. L’angle prismatique est alors de 2θ et la déviation d’axe de arcsin ((n-1) *sin (2θ

Dans un exemple de réalisation, correspondant aux figures 3 à 7, les deux lames optiques 20, 22 sont fixées l’une à l’autre, et ce de manière permanente. Par exemple, les deux lames 20, 22 sont fixées l’une à l’autre par collage. De préférence, le collage est pleine face afin de réduire le coefficient de réflexion interne au diasporamètre dans le but de limiter le niveau des images parasites générées par réflexions multiples sur les faces des lames.

De préférence, les deux lames optiques 20, 22 sont montées dans un même barillet 30, comme cela est le cas sur les figures 6 et 7. Le barillet 30 est indexé sur la voie optique sur laquelle il est positionné (centré sur l’axe optique de la voie).

Dans un autre exemple de réalisation, les deux blocs optiques 12, 14 appartiennent à des voies optiques différentes. Dans ce cas, une lame optique 20, 22 du dispositif d’harmonisation 16 est positionnée sur la voie optique de l’un des blocs optiques 12, 14, et l’autre lame optique 20, 22 du dispositif d’harmonisation 16 est positionnée sur la voie optique de l’autre bloc optique 12, 14.

Dans un exemple de mise en œuvre, les deux lames optiques 20, 22 sont inclinées d’un même angle par rapport à la normale à l’axe optique de l’un des blocs optiques 12, 14. Cela permet d’excentrer, voire de déporter, hors champ d’éventuelles images parasites dues à la fixation (collage) des lames entre elles. Une telle inclinaison est représentée sur la .

De préférence, lorsqu’au moins l’un des blocs optiques 12, 14 comprend un objectif (cas des jumelles monoculaires, binoculaires et panoramiques), au moins une lame optique 20, 22 du dispositif d’harmonisation 16 est positionnée en entrée de l’objectif du ou de l’un des blocs optiques 12, 14. Avantageusement, les deux lames optiques 20, 22 sont positionnées en entrée de l’objectif du ou de l’un des blocs optiques 12, 14.

De préférence, le mécanisme de mise au point de l’objectif (ou des objectifs) des jumelles 10 est dit « à translation » de sorte que l’orientation de la déviation d’axe introduite par le diasporamètre ne varie pas en fonction de la mise au point de l’objectif.

Un exemple d’un procédé harmonisation des axes optiques A1, A2 de deux blocs optiques 12, 14 de jumelles 10 de vision nocturne, va maintenant être décrit. Un tel procédé d’harmonisation est mis en œuvre lors de la conception des jumelles 10. L’harmonisation est ensuite figée pour que le parallélisme obtenu soit conservé lors de l’exploitation des jumelles 10.

Le procédé d’harmonisation comprend la mesure d’un défaut de parallélisme entre les axes optiques A1, A2 des deux blocs optiques 12, 14. Un tel défaut a une amplitude A et une orientation β par rapport à un repère (X-Y). La correction à appliquer sur le diasporamètre est l’inverse du défaut mesuré.

A l’extérieur des jumelles 10, les deux lames optiques 20, 22 prismatiques du dispositif d’harmonisation 16 sont tournées l’une par rapport à l’autre de sorte à compenser le défaut de parallélisme mesuré, c’est-à-dire à générer une déviation d’axe permettant de compenser le défaut de parallélisme mesuré. En particulier, l’amplitude de la correction est obtenue par rotation d’une lame par rapport à l’autre. L’orientation de la correction d’axe est obtenue par rotation des deux lames ensemble.

Les deux lames optiques 20, 22 sont ensuite bloquées de manière permanente en rotation, par exemple, soit en étant fixées l’une à l’autre et insérées dans un même barillet 30 bloqué en rotation, soit en étant chacune insérée dans un barillet bloqué en rotation.

Les deux lames 20, 22 sont ensuite positionnées sur la voie optique de l’un des blocs optiques 12, 14 (cas où les deux lames sont fixées l’une à l’autre) ou chacune sur la voie optique d’un bloc optique 12, 14 respectif.

Ainsi, le dispositif d’harmonisation 16 d’axe optiques est simple à intégrer dans des jumelles de vision nocturne. Il ne dégrade pas non plus la qualité des images. Il est en outre applicable à tous types de jumelles de vision nocturne, notamment aux jumelles de nouvelle génération présentant des optiques plus complexes à champ et ouverture numérique élargies.

De plus, la solution proposée permet d’externaliser les réglages d’harmonisation entre les voies optiques. Elle permet donc de simplifier les design opto-mécaniques internes aux jumelles et d’optimiser les bilans de tolérance en supprimant la nécessité de réglage d’axe par déplacements relatifs de sous-ensembles optiques internes à la jumelle.

Le dispositif d’harmonisation 16 ne nécessite pas de positionnement mécanique précis des lames 20, 22 et se substitue avantageusement à des dispositifs de réglage fins internes.

Le réglage étant externe, il évite les stratégies de réglage itératives nécessitant des phases de démontage et remontage des corps de jumelles dans le cas de jumelles de vision nocturne complexes et notamment dans le cas des jumelles panoramiques à 4 voies optiques.

L’homme du métier comprendra que les modes de réalisation et variantes précédemment décrits peuvent être combinés entre eux pourvu qu’ils soient compatibles techniquement.

Claims

Jumelles (10) de vision nocturne comprenant :
au moins deux blocs optiques (12, 14) ayant chacun un axe optique (A1, A2), et

un dispositif d’harmonisation (16) des axes optiques (A1, A2) des deux blocs optiques, le dispositif d’harmonisation (16) comprenant deux lames optiques (20, 22) prismatiques bloquées en rotation de manière permanente et orientées l’une par rapport à l’autre et par rapport aux blocs optiques (12, 14) de sorte que les axes optiques (A1, A2) des au moins deux blocs optiques (12, 14) soient parallèles.
Jumelles (10) selon la revendication 1, dans lesquelles les deux lames optiques (20, 22) sont fixées l’une à l’autre, de préférence par collage.
Jumelles selon la revendication 1 ou 2, dans lesquelles les deux lames optiques (20, 22) sont montées dans un même barillet (30).
Jumelles (10) selon la revendication 1, dans lesquelles les deux blocs optiques (12, 14) appartiennent à des voies optiques différentes, une lame optique (20, 22) du dispositif d’harmonisation (16) étant positionnée sur la voie optique de l’un des blocs optiques (12, 14), et l’autre lame optique (20, 22) du dispositif d’harmonisation (16) étant positionnée sur la voie optique de l’autre bloc optique.
Jumelles (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lesquelles les deux lames optiques (20, 22) sont inclinées d’un même angle non nul par rapport à la normale à l’axe optique (A1, A2) de l’un des blocs optiques (12, 14).
Jumelles (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lesquelles au moins l’un des blocs optiques (12, 14) comprend un objectif, au moins une lame optique (20, 22) du dispositif d’harmonisation (16) étant positionnée en entrée de l’objectif du ou de l’un des blocs optiques (12, 14).
Jumelles (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lesquelles les jumelles (10) sont monoculaires de sorte que les deux blocs optiques (12, 14) appartiennent à la même voie optique, l’un des blocs optiques (12, 14) étant un oculaire et l’autre bloc optique (12, 14) étant un objectif.
Jumelles (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lesquelles les jumelles (10) sont bioculaires de sorte que les deux blocs optiques (12, 14) appartiennent à des voies optiques différentes, l’un des blocs optiques (12, 14) étant un premier oculaire et l’autre bloc optique (12, 14) étant un second oculaire.
Jumelles (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lesquelles les jumelles (10) sont binoculaires de sorte que les deux blocs optiques (12, 14) appartiennent à des voies optiques différentes, l’un des blocs optiques (12, 14) comprenant un premier oculaire et un premier objectif, l’autre bloc optique (12, 14) comprenant un second oculaire et un second objectif.
Jumelles (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lesquelles les jumelles (10) sont panoramiques avec quatre voies optiques parmi : une voie centrale droite, une voie latérale droite, une voie centrale gauche et une voie latérale gauche, les deux blocs optiques (12, 14) comprenant chacun un oculaire et un objectif, les deux blocs optiques (12, 14) appartenant à deux voies optiques différentes parmi les combinaisons de voies suivantes : la voie centrale droite et la voie latérale droite, la voie centrale gauche et la voie latérale gauche, et les deux voies centrales, de sorte que le dispositif d’harmonisation (16) harmonise les axes optiques (A1, A2) des deux voies optiques de la combinaison.
Jumelles (10) selon la revendication 10, dans lesquelles les jumelles (10) comprennent deux dispositifs d’harmonisation additionnels positionnés sur les voies optiques des deux autres combinaisons de voies optiques de sorte à harmoniser les axes optiques (A1, A2) desdites voies optiques.
Procédé d’harmonisation des axes optiques (A1, A2) de deux blocs optiques (12, 14) de jumelles (10) de vision nocturne, le procédé d’harmonisation étant mis en œuvre lors de la conception des jumelles (10), le procédé comprenant :
la mesure d’un défaut de parallélisme entre les axes optiques (A1, A2) des deux blocs optiques (12, 14),

la rotation de deux lames optiques (20, 22) prismatiques l’une par rapport à l’autre et ensemble de sorte à compenser le défaut de parallélisme mesuré,

le blocage permanent de la rotation des deux lames optiques (20, 22), et

le positionnement des deux lames optiques (20, 22) prismatiques sur la voie optique d’au moins l’un des deux blocs optiques (12, 14), les deux lames optiques (20, 22) formant un dispositif d’harmonisation (16) des axes optiques (A1, A2) des deux blocs optiques (12, 14).