Brevet FR2526553A1 — publié le 19831110

La présente invention concerne des collimateurs de navigation ou de pilotage du type tête haute et plus spé- cialement des dispositifs d'affichage destinés à de tels col- limateurs. Ces dispositifs d'affichage comportent un combina- teur qui permet à un observateur de voir une scène et un projecteur ayant une surface d'affichage de laquelle la lu- mière représentant un affichage est dirigée sur le combinateur pour être réfléchie vers l'observateur de manière à présenter à ce dernier une image de l'affichage qui est superposée à sa vision par l'intermédiaire du combinateur. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 940 204 décrit un dispositif d'affichage pour un collimateur de navi- gation du type tête haute qui comprend un combinateur sous la forme d'une lentille à pellicule optique réfléchissante accordée du type holographique; un projecteur comportant une surface plane d'affichage émettant une lumière dans une étroite bande de fréquences telle qu'un écran d'un tube à rayons cathodiques par exemple; un prisme pliant; etentre la sur- face d'affichage et le prismeun système optique relais à lentilles. La lumière émise dans une étroite bande de fréquen- ces, par exemple verte, de la surface d'affichage est transmise -au prisme par le système optique Le prisme est placé au- dessous de la ligne de vision de l'observateur en direction du bord inférieur de la lentille holographique La lumière atteignant le prisme est réfléchie vers le haut en direction de la lentille holographique d'o elle est réfléchie vers la position de l'oeil de l'observateur. La collimation de l'image de l'affichage est effectuée sensiblement en totalité par la lentille holographi- que qui transmet sans grande atténuation la lumière incidente provenant de la scène éloignée à laquelle l'image virtuelle de l'affichage est superposée. La présence d'un astigmatisme et d'une coma axiaux, qui sont particulièrement prononcés dans un système désaxé comme celui mentionné, impose la présence d'un dispositif de correction de la coma et de l'astigmatisme et d'un dispositif de correction de la puissance optique dans le système optique relais et cela entraîne des difficultés d encomrewmenit, er particulier avec des dispositifs qui doivent être incorporek dans un espace limité tel que le poste de pilotage d'un aéro- nef. La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage pour collimateur de pilotage du type tête haute utilisant des pellicules ou films réfléchissants accordés et dans lequel les difficultés dues à la présence de tels dispositifs correcteurs sont très réduites. L-a p-résente invention concerne un dispositif d'af- fichage pour un collimateur de pilotage du type tête haute, dans lequel le combinateur comporte des premier, deuxième et troisième films optiques réfléchissants accordés qui con- vergent de manière à délimiter deux espaces cunéiformes; les caractéristiques de réflexion et de transmission des films et les angles de convergence de ces derniers ainsi que leur relation angulaire avec la surface d'affichage sont tels que la lumière émise dans une étroite bande de fréquences par la surface d'affichage est réfléchie par le premier film en direction du deuxième, est transmise à travers le deuxième film vers le troisième, est réfléchie par celui-ci en direc- tion du deuxième film, est réfléchie par ce deuxième film vers le troisième film et est transmise à travers ce dernier vers la position d'observation. Les films sont convenablement du type holographi- que, mais il est possible d'utiliser des films à couches mul- tiples ou toute construction de -film ayant les caractéristi- ques requises de transmission et de réflexion. De même que le dispositif de la technique anté- rieure mentionné ci-dessus, le dispositif selon l'invention est un système optique désaxé, mais par suite de la configura- tion des films et de la surface d'affichage, l'angle d'écarte- ment par rapport à un système axial peut être sensiblement inférieur à celui qui est obtenu dans l'art antérieur En conséquence, le degré de correction nécessaire pour éviter des défauts de l'image affichée est sensiblement moindre que dans le dispositif de la technique antérieure. Par l'expression "film optique réfléchissant ac- cordé", on entend un film optique ou élément optique analogue ayant la propriété de réfléchir efficacement la lumière en présence de combinaisons particulières de la longueur d'onde et de l'angle d'incidence. Le film est décrit comme étant accordé sur ces combinaisons de longueur d'onde et d'angle d'incidence Une lumière qui ne satisfait pas à la condition accordée est trans- mise par le film avec une faible perte due à la réflexion. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 représente schématiquement le disposi- tif d'affichage en illustrant son fonctionnement; la figure 2 est une coupe verticale d'une forme de réalisation pratique du dispositif d'affichage de la figure 1; la figure 3 est une vue en bout du dispositif de la figure 2; et les figures 4 A et 4 B représentent respectivement le champ de vision qui peut être obtenu avec un dispositif d'af- fichage classique et celui qui est obtenu avec le dispositif de l'invention représenté sur les figures 2 et 3. En se référant à la figure 1, le dispositif d'af- fichage comprend un tube à rayons cathodiques 1 dont l'écran 3 est revêtu d'une matière électroluminescente émettant une lu- mière "verte" dans une étroite bande de fréquences Les rayons lumineux émis par l'écran du tube à rayons cathodiques pas- sent à travers un système optique relais 5 pour être réfléchis par un réflecteur 7 vers un combinateur 9, un seul rayon lu- mineux 11 étant représenté sur la figure 1 pour plus de clarté. Le système optique 5 est disposé du côté du combinateur 9 qui est opposé à la position d'observation et s'étend d'une façon générale parallèlement à la ligne de vision de l'obser- vateur à travers le combinateur 9 - Le combinateur 9 comporte un premier élément 13 muni d'un premier film holographique 13 c, d'un second élément muni d'un deuxième film holographique 15 c et d'un troisième élément 17 muni d'un troisième film holographique 17 c L'élé- ment 15 est situé entre les éléments 13 et 17, son bord supé- rieur étant voisin de l'élément 13 et son bord inférieur étant voisin de l'élément 17 et du réflecteur 7, les élé- ments 13 et 15 convergeant en direction du bord supérieur de l'élément 15 pour délimiter un espace cunéiforme et les élé- ments 15 et 17 convergeant en direction du bord inférieur de l'élément 15 pour délimiter un espace également cunéiforme. Comme on le voit, les éléments 13, 15 et 17 consistent chacun en deux parties en verre 13 a, 13 b; 15 a, 15 b; ou 17 a, 17 b; entre lesquelles le film holographique associé 13 c, 15 c ou 17 c est intercalé. La relation dans l'espace entre les éléments 13, et 17 et en particulier entre leurs films 13 c, 15 e et 17 e et la relation dans l'espace entre les films 13 c, 15 e, 17 e, le système optique relais 5, le réflecteur 7 et-l'écran 3 du tube à rayons cathodiques 1 sont telles que la lumière "verte" émise dans une étroite bande de fréquences par l'écran 3 du tube à rayons cathodiques est tour à tour réfléchie par le film 13 e, transmise par le film 15 e, réfléchie par le film 17 c en direction du film 15 c, réfléchie par ce dernier et transmise à travers le film 17 e vers la position d'obser- vation. Parmi les rayons atteignant le film 13 e à partir de chaque point de l'écran 3 du tube à rayons cathodiques, seuls ceux qui sont dans un étroit faisceau conique, dont les rayons font avec le film 13 c un angle qui est compris dans la plage des angles de réflexion de ce film, sont ré- fléchis par ledit film 13 e Les rayons se trouvant en dehors d'un tel faisceau conique sont transmis par le film 13 c/mais n'atteignent pas les yeux de l'observateur du fait qu'ils passent en dehors de la plage des mouvements de la tête que peut faire l'observateur. Les rayons qui sont réfléchis sélectivement par le film 13 c à travers le film 15 c atteignent le film hologra- phique 17 e De nouveau, seuls sont réfléchis les rayons pro- venant de chaque point de réflexion du film 13 c qui sont dans un étroit faisceau conique, dont les rayons font un angle avec le film 17 c entrant dans la plage des angles de réflexion de ce film, et ce phénomène se produit de la même manière sur le film 15 c vers lequel ces rayons sont réfléchis. Les rayons réfléchis par le film 15 c tombent sur le film 17 c cependant, leurs angles d'incidence sont cette fois en dehors de la plage de réflexion du film 17 c et 1 par suite, les rayons réfléchis par le film 15 c passent à travers le film 17 c vers une région limitée entourant la position nominale occupée par les yeux de l'observateur. L'observateur voit ainsi une image de l'affichage présenté sur l'écran 3 du tube à rayons cathodiques qui est superposée à sa vision à travers les éléments 13, 15 et 17 du combinateur. Comme le montre la figure 1, le film 15 c est sphérique et les éléments 13 et 17 ainsi que leurs films 13 c et 17 c sont plans L'observateur voit la scène à laquelle l'affichage semble superposé par l'intermédiaire des deux films 15 c et 17 c ou des trois films 13 c, 15 c et 17 c. Dans l'un ou l'autre cas, c'est le film 15 c qui a pour fonction de produire une image virtuelle à l'infini de l'affichage présenté sur l'écran 3 du tube à rayons catho- diques de façon que cet affichage puisse être observé alors que les yeux de l'observateur sont concentrés sur la scène éloignée à travers les films 15 c et 17 c ou 13 c, 15 c et 17 c. Il est évident que les films 13 c, 15 c et 17 c transmettent tous la lumière provenant de la scène éloignée sans atténua- tion importante, à l'exception de la lumière comprise dans l'étroite bande de fréquences correspondant au "vert" de la matière électroluminescente de l'écran du tube à rayons cathodiques. La possibilité de donner une configuration sphé- rique au film 15 c est due à l'écartement relativement faible du système optique par rapport à un système axé au niveau du film 15 c Les corrections nécessaires pour compenser les défauts se produisant dans le dispositif et qui sont dus à la configuration désaxée du système optique sont effectués naturellement par le système optique relais 5,mais, étant donné que le dispositif présente une configuration optique beaucoup plus proche du système axé que les dis Dositifs d'af- fichage comparables de l'art antérieur, le système 5 est relativement simple et compact. On va se référer maintenant aux figures 2 et 3 qui représentent une forme de réalisation pratique d'un dispositif d'affichage d'un collimateur de pilotage du type tête haute utilisant le système optique décrit en regard de la figure 1. Dans cette forme de réalisation, le tube à rayons cathodiques 1, le système optique relais 5 et le réflecteur 7 sont tous situés dans un boîtier longitudinal 19 Les élé- ments 15 et 17 sont placés de chaque côté d'un boîtier ellip- tique 21 fixé au boîtier 19 par son extrémité inférieure et supportés en outre de chaque côté par des entretoises 23 réglables en longueur L'élément 13 est soutenu par un élé- ment de support 25 fixé à la partie postérieure supérieure du boîtier 21. Comme on le voit sur les figures 1, 2 et 3, le dispositif d'affichage du type tête haute décrit est destiné par exemple à être utilisé par un pilote situé dans le poste de pilotage d'un aéronef, le dispositif étant monté entre la verrière 27 de l'aéronef et une ligne d'éjection 29. La figure 4 B montre le champ de vision dont dis- pose l'observateur dans la position nominale occupée par ses yeux en utilisant le dispositif d'affichage des figures 2 et 3 et la figure 4 A montre, à titre de comparaison, le champ maximal de vision qui peut être obtenu en utilisant les techniques des dispositifs classiques de visualisation tête haute. Il est bien entendu que, dans des cas particu- liers, les relations angulaires entre les divers composants actifs d'un dispositif d'affichage selon l'invention peuvent être différentes de celles représentées à titre d'exemple. L'exemple particulier illustré est optimisé par une série par- ticulière de contraintes spatiales; et il est évident que ces contraintes peuvent varier dans certaines limites d'un cas à l'autre, en particulier en ce qui concerne les tolérances quant à la position dans laquelle se trouvent les yeux du pilote. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'affichage pour un collimateur de pilotage du type tête haute, comprenant un combinateur ( 9) à travers lequel un observateur peut voir une scène et un pro- jecteur ( 1) présentant une surface d'affichage ( 3) de laquelle la lumière représentant un affichage est projetée sur le com- binateur pour être réfléchie vers l'observateur de manière à présenter à celui-ci une image de l'affichage superposée à sa vision à travers le combinateur, dispositif caractérisé en ce que ledit combinateur présente des premier, deuxième et troisième films optiques réfléchissants accordés ( 13 c, 15 c, 17 c) qui convergent de manière à délimiter deux espaces cunéiformes, les caractéristiques de réflexion et de transmission des films et les angles de convergence de ces derniers ainsi que leur relation angulaire avec la surface d'affichage étant tels que la lumière comprise dans une étroite bande de fréquences provenant de la surface d'affichage est tour à tour réfléchie par le premier film 13 c vers le deuxième film 15 c, transmise à travers le deuxième film-en direction du troisième film -20 ( 17 c), réfléchie par le troisième film en direction du deuxième film, réfléchie par celui-ci en direction du troisième film et transmise à travers ce troisième film vers la position d'observation. 2 Dispositif d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième film est disposé entre les premier et troisième films et en ce que les premier et deuxième films convergent en direction d'un bord du deuxième film et en ce que les deuxième et troisième films convergent en direction du bord opposé du deuxième film. 3 Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la lumière provenant du projecteur est dirigée sur le premier film par un réflecteur ( 7) situé à proximité du bord opposé du deuxième film. 4 Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la lumière provenant du projecteur est dirigée sur le réflecteur par un système optique relais ( 5) situé du côté du combinateur qui est opposé à la position d'observation et s'étendant d'une façon générale parallèlement à la ligne de vision de l'observateur à travers le combinateur. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que les premier et troisième films sont sensiblement plans et en ce que le deu- xième film est sensiblement sphérique. 6 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que chaque film est intercalé entre deux parties de support transparentes ( 13 a, 13 b; 15 a, 15 b; 17 a, 17 b).