Brevet FR2152820A1 — publié le 19730427

On connatt les appareils de présentation des données de vol sur un verre demi-transparent principalement pour l'emploi sur les avions. Ces appareils sont connus dans l'aéronautique sous le nom de systèmes "Head-up-dusplay". La présente invention se rapporte plus précisement aux systèmes optiques de ces appareils, destinés à projeter à l'infini,sur le dit verre demi-transparent, les données pour la navigation aérienne, pour les manoeuvres de décollage et d'attarrissage et pour le pointage des armes lancées par l'avion ou tombant de ce dernier. Les données nécessaires pour les dites opérations de vol et de pointage sont élaborées par un appareil calculateur de bord qui alimente un tube à rayons cathodiques (TRC) sur ltécran duquel les données mimes apparaissent sous forme visuelle. Au moyen d'un système optique, l'image ainsi produite par le TRC est projetée à l'infini sur le verre demi-transparent de présentation pour donner à celui qui observe la vision simultanée de l'image même et du milieu extérieur. Dans la pratique courante le dit appareillage est complété par un projecteur normal qui produit l'image d'un réseau com posé d'éléments géométriques reliés aux axes repères de l'avion. Cette image supplémentaire peut être superposée d'une manière permanante à l'image provenant du tube à rayon cathodiques qui est bppel- lée image principale dans ce qui suit ou peut la remplacer lorsque cela est nécessaire. Dans ce cas on l'appelle Stand-by-Sight, c'est à dire alidade de réserve immédiate. Lorsqu'elle se superpose d'une manière permanante à l'image principale elle peut fournir des indications sur le fonctionnement correct du tube à rayons cathodiques, car elle peut mettre en évidence des déplacements anormaux éventuels de son image. Pour distinguer sur le tableau de présentation l'image TRC de celle qui est fournie par le projecteur Qes deux images sont de couleur diférente, leur couleur étant telle qu'il se crée un bon contraste chromatique entre elles: en général l'image prove- nant du TRC est verte, tandis que celle provant du projecteur est rouge. On connatt déjà des appareils qui réalisent les exigences indiquées ci-dessus d'une manière plus ou moins appropriée. Il parut toutefois tenir compte du fait que des appareils de ce genre sont destinés à l'emploi sur des avions dans lesquels les exigences de eidi et surtout d'encombrement ont une importance critique. Dans le cas d'appareils "head-up-display" (HUD) (présentation pour observateur à tdte droite) ils doivent être placés à bord en face du pilote dans un espace que plusieurs instruments se disputent et qui est conditionné par l'exigence de ne pas géner la visibilité extérieure. La présente invention se propose par conséquent de réaliser un système de projection à l'infini des images produites par le TRC et par le projecteur du stand-by-sight, qui puisse titre contenu dans un espace réduit et dont la forme soit telle qu'elle cause le moins de dérangement possible dans la cabine de pilotage d'un avion, tout en assurant des caractéristiques de précision élevée. Un moyen original dans le but d'obtenir le minimum d'encombrement du système optique est justement celui qui a été réalisé dans la présente invention, dans laquelle le projecteur de l'image du stand-by-sight est disposé dans la position illustrée par les figures,entre la lentille collectrice 2 et l'objectif principal 1. L'invention est caractérisée par cette disposition du projecteur,cette disposition exigeant la double réfraction du faisceau de rayons produit par le projecteur mtme à travers la surface 4 (fig.l) pu bien 12 (fig.2), les dites surfaces étant traitées opportunément comme décrit ci-dessous. La figure 1 illustre schématiquement la disposition indiquée ci-dessus,en montrant dans leur disposition réciproque - un tube à rayons cathodiques 5 sur l'écran duquel apparaissent sous forme d'éléments géométriques les données de pointage etZou de manoeuvre de l'avion et qui est normalement compris dans la partie électronique du système HUD (Head-up-display); - une lentille collectrice 2 dont l'axe optique coincide avec l'axe A-A du tube cathodique; - un objectif principal 1 disposé de façon a recevoir le faisceau de rayons réfléchi par la surface 4 et à l'envoyer,sous forme de rayons parallèles, au verre demi-transparent 9; - un verre demi-transparent9 disposé de façon à intercepter le faisceau lumineux provenant de l'objectif 1 et à le renvoyer en partie vers l'observateur O;; - un projecteur 6 qui produit l'image supplémentaire 7,le dit projecteur étant placé en position intermédiaire entre le tube à rayons cathodiques 5 et le tableau 9 du mtme côté que ces derniers par rapport au prisme 3; l'axe optique du projecteur coincidant à peu près aves la bisectrice de l'angle compris entre l'axe AA et l'axe BB;; - un prisme 3 délimité par deux surfaces optiques l'une desquel les (surface 4) est traitée dichroiquement de façon à obtenir la réflexion de la bande de fréquences correspondant à la lu mière provenant du TRC 5 et la réfraction complète de la lu mitre provenant du projecteur 6 et est dispose de façon à réfléchir l'image provenant du TRC vers l'objectif 7, dans la direction de l'axe BB, tandis que l'autre surface 8 est argen- tée de façon à réfléchir totalement le faisceau lumineux pro venant du projecteur 6 et est orientée de façon à l'envoyer vers l'objectif 1 dans la direction de l'axe BB de façon à superposer exactement la projection de l'image 7 à la projec tion de l'image provenant du TRC. Les axes optiques AA, BB se trouvent tous sur le mye plan qui est le plan vertical de symétrie de l'avion. Le verre demi-transparent 9 visualise les deux images superposées à l'infini. Pour obtenir cela il est naturellement nécessaire de respecter la condition que la surface émettrice 5' coincide avec le plan focal du système optique constitué par la lentille 2 et par l'objectif 1 et que le plan de l'image 7 du projecteur 6 coincide avec le plan focal de l'objectif principal 1 le long d'un axe à peu près perpendiculaire à la surface 4 du prisme 3. Le fait d'avoir utilisé un prisme 3 avec la surface 4 dichroÇque à la place d'un filtre dichroNque à surfaces parallèles a permis de placer le projecteur 6 dans une position telle qu'elle contribue essentiellement à l'économie d'encombrement de l'appareil et de donner au solide enveloppant l'appareil même une forme permettant le meilleur emploi. La figure 2 illustre une différente réalisation possible du même système optique, qui peut être employée lorsque l'on requiert un déplacement de l'image superposée (lumière rouge) le long d'une ligne verticale par rapport à l'horizon et passant par le centre de l'image du tube à rayons cathodiques projetée à l'infini. Le prisme 3 (figure 1) a été remplacé par deux plaques de verre 10 et 11 (figure 2). La surface 12 de la plaque 10 est traité dichroNquement de façon à obtenir la réflexion totale de la bande de fréquences provenant du tube à rayons cathodiques, tandis qu'on a appliqué à la surface 13 de la m8me plaque un traitement anti-réflechissant pour la bande de fréquences provenant du projecteur 6. La plaque 11 dont la surface @@ est argentée ou trai- tée de façon à réfléchir totalement la bande de fréquences provenant du projecteur 6 est montée de façon à pouvoir se déplacer le long de la courbe 15 faisant partie d'une ellipse dont les foyers coincident avec le centre du plan focal 7 du projecteur 6 et avec le deuxième point nodal 16 de l'objectif principal 1. De cette façon la distance entre le plan focal 7, le point d'incidence 17 et le point nodal 16 demeurera invariée quelle que soit la position que la plaque 11 assume tangentiellement à la courbe elliptique 15; cela assure la focalité parfaite de l'image projetée par le projecteur 6 et évite la formation de parallaxes entre les deux images projetées. Le déplacement du miroir 11 assure le déplacement demandé de l'image qui se réfléchit sur ce dernier, le long d'un axe qui apparattra vertical à l'observateur par rapport à l'horizon. REVENDICATIONS 1. Appareil optique de collimation àl'infini de deux images produites par deux sources lumineuses séparées qui émettent sur deux bandes spectrales différentes, dans les deux systèmes les deux images étant réfléchies par deux surfaces différentes et en voyées sur un verre demi-transparent d'observation,caractérisé par le fait que la réflexion de la première des dites images est obtenue par l'emploi d'une première surface traitée dichrotquement qui réfléchit la meme image et laisse passer la deuxième des dites images qui est réfractée par la dite première surfage,successive- ment réfléchie par une deuxième surface et de nouveau refractée par la première surface; les dites surfaces étant orientées de façon à ce que les deux images se superposent dans le tableau de présentation. 2. Appareil suivant la revendication 1 dans lequel les dites deux surfaces sont la surface d'un seul prisme et les deux sources lumineuses et le tableau demi-transparent sont tous situés du même c8té du prisme; la dite deuxième source étant placée entre la première source et le tableau de présentation de façon à ce que le faisceau de lumière provenant de la dite deuxième source soit compris dans l'angle formé par le faisceau provenant de la première sf!lsrce et par le mNme faisceau r6FJ6chi par se prisme est: dirigé vers le taluleai de prbsentation. 3. Appareil suivant les revendications précédentes destiné à l'emploi sur des avions, dans le dit appareil la dite première source lumineuse étant un écran de tubes à rayons cathode e s ques,asservi à un appareil calculateur,sur lequel se présentent des images utiles pour la conduite et pour le pontage; la deuxième me source étant le projecteur d'une image invariable utile en vue du pointage des armes tandis que le tableau de projection est un verre demi-transparent sur lequel sont projetées superposées les images de l'écran d'un tube à rayons cathodiques et de l'écran du projecteur, le dit appareil comprenant en outre une lentille collectrice interposée entre la première source et le prisme et un objectif interposé entre le prisme et le tableau de présentation; la surface de l'écran du tube à rayons cathodiques coincidant avec le plan focal du système optique comprenant le dit objectif et la dite lentille collectrice; le plan porte-images du projecteur coincidant avec le plan focal du dit objectif; les axes optiques des deux sources étant contenus dans le m & e plan. 4. Appareil suivant la revendication 1, dans lequel les dites deux surfaces sont constituées la première par la surface d'un filtre dichroïque fixe à faces plates parallèles et la deuxiè- me par une surface réfléchissante qui est mobile angulairement par rapport au filtre dichroSque , ce qui permet d'obtenir que la deuxième image projetée sur le tableau de présentation puisse titre déplacée par rapport à la première image projetée sur leimême tableau; les dites deux sources lumineuses et le tableau deXprésenta- tion étant tous situés du mtme coté par rapport aux écrans; la dite deuxième source étant placée dans une position intermédiaire entre la première source et le tableau de présentation de façon à ce que le faisceau provenant de la dite deuxième source soit compris dans l'angle formé par le faisceau provenant de la première source et per le mtme faisceau réfléchi par le prisme et dirigé vers le tableau de présentation. 5. Appareil suivant la revendlcation 4,cesstin A ploi sur des avions dans lequel la dite première source lumineuse est constituée par l'écran d'un tube à rayons cathodiques,asservi à un appareil calculateur, sur lequel apparaissent des images utiles pour la conduite et pour le pointage; la deuxième source est le projecteur d'une image invariable,utile pour le pointage des armes et le tableau de présentation est un verre demi-transparent sur lequel sont projetées superposées et respectivement déplacées les images de l'écran d'un tube à rayons cathodiques et du projecteur; le dit appareil comprenant an outre une lentille collectrice interposée entre la première source et le prisme et un objectif interposé entre le prisme et le tableau de présentation; la surface de l'écran du tube à rayons cathodiques coincidant avec le plan focal du système optique comprenant le dit objectif et la dite lentille collectrice; le plan porte-image du projecteur coin cidant avec le plan focal de l'objectif; les axes optiques des deux sources étant contenw dans le même plan; dans le dit appareil les déplacements de la deuxième source se produisant uniquement dans une direction située dans le même plan que celui des dits axes optiques. 6. Système optique de collimation à l'infini suivant lå revendication 2, caractérisé per le fait que la surface mobile, réfléchissant la deuxième image est déplacée le long de la courbe d'une ellipse dont le foyers coincident avec le centre du plan focal du projecteur et avec le deuxième point nodal de l'objectif, de sorte qu'à n'importe quelle position tangentielle de la surface mobile même, le long de la courbe elliptique, correspond une'même distance focale,ce qui fait que l'on aura une mise au point correcte de la deuxième image sans formation de parallaxes entre les deux images projetées.