Brevet FR2552397A1 — publié le 19850329

SYSTEME DE VISUALISATION DE PLUSIEURS IMAGES ET SON UTILISATION AEROPORTEE L'invention concerne les dispositifs de visualisation utilisés en navigation aérienne, permettant au pilote de prendre connaissance de différentes informations et d'utiliser des images synthétiques pour la navigation ou le pointage de tir. Parmi ces dispositifs, figurent des appareils appelées viseurs tête haute, ou HUD (abréviation de Head-Up Display) par opposition à la vision tête basse d'un appareil sur la planche de bord. Ces viseurs tête haute permettent l'observation simultanée du paysage extérieur et d'une image synthétique collimatée comprenant des symboles à visualiser dans le champ d'observation du pilote; l'image résultante sera appelée image de visée. D'autres dispositifs de visualisation tête basse, intégrés à la planche de bord, conjointement avec d'autres appareils indicateurs ou divers moyens de commande, reproduisent d'autres images et par exemple la carte de la zone survolée ou à survoler. Ils peuvent également visualiser des images issues d'un système radar ou d'une caméra fonctionnant aux rayons infrarouges, plus communément appelé FLIR (de la terminologie anglo-saxonne "Forward Looping Infra-Red"). Ces appareils sont généralement constitués d'un tube cathodique, dont les dimensions de la face contenant l'écran peuvent atteindre celles d'un carré de quinze centimètres de côte. Ils sont souvent disposés latéralement sur la planche de bord, juste au dessus des genoux du pilote, à portée de sa main, le bras étant tendu. Cette disposition impose une gymnastique optique au pilote lorsque ce dernier, regardant l'image simultanée du paysage extérieur et des symboles, veut surveiller un ou plusieurs des écrans de visualisation de la planche de bord. En effet, lorsqu'un observateur regarde une scène située à plusieurs centaines de mètres, la convergence du cristallin de l'oeil est adaptée à cette vision éloignée. Si le même observateur désire instantanément regarder un objet situé à quelques dizaines de centimètres de lui, les muscles ciliaires font varier la convergence du cristallin. Cette mise au point demande un temps d'accommodation progressive des yeux de quelques dizièmes de secondes. De plus, le pilote regardant horizontalement et face à lui, doit déporter son regard d'un angle qui peut dépasser trente degrés, pour observer un écran situé sur le côté et vers le bas. Les fréquentes surveillances que le pilote doit effectuer sur ces appareils de bord, tout en pilotant son avion, s'avèrent pour le système optique humain éprouvantes à partir d'une certaine durée. Le but de la présente invention est en premier lieu de remédier à cet inconvénient. Une principale particularité du système proposé est de présenter aux yeux du pilote plusieurs visualisations collimatées et rassemblées pour former un ensemble compact d'images, afin de diminuer les contraintes visuelles imposées au pilote d'avion. A cet effet on propose un système de visualisation destiné à présenter à un observateur plusieurs images dont l'une, dite image de visée, est une image collimatée superposée au paysage extérieur, caractérisé en ce que les dispositifs de visualisation des autres images sont agencés de façon à produire ces autres images de sorte qu'elles soient regroupées près de l'image de visée, afin de constituer un groupe compact d'images, et en ce que ces autres images sont collimatées, comme l'image de visée, de manière à ce que toutes les directions de collimation convergent vers l'oeil de l'obser- vateur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple, et illustrée des figures annexées: - Figure 1, une partie du poste de pilotage d'un avion équipé du système de visualisation selon l'invention; - figure 2, un mode de réalisation préféré du système de visualisation selon l'invention. Sur la figure 1, un pilote est installé au poste d'un pilotage d'un avion de chasse. II est assis sur un siège incliné en arrière et loge ses pieds sous la planche de bord I dans des emplacements 2 prévus à cet effet. Il regarde le paysage extérieur à travers un pare-brise 3. Un dispositif viseur et collimateur 4 présente des informations à visualiser aux yeux du pilote en superposition avec ce paysage. Ces informations sont constituées généralement de symboles et de chiffres caractérisant différents paramètres de navigation (cap, angle de site, altitude, vitesse...). L'image produite est appelée image de visée et est collimatée à l'infini dans une direction de collimation qui passe par le centre de l'image et par l'oeil du pilote. On peut apprécier sur cette figure l'écart angulaire qui sépare les emplacements, repérés 5, oU se trouvent, dans l'art antérieur, les écrans de visualisation, et le centre du viseur 4 matérialisé sur la figure par le réticule 6. De plus, dans cet art antérieur, on peut remarquer que les genoux du pilote masquent chacun une partie inférieure de la planche de bord 1, et en particulier les emplacements 5 habituels des dispositifs de visualisation. Ceci est dû au fait que certaines conditions d'encombrement et de position sont imposées, notamment par de nouvelles exigences concernant l'éjection du pilote. Le siège de ce dernier se trouve plus incliné vers l'arrière qu'il ne l'était jusqu'à maintenant. Les jambes du pilote se trouvent donc plus haut, et les genoux ont tendance à limiter le champ de vision de celui-ci sur la planche de bord 4. Selon l'invention on prévoit deux particularités principales. Les dispositifs de visualisation 20 et 30 des autres images sont par exemple au nombre de deux et sont de préférence rassemblés l'un en dessous de l'autre et en dessous du viseur, et produisent des images symbolisées par les écrans rectangulaires 7 et 8. De cette manière, un simple changement d'orientation verticale du regard du pilote lui permet de voir plusieurs images différentes. Dans cette réalisation les images produites se trouvent presque juxtaposées les unes aux autres. En outre, les images issues de ces dispositifs de visualisation 20 et 30 sont également collimatées. Les directions de collimation passent chacune par le centre d'une des images et par l'oeil du pilote. Ce dernier n'a plus besoin d'un temps d'accoutumance, qui est de l'ordre de quelques dixièmes de seconde, pour regarder les deux images ainsi collimatées, alors qu'il fixe la majeure partie du temps son attention sur le paysage extérieur à travers le pare-brise 3 et le viseur 4. Le champ de visualisation tête haute est ainsi prolongé vers le bas par ces visualisations tête basse. L'avantage que procure le phénomène de collimation est mis en valeur par le fait que les images sont groupées. Les yeux du pilote, - pour passer de l'image de visée à l'image inférieure collimatée, n'ont pas à traverser des images non collimatées. Le système optique du pilote n1a donc pas à régler la convergence de l'oeil pendant l'instant où le regard du pilote voit des objets non collimatés. La figure 2, schématisant un exemple d'installation du système, n'est bien sûr par limitative, aussi bien en ce qui concerne la disposition possible des différents éléments mis en oeuvre, que leur nombre, ou leurs fonctions précises et leurs utilisations. Le dispositif viseur collimateur 10 comporte dans cet exemple un tube cathodique 1 1 qui produit une image synthétique. Cette image est celle des symboles à visualiser. Un ensemble optique relais 12 collimate l'image du tube cathodique. Un miroir de renvoi 13 replit le trajet des rayons lumineux sur un miroir semiréfléchissant 14 qui assure le mélange de l'image synthétique avec le paysage extérieur pour donner l'image de visée. Ces éléments optiques sont donnés à titre d'exemple, étant entendu que d'autres éléments peuvent produire le même résultat (éléments sphériques, hologrammes...). Le miroir de renvoi 13 permet un cheminement des rayons lumineux qui facilite l'implantation de ce dispositif dans la cabine de l'avion. Le premier 20 des deux dispositifs de visualisation se compose, dans le cas de la figure 2, d'un tube cathodique 21 et d'un ensemble optique qui assure la collimation de l'image produite sur l'écran du tube. L'ensemble optique peut comprendre par exemple, un objectif 22, deux miroirs de renvoi 23 et 24, et éventuellement une optique 25 placée après les deux miroirs. Le tube cathodique 21 peut être logé en dessous du dispositif viseur 10. Les différents éléments otpiques de ce dispositif de visualisation 20 sont positionnés de sorte à projeter l'image collimatée dans une direction de collimation 26. Cette direction passe par le centre de la nouvelle image, collimatée à la sortie du dispositif de visualisation, et par l'oeil du pilote. On a définit au préalable une position du pilote et par conséquent, I'emplacement de ses yeux. Les dimensions de cette image collimatée peuvent être plus restreintes que celles de la même image, lorsqu'elle était auparavant reproduite latéralement sur la planche de bord. Elle n'en est pas moins précise car elle se trouve, selon l'invention, à une distance D 1 des yeux du pilote qui est environ de quarante centimètres. Lorsque ce type de visualisation est installé sur la planche de bord, I'écran, représenté en trait pointillé sur la figure et repéré 27, se trouve à une distance D2 de quatre-vingt centimètres de l'oeil du pilote. Ce rapport de distances permet de diminuer la taille de l'image produite dans cet exemple, sans perdre de sa précision. L'image produite peut être celle d'un moniteur d'un système de surveillance d'un rayon infrarouge du type "FLIR", ceci afin de visualiser des éléments extérieurs à l'avion pendant les vols de nuit ou lorsque la visibilité est mauvaise. L'image fournie par ce premier dispositif de visualisation 20 peut être produite par le moniteur de télévision, visualisant une image monochrome ou en couleur, captée par une caméra placée en dessous de l'avion. Cette utilisation peut s'avérer très avantageuse pour certaines manoeuvres, telles que les atterrissages, pendant lesquels l'avion est cabré, de telle sorte que le pilote ne voit pas entièrement la piste qui est partiellement cachée par l'avant de l'avion. L'image prolonge ainsi vers le bas le champ d'observation extérieur du pilote. Par ailleurs, cette image collimatée peut être presque parfaitement juxtaposée à l'image de visée, en sorte de prolonger cette dernière vers le bas et de constituer pratiquement une seule image. Certaines parois 27 de boîtiers nécessaires au positionnement des éléments optiques du dispositif de visualisation 20 peuvent éventuellement séparer les deux images. Dans ce cas, ces parois sont orientées de telle sorte que le pilote n'aperçoive que la tranche de ces parois. Le deuxième dispositif de visualisation 30, dans le cadre de cette réalisation, peut être équipé d'un tube de télévision couleur 31 du type à masque d'ombre (de l'appellation anglo-saxonne Shadow Mask) et d'un ensemble optique. Ce dernier peut comporter un objectif 32 pour collimater l'image produite et l'orienter sur un dispositif à double lame 33. Cet ensemble optique présente l'image au pilote dans une direction de collimation 34 qui passe par l'oeil de ce dernier et par le centre de l'image collimatée. Un dispositif du type à double lame est décrit dans le brevet français publié sous le numéro 2 389 911. L'utilisation d'un tel dispositif fournit au pilote un meilleur confort de vision, puisqu'il autorise un certain déplacement des yeux, sans pour cela perdre de vue l'image ainsi collimatée.Un tel dispositif 33 à double lame pourrait également être utilisé dans le premier dispositif de visualisation 20. Le tube du type Shadow-Mask dont l'écran peut être relativement grand, produit une image de haute définition. Grâce à l'objectif 32, ce tube couleur peut être placé dans un endroit plus éloigné fournissant le volume nécessaire à l'installation du tube. L'objectif 32 permet également de canaliser les rayons optiques constituant l'image, la section de l'objectif pouvant être relativement réduite en certains endroits. On peut de cette manière augmenter légèrement le volume des emplacements nécessaires au pilote pour loger ses jambes et ses pieds. Ceci permet également de respecter les conditions d'éjection du pilote. Ces conditions peuvent être matérialisées par des lignes d'éjection délimitant des espaces à l'intérieur desquels aucun matériel ne doit pénétrer. Le deuxième dispositif de visualisation 30 peut être un indicateur cartographique du type de celui décrit dans le brevet français publié sous le numéro 2 357 022. D'autres types de visualisation peuvent être agencés pour que leurs images soient collimatées, comme le prévoit l'invention; par exemple le tube de visualisation d'un capteur optronique d'un système de tir. Une variante du système prévoit la collimation d'une seule image juxtaposée juste en dessous de l'image de visée. Un nombre d'images visualisées, supérieur à trois rentre bien entendu dans le cadre de l'invention. La juxtaposition verticale des images n'est évidemment pas limitative. D'autres utilisations peuvent nécessiter une disposition horizontale des images. De même d'autres regroupements peuvent être envisagés. Le système selon l'invention peut s'adapter à d' autres utilisations que celle décrite précédemment. Il peut être employé sur un hélicoptère, ou d'autres véhicules, ou bien servir sur un quelconque matériel fixe de commande ou de contrôle. REVENDICATIONS l. Système de visualisation destiné à présenter à un observateur plusieurs images dont l'une, dite image de visée, est une image collimatée et superposée au paysage extérieur, caractérisé en ce que les dispositif de visualisation (20,30) des autres images sont agencés de façon à produire ces autres images regroupées près de l'image de visée, afin de constituer un groupe compact d'images, et en ce que ces autres images sont collimatées, comme l'image de visée, de manière à ce que toutes les directions de collimation (15,26,34) convergent vers l'oeil de l'observateur. 2. Système de visualisation selon la revendicaton 1, dont ladite image de visée est produite par un dispositif viseur collimateur (10), lé système étant caractérisé en ce que lesdits dispositifs de visualisation (20,30) des autres images. sont au nombre de deux et sont placés en dessous du dispositif viseur collimateur, et l'un en dessous de l'autre, de sorte à former un assemblage vertical de trois images collimatées. 3. Système de visualisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites autres images collimatées, délivrées par les dispositifs de visualisation (20,30) sont juxtaposées les unes en dessous des autres, de façon à ne former avec l'image de visée qu'une seule image collimatée. 4. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des dispositifs de visualisation (30) comprend un tube cathodique couleur (31) du type à masque d'ombre pour fournir une image de haute définition. 5. Système de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un desdits dispositifs de visualisation (30) comprend un dispositif optique à lame double (33). 6. Utilisation d'un système de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes à bord d'un aéronef, placé dans le poste d'un pilotage en face du pilote, ladite image de visée étant produite par le dispositif viseur collimateur (10) de l'aéronef.