Brevet FR2188181A1 — publié le 19740118

La présente invention a pour objet un dispositif optique destiné à élargir le champ visuel notamment pour un observateur placé dans un véhicule. le secteur technique concerné par l'invention est celui de la construction des instruments d'optique. Le champ visuel d'un homme immobile, qui ne peut bouger la tète, est limité à environ 1500 dans le plan horizontal et 1200 dans le plan vertical. En tournant la tête et en faisant pivoter le corps on peut évidemment accroître ce champ. Cependant dans de nombreux cas, par exemple pour le conducteur d'un véhicule se déplaçant rapidement dans les encombrements d'une circulation intense, il devient dangereux d'avoir à faire pivoter le corps ou meme à tourner la tête car ces mouvements demandent un certain temps qui devient prohibitif. Divers moyens ont été proposés à ce jour pour accroître le champ visuel : des lentilles pour l'élargissement du champ direct; des miroirs pour la vue à l'arrière; des circuits de télévision comportant plusieures caméras dont les champs se recoupent. Ce dernier moyen permet théoriquement de résoudre tous les problèmes d'elargissement du champ et d'accroissement de la profondeur de celui-ci. Cependant, pour des raisons de coût, de complexité et d'encombrement, il n'est pas appliqué couramment. Les lentilles permettent d'élargir le champ mais en introduisant des déformations et sans permettre la vue à l'arrière. Sur les véhicules, notamment sur les voitures, le seul appareil optique utilisé pratiquement sous le nom de rétroviseur est un miroir plan ou courbe. Les miroirs présentent de nombreux inconvénients. Ils fournissent une image virtuelle qui dépend de la position relative de l'observateur par rapport au miroir. Leur luminosité n'est pas réglable sinon en diminution par adjonction de filtres. Il est nécessaire d'éviter les obstacles éventuels placés dans le champ du miroir et spécialement l'observateur. En pratique l'observateur par exemple le conducteur d'un véhicule, est obligé de déplacer la tete pour explorer, grâce au rétroviseur, le champ situé à l'arrière. L'objet de l'invention est un dispositif permettant d'élargir le champ visuel sans recourir à des optiques complexes et onéreuses de sorte que l'on aboutisse à des appareils pouvant etre installés sur les véhicules et permettant au conducteur d'observer un champ élargi, à l'avant ou à l'arrière, sans déplacer la tete, et de bénéficier d'une amélioration de visibilité lorsque la visibilité normale est mauvaise, par exemple par temps de brouillard, dans la pénombre ou dans la nuit. Les moyens selon l'invention qui permettent d'arriver à ces résultats sont constitues par un dispositif composé de plusieurs objectifs d'axes divergents produisant des images réelles, dont les champs angulaires ont une ouverture normale et se superposent partiellement; d'un convertisseur électroni- que comportant une photocathode et un écran fluorescent et de moyens optiques associés auxdits objectifs pour dévier la -lumière, de sorte que lesdites images réelles se forment sur ladite photocathode en se superposant partiellement et que l'on obtient sur l'écran fluorescent une image unique correspondant à un champ rectangulaire élargi dans le plan des axes desdits objectifs. Le dispositif comporte en outre, de préférence, des moyens optiques pour transformer l'image formée sur l'écran fluorescent, afin de permettre à un observateur de voir plus facilement une image agrandie,dans une direction pouvant être inclinée par rapport à l'axe d'un convertisseur. Les moyens pour dévier la lumière sont constitués, par exemple, par des prismes, des lames semi-transparentes associées à un miroir, ou tout autre moyen équivalent. Une application particulière d'un dispositif selon l'invention réside dans l'équipement des véhicules automobiles. Dans un dôme transparent, placé sur le toit d'un véhicule, au-dessus du conducteur, on place plusieurs dispositifs identiques selon l'invention, dont les champs se superposent partiellement, et qui permettent au conducteur du véhicule d'observer un champ horizontal ayant une ouverture angulaire égale ou supérieure à 1800. Ces dispositifs peuvent être fixes et orientés, soit vers l'avant, soit vers l'arrière, soit simultanément dans les deux directions. Ils peuvent être également montés rotatifs autour d'un axe verti-cal de sorte que le conducteur peut les utiliser successivement pour observer soit vers l'avant, soit vers l'arrière. Les convertisseurs électroniques peuvent être équipés de photocathodes plus sensibles à certaines radiations. Par exemple, on peut choisir des photocathodes filtrantes peu sensibles aux radiations réfléchies par le brouillard, ce qui permet d'ameliorer la visibilité par temps de brouillard. On peut également choisir des photocathodes sensibles à des radiations invisibles, infrarouges ou ultraviolettes, et equiper le véhicule de projecteurs de ces radiations afin d'améliorer l'éclairement de la route sans gêner les conducteurs des autres véhicules. Un avantage important du dispositif selon l'invention monté sur un véhicule tient à la possibilité d'amplifier la luminosité de l'image, ce qui permet d'améliorer la visibilité dans la pénombre, à la tombée de la nuit. Le résultat de l'invention est un nouveau produit, constitué par un dispositif optique, à grand champ angulaire dans un plan donné et d'un coût moins élevé que les dispositifs comportant des optiques élaborées qui sont habituellement utilisés pour élargir le champ visuel. La description suivante se réfere aux dessins en annexe qui représentent plusieurs modes de réalisation et d'application de l'invention donnés à titre d'exemple, sans caractère limitatif. La figure 1 représente schématiquement une coupe horizontale d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 est un diagramme représentant les champs angulaires du dispositif de la figure 1 vus en plan et en projection sur un écran vertical. La figure 3 représente schématiquement une coupe horizontale d'un autre dispositif selon l'invention. La figure 4 représente une coupe horizontale d'une partie d'un mode de réalisation d'un dispositif selon la figure 3. La figure 5 représente schématiquement une vue en plan d'un appareil composé de trois dispositifs selon la figure 4. Les figures 6 et 7 sont des vues en plan et en coupe verticale d'un dispositif monté sur un véhicule automobile. La figure 1 représente schématiquement une vue en plan d'un dispositif selon l'invention. Celui-ci est composé de trois parties principales ; un récepteur d images 1, un convertisseur 2 et un transformateur d'image 3. Le repère 4 représente l'oeil d'un observateur. Le récepteur d'image 1 est composé de trois objectifs 5a, 5b et 5c. L'axe x x' de l'objectif median 5a est confondu avec la ligne de visée de l'observateur. Les objectifs 5b et 5c sont disposés symétriquement par rapport à l'axe x x' et leurs axes optiques y y' et z z' font un angle de 45" environ avec x x'. Les objectifs 5a, 5b et 5c sont constitués par une lentille courante ayant un champ d'environ 600, c'est-à-dire un objectif d'un prix de revient qui n'est pas trop élevé. Derrière les lentilles 5b et 5c sont disposés des prismes 6b, 6c, permettant de focaliser les images réelles fournies par les lentilles dans un plan vertical perpendiculaire a l'axe x x' ayant pour trace u u' qui est le plan dans lequel se situe l'image fournie par la lentille 5a. Ainsi les trois images obtenues sont juxtaposées dans le même plan uu' et forment une bande horizontale. Les prismes 6b et 6c peuvent être remplacés par tout système équivalent. En utilisant trois objectifs 5a, 5b, 5c, ayant chacun un champ de 600 environ, dont les axes font entre eux des angles de 450, on peut ainsi obtenir une image couvrant un champ horizontal de 135 et un champ vertical de 450. Le nombre d'objectifs peut être différent de trois. On peut par exemple utiliser deux objectifs ayant un champ horizontal de 600 environ disposés symétriquement par rapport à l'axe x x' de sorte que leurs axes forment entre eux un angle de 450, ce qui permet d'obtenir une image dans un plan u u' couvrant un champ horizontal d'environ 90" et un champ vertical de 450. La figure 2 représente schématiquement une vue en plan de trois objectifs ayant pour axes x x', y y' et z z'. Les axes y y' et z z' font chacun un angle de 450 avec u u'. Les trois objectifs ont un champ angulaire d'environ 60". La partie supérieure de la figure représente la projection des images fournies par les trois objectifs sur un écran vertical 7, perpendiculaire à l'axe xx', ayant pour trace sur le plan horizontal la droite uu'. Les images fournies par les objectifs zz' etiy' sont déviées par un système déviateur tel que les prismes 6b et 6c de la figure 1 pour être ramenées dans le plan de l'écran 7. Les trois cercles 8a, 8b, 8c représentent la projection sur le plan de l'écran 7 du champ total de chaque objectif. Ces champs se superposent partiellement de sorte que l'on obtient finalement sur l'écran 7 une image en bande représentée par la partie hachurée correspondant à une ouverture de champ de 135 dans le plan horizontal et à une ouverture de champ de 45" dans le plan vertical. On démontre de même qu'en utilisant deux objectifs ayant une ouverture de 600 environ dont les axes font entre eux un angle de 450 et en déviant les images pour les projeter sur un écran perpendiculaire au plan de symétrie des deux objectifs, on obtient sur cet écran, en superposant partiellement les deux images, une image en forme de bande horizontale couvrant un champ angulaire de 900 dans le plan horizontal et de 45 dans le plan vertical. Bien entendu, on pourrait utiliser un nombre d'objectifs supérieur à trois et des objectifs faisant entre eux des angles différents de ceux qui ont été indiqués ci-dessus, la superposition des images pouvant être différente. L'exemple représenté ne sert qu'à montrer comment on peut obtenir sur un écran plan, une image correspondant à un champ très large au moins dans une direction, en utilisant des objectifs courants, qui ne sont pas des objectifs à grande ouverture de champ et qui sont d'un prix de revient réduit. Revenant à la figure- 1, celle-ci représente en 2 un convertisseur d'image électronique. Un tel convertisseur est bien connu de l'homme de l'art et il est inutile de le décrire en détail. On rappellera seulement qu'il est composé d'une photocathode plane 9 sur laquelle est projetée l'image à convertir; d'une lentille électronique 10 et d'un écran fluorescent 1 1 porté à un potentiel anodique sur lequel apparaît une image visible. La lentille électronique 10 peut être constituée par une bobine qui constitue une lentille magnétique ou par des lentilles électrostatiques. De tels convertisseurs sont utilisés habituellement comme convertisseurs de longueur d'onde. L'image reçue sur la photocathode 9 peut être forme par des radiations invisibles, par exemple infrarouges, tandis que l'image qui apparaît sur l'écran fluorescent 11 est visible. On utilise également ces convertisseurs comme amplificateurs d'intensité lumineuse, l'image apparaissant sur l'écran 11 pouvant être rendue plus lumineuse que celle qui est reçue sur la cathode 9. Selon l'invention, les images fournies par les objectifs du dispositif récepteur 1 sont projetées sur la photocathode 9 et restituées sur l'écran fluorescent 11. Le rôle du convertisseur 2 est double. L'image donnée par le récepteur 1 a une intensité qui est très variable selon l'éclaircissement du champ. Dans le cas où le champ visuel est celui qui se présente devant le conducteur d'un véhicule, l'éclairement varie considérablement en fonction de l'heure et des conditions météorologiques. Le convertisseur permet, en agissant sur la différence de potentiel entre la cathode et l'écran fluorescent ou sur le champ magnétique fourni par la lentille 10, d'amplifier l'intensité lumineuse et d liorer considérablement la visibilité dans la pénombre. Selon la nature de la cathode, le convertisseur a une sensibilité spectrale différente. On peut utiliser une photocathode particulièrement sensible à certaines radiations, par exemple une cathode peu sensible aux radiations réfléchies ou réfractées par le brouillard ou bien une photocathode sensible aux radiations infrarouges, ce qui permet d'équiper le véhicule de phares à rayons infrarouges invisibles pour les autres observateurs et qui ne risquent pas d'éblouir les autres conducteurs et d'améliorer la visibilité nocturne. Sans le convertisseur d'image 2, l'image fournie par les objectifs ne pourrait être vue que dans un oculaire et ne serait pas projetable sur un écran. La figure 1 représente un transformateur d'image 3 qui est constitué par un système dioptrique destiné à donner à l'image qui apparalt sur l'écran 11 sa position et sa taille définitives. Ce transformateur d'image est constitue par exemple par une lentille 12 ou par un jeu de lentilles. Il permet par exemple d'agrandir l'image apparaissant sur l'écran 11. En effet, le dispositif selon l'invention doit pouvoir s'adapter sur les véhicules, par exemple sur les voitures et être d'un prix de revient peu élevé. Pour atteindre ce résultat, il faut utiliser un convertisseur électronique 2 de petite taille et agrandir ensuite l'image fournie par ce convertisseur au moyen du transformateur d'image 3. Sur la figure 1, l'axe d'optique du transformateur d'image 3 est confondu avec l'axe xx'. Mais il peut également faire un angle avec l'axe x x' pour permettre à l'observateur de mieux voir l'image sans déplacer la tête. La figure 3 représente un autre dispositif conforme à l'invention comportant également un convertisseur 2 et un transformateur d'image 3. Le recepteur d'image est composé de deux objectifs 5'b et 5'c dont les axes yy' et zz' dont entre eux un angle d'environ 450. Ces objectifs, ayant une ouverture angulaire d'environ 600, sont suivis par deux systèmes optiques 6'b et 6'c qui dévient la lumière et donnent des images réelles situées dans le plan uu', les champs se superposant partiellement. Les positions respectives des objectifs 5' et des systèmes déviateurs 6' peuvent être inversés. Un tel dispositif permet de couvrir un champ ayant une ouverture angulaire dans le plan horizontal de 900 environ et dans le plan vertical de 45" environ. La figure 4 représente un mode de réalisation d'un récepteur selon la figure 3 composé de deux objectifs ayant une ouverture angulaire de 75" environ, dont les axes font entre eux un angle de 60". Les objectifs 5'b et 5'c sont associés chacun avec un système déviateur formé d'un miroir plan 6'b, 6'c et d'une lame réfléchissante 6"b et 6"c. Les images réelles fournies par les deux ensembles se situent dans le plan uu' qui est le plan de la photocathode du convertisseur électronique. Le champ couvert a une ouverture angulaire de 1200 dans le plan horizontal. La figure 5 représente une vue en plan d'une application des dispositifs selon les figures 3 et 4. Le dispositif de la figure 5 est composé de trois sous-ensembles 13a, 13b, 13c conformes aux figures 3 et 4. L'axe XX' du sous-ensemble 13a est confondu avec la ligne de visée de l'observateur 4. Les axes YY' et ZZ' des sous-ensembles 13b font chacun un angle de 700 avec l'axe XX'. L'observateur 4 voit ainsi les trois images fournies par les trois sous-ensembles dans son champ angulaire de 1500. Ces images correspondent à un champ angulaire de 2100. Le champ réel de l'observateur dans le plan horizontal est le même que si l'observateur était placé en 4' à l'intersection des axes Yy' et ZZ'. En variante, on peut également utiliser un dispositif composé de deux sous-ensembles selon la figure 4 dont les axes font entre eux un angle de 1200, ce dispositif permettant de couvrir un champ ayant une ouverture de 240". Les figures 6 et 7 représentent une application d'un dispositif selon la figure 5 monté sur un véhicule automobile. La figure 6 est une vue en plan et la figure 7 une vue en coupe selon VII VII de la figure 6. On voit sur ces figures une application de dispositifs selon la figure 5, montés dans un dôme transparent 14 placée sur le toit 15 d'un véhicule automobile, au-dessus du conducteur. Le repère 16 représente le pare-brise du véhicule. Le dispositif représenté sur ces figures est compose de deux pensez bles conformes à la figure 5, c'est-à-dire formés chacun de trois sous-ensem- bles 13a, 13b, 13c et 13'a, 13'b, 13'c. Chacun de ces deux ensiles permet donc un champ de vision ayant une ouverture de 2100 dans le plan horizontal. Un dispositif réfléchissant 17, formé par exemple de deux miroirs 17a et 17b, est placé au-dessus du conducteur. Ce dispositif, à l'exception du miroir 17b, est pivotant autour d'un axe vertical VV' et il permet donc au conducteur d'observer soit l'image fournie par l'ensemble 13a, 13b, 13c, c'est-àdire le champ avant, soit l'image fournie par l'ensemble 13'a, 13'b, 13'c. Des projecteurs de radiation infrarouge 18 peuvent être placés dans le dôme 14,au-dessus des sous-ensembles 13. En variante, le dispositif peut se composer uniquement de trois sous-ensembles 13a, 13b, 13c et.du miroir, le tout étant monté rotatif autour de l'axe du dôme, pour observer soit à l'avant soit à l'arrière. L'utilisation de ce dispositif est la suivante : le conducteur voit normalement la route à l'avant dans son champ de vision directe de 1500 S'il désire avoir une vue plus étendue à l'avant, il regarde l'image fournie par le dispositif placé au-dessus de lui, sans avoir à bouger la tête. Il peut également utiliser la vision à l'avant fournie par le dispositif selon l'invention, par temps de brouillard, à la tombée du jour ou la nuit, en utilisant les propriétés filtrantes ou amplificatrices des convertisseurs 2a. Il peut utiliser les projecteurs d'infrarouges 18 pour éclairer la route sans gêner la vision directe des conducteurs venant en sens inverse. Par une rotation de 1800, il peut utiliser le dispositif selon l'invention comme rétroviseur à grand champ angulaire de 2100 qui lui permet de voir tout l'espace situé à l'arrière, sans aucun angle mort et il peut également améliorer la vision arrière grâce aux propriétés filtrantes et amplificatrices des convertisseurs 2a. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications équivalentes pourraient être apportées par l'homme de l'art à l'exemple et à l'application qui viennent d'être décrits. Par exemple, chaque objectif 5 pourra être suivi d'un convertisseur 2 orienté suivant l'axe de l'objectif et les déviateurs de lumière 6 pourront être placés à la sortie des convertisseurs pour superposer les champs et fournir une image réelle dans un seul plan. Le dispositif selon l'invention peut être appliqué chaque fois que l'on doit augmenter l'ouverture angulaire du champ visuel dans le plan horizontal ou vertical sans avoir recours à des optiques onéreuses telles que des objectifs grand angle ou des miroirs comportant une correction des aberrations sphériques, par exemple des chambres de Schmidt, appareils qui sont destinés à donner des images de grande précision alors que l'optique du procédé est au contraire la représentation globale des objets. Une variante du procédé consiste à utiliser comme transformateur d'image le dispositif électronique suivant L'écran sur lequel se forme l'image comporte une électrode conductrice transparente et une couche photoconductrice balayée par un faisceau d'électrons. L'électrode émet des signaux qui par l'intermédiaire d'amplificateurs peuvent être reproduits sur un écran de télévision. L'ensemble de ce système d'analyse d'image est bien connu et porte la dénomination de VIDICON. Le Vidicon associé au convertisseur permet donc la reproduction de l'image sur un écran dont la position est indépendante de l'emplacement du récepteur. Bien que cette variante soit plus onéreuse que le dispositif de représentation directe, elle peut trouver une application importante dans. les véhicules de grand encombrement où le conducteur se trouve loin des points optima d'observation. Une autre variante consiste à remplacer purement et simplement le convertisseur d'image par le Vidicon. Ce dernier comme tous les appareils utilisant l'effet photoconducteur est fortement sélectif. Cette variante convient parfaitement pour l'observation d'objets éclairés par projecteur infrarouge, mais donne de moins bons résultats dans le spectre visible où la sensibilité est moindre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif optique pour élargir le champ visuel caractérisé en ce qu'il est composé de plusieurs objectifs d'axes divergents produisant des images réelles, dont les champs angulaires ont une ouverture normale et se super- posent partiellement; d'un convertisseur électronique comptant une photo cathode et un écran fluorescent et de moyens optiques associés auxdits objectifs pour dévier la lumière, de sorte que lesdites images réelles se forment sur ladite photocathode en se superposant partiellement et que l'on observe sur l'écran fluorescent une image réelle correspondant à un champ rectangulaire élargi dans le plan des axes desdits objectifs. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu il comporte, en outre, des moyens optiques pour transformer l'image formée sur l'écran fluorescent afin de l'agrandir et de permettre à un observateur de voir dans une direction inclinée par rapport à l'axe du convertisseur élec- tronique. 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'image formée sur l'écran impressionne une couche photoconduc trice qui, balayée par un faisceau d'électrons, émet des signaux de télé vision. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens pour dévier la lumière sont constitués par des lames semi-transparentes associées à un miroir. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens pour dévier la lumière sont constitués par des prismes. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est composé de deux objectifs ayant une ouverture angulaire de 600 environ, dont les axes font entre eux un angle de 450 environ; d'un convertisseur optique dont l'axe est orienté suivant la bissectrice des axes de ces deux objec tifs et de dispositifs optiques pour projeter les images réelles fournies par ces deux objectifs sur le plan de la photocathode dudit convertisseur de sorte que l'on observe sur l'écran fluorescent du convertisseur une image unique couvrant un champ rectangulaire correspondant à une ouvertu re angulaire d'au moins 900 dans le plan des axes des deux objectifs et d'au moins 450 dans le plan perpendiculaire auxdits axes. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est composé de trois objectifs ayant une ouverture angulaire de 600 environ, les axes des deux objectifs extrêmes étant symétriques par rapport à l'axe de l'objectif central et faisant un angle d'environ 45" avec celui-ci; d'un convertis seur électronique dont l'axe est confondu avec l'axe de l'objectif central et de deux dispositifs déviateurs ramenant les images réelles fournies par les deux objectifs extérieurs dans le plan de ladite photocathode de sorte que l'on observe sur l'écran fluorescent du convertisseur une image unique couvrant un champ rectangulaire correspondant à une ouverture rectangulai- re d'au moins 1350 environ dans le plan des axes desdits objectifs et d'au moins 450 dans le plan perpendiculaire auxdits axes. 8 - Dispositif selon les revendications i à 7, caractérisé en ce que chaque objectif est associé à un convertisseur et que la juxtaposition des images se fait au niveau des écrans fluorescents. 9 - Application selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le convertisseur électronique filtre les radiations lumineuses réfléchies par le brouillard de sorte que le dispositif améliore la vision dans le brouillard. 10 - Application selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractéri sée en ce que le dispositif comporte des moyens pour régler l'amplifica tion lumineuse fournie par le convertisseur électronique, de sorte que la visibilité dans la pénombre est améliorée. II - Application selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractéri sée en ce que le convertisseur électronique comporte une photocathode sen sible aux radiations non visibles, infrarouges ou ultraviolettes et que le dispositif peut être équipé de projecteurs de radiations invisibles de même longueur d'onde permettant d'éclairer le champ visuel. 12 - Application d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que plusieurs dispositifs identiques dont les champs angulaires se superposent partiellement sont disposés dans un dôme transparent placé sur le toit d'un véhicule, au-dessus du conducteur, permettant à ce dernier d'observer un champ visuel ayant une ouverture égale ou supérieure à 1800 dans le plan horizontal. 13 - Application selon la revendication 12, caractérisée en ce que ledit dispositif est monté pivotant autour d'un axe vertical de sorte qu'il peut être utilisé par le conducteur pour observer à l'avant ou à l'arrière par l'interposition d'un ou plusieurs miroirs. 14 - Application selon la revendication 12, caractérisée en ce que deux dispositifs identiques sont montés fixes et peuvent être utilisés par l'interposition d'un ou plusieurs miroirs pour l'observation à l'avant et à l'arrière successivement ou simultanément. 15 - Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'un analyseur d'image est disposé aux lieux et places du convertisseur.