Brevet FR2559593A1 — publié le 19850816

La présente invention concerne les collimateurs de pilotage du type tête haute, et plus précisément ceux qui sont destinés à être utilisés dans des véhicules et notamment des aéronefs. Au cours des dernières années, on a proposé divers types de collimateurs de pilotage comprenant un ou plusieurs films optiques à réflexion adaptée dans le combinateur du collimateur, c'est-à-dire dans l'élément de l'arrangement à travers lequel l'observateur voit la scène distante et dont le rôle est de réfléchir la lumière représentant une image à afficher vers l'obser- vateur, afin qu'une vue de l'image par l'observateur soit superposée à la vue qu'il a de la scène distante. L'expression "film optique à réflexion adaptée" désigne un film optique ou un élément optique analogue ayant la propriété de réfléchir efficacement la lumière pour des combinaisons particulières de la longueur d'onde et de l'angle d'incidence. Le film est considéré comme "adapté" pour ces combinaisons de la longueur d'onde et de l'angle d'incidence. La lumière qui ne satisfait pas à la condition d'adaptation est transmise par le film avec de faibles pertes par réflexion. Dans un tel arrangement décrit dans le brevet britannique n 2 042 206, le combinateur a un premier et un second film optique réfléchissant adapté, intercep- tant chacun l'axe de visée de l'observateur par le combinateur et convergeant l'un vers l'autre afin qu'ils d!limitent un espace qui se rétrécit, la relation angu- laire entre les films et avec la surface d'affichage d'un ensemble projecteur formant l'image à afficher, t-.ent telle que la lumière qui se trouve dans une certaine étroite bande de longueurs d'onde, provenant de la surface d'affichage, est elle-même réfléchie au niveau du second revêtement, et réfléchie par le premier revête- ment et est transmise à travers le second revêtement vers ]a position de vision de l'observateur. Cet arrangement présente l'avantage d'être peu encombrant et de donner un grand champ de vision à l'observateur, mais il a l'inconvénient de nécessiter l'observation de la scène distante à travers deux films optiques à réflexion adaptée par l'utilisateur. Inévi- tablement, la luminosité du "monde réel" est réduite avec un tel arrangement. L'invention concerne un collimateur de pilotage du type tête haute qui, tout en conservant les avantages de l'arrangement précité, remédie à l'inconvénient indiqué. Selon l'invention, un collimateur de pilotage du type tête haute comporte un arrangement formant projection optique, comprenant un dispositif d'affichage destiné à présenter des données lumineuses à afficher et un objectif destiné à former, dans un plan image, une image réelle des données lumineuses ainsi présentées, et un ensemble combinateur qui comporte un premier film optique à réflexion adaptée, supporté dans une position telle qu'il intercepte l'axe de vision vers l'avant, à partir d'une position d'oeil prescrite pour un utilisateur de l'arrangement, et un second et un troisième film optique réfléchissant adapté supportés entre ledit plan image et le premier film, le troisième film étant plus proche du plan image, dans une position telle qu'il ne bouchepratiquement pas la vue par l'obser- vateur à travers le premier film et à partir de ladite position de l'oeil, la relation entre les positions du premier, du second et du troisième film et le plan image étant telle que la lumière provenant de l'arrangement protecteur, dans une bande prescrite de longueurs d'onde, vient d'abord sur le troisième film avec une inclinaison pour laquelle celui-ci n'est pas adapté pour la réflexion et en conséquence est transmise par ce troisième film, la lumière ainsi transmise par le troisième film parve- nant sur le second avec une inclinaison pour laquelle le second film est adapté afin qu'il réfléchisse, la lumière ainsi réfléchie par le second film parvenant sur le troisième avec une inclinaison pour laquelle le troisième film est adapté, si bien que la lumière ainsi réfléchie par le troisième film parvient sur le second avec une inclinaison pour laquelle le second film trans- met la lumière, la lumière ainsi transmise par le second film parvenant sur le premier avec une inclinaison pour laquelle le premier film présente une réflexion adaptée et réfléchit ainsi la lumière vers la position de l'oeil. L'ensemble combinateur donne de préférence une certaine vergence. Dans un tel arrangement, le plan focal de l'ensemble combinateur coïncide de préfé- rence pratiquement avec le plan image. La vergence du combinateur est de préférence obtenu- au moins en partie par utilisation d'un troisième film concave vers le second film. Dans un arrangement particulier selon l'inven- tion, le second et le troisième film délimitent entre eux un espace qui se rétrécit vers la position de l'oeil. 2CI D'autres caractéristiques et avantages d'un coi"-- a eur de pilotage selon l'invention ressortiront miLieux de la description qui va suivre, faite en réfé- rence auxe dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma représentant l'ar- rangemient monté dans un habitacle d'aéronef; la figure 2 est une élévation dans le sens de la flèche Il de la figure 1; et la filure 3 représente le champ de vision instantanée {CVI) donné par le collimateur de pilotage, pour la position nominale de l'oeil de l'arrangement. L'â-rangjement représenté sur la figure 1 comporte un proijectur picque 1 et un ensemble combinateur 13. se pr ojecteur a un boîtier 15 supporté à peu pres au 1ni eau des cuisses du pilote 14 assis dans haLui;-i le; L ext:rérité arrière 17 du boîtier occupant lunc ?pLilion co-.prise entre les genoux du pilote. Un tube. rayons cathodiques 19 ayant un écran 21 revêtu d'une matière électroluminescente émettant une lumière verte, et un objectif relais 23, formé de deux parties 23a et 23b, sont placés, entre autres, dans le boîtier 15. Les parties 23a et 23b de l'objectif sont distantes et repliées de manière qu'elles se trouvent sur le trajet lumineux partant du tube à rayons catho- diques 19, la partie 23b étant dirigée vers le haut et vers l'arrière, vers l'ersemble combinateur 13. Un miroir 25 de renvoi destiné à renvoyer la lumière de la partie 23a vers la partie 23b de l'objectif, est placé entre les deux parties 23a et 23b. Le projecteur 11 est destiné à former une image réelle de l'affichage de l'écran 21 dans un plan P. L'aéronef a un pare-brise 27 d'habitacle. L'ensemble combinateur comporte un premier organe optiquement plat 33 formé de verre ou d'une autre matière transparente à la lumière, supporté en position inclinée dans le sens avant-arrière de l'aéro- nef, en position telle qu'il intercepte l'axe de vision vers l'avant du pilote, à partir de la position pres- crite de l'oeil E, vers la scène distante en avant, à travers le pare-brise 27 de l'habitacle. L'ensemble combinateur comporte en outre un second organe optiquement plat 35 formé de verre ou d'une autre matière transparente à la lumière, placé sous l'organe 33, entre l'organe 33 et la partie 23b de l'objectif relais, et un troisième organe 37 de verre ou d'une autre matière transparente à la lumière, placé sous l'organe 35, entre celui-ci et la partie 23b de l'objectif relais. L'organe 37 a une courbure sphérique concave vers l'organe 35 et délimite avec celui-ci un espace qui se rétrécit vers la position E de l'oeil. Chaque organe 33, 35 et 37 est formé de deux feuilles, par exemple les feuilles 33a et 33b pour l'organe 33 et, à l'interface entre les feuilles de chaque organe 33, 35 ou 37, un film optique à réflexion adaptée 39, 41 ou 43 est formé par un revêtement de l'une des feuilles constituant cet organe. Les films 39, 41, 43 peuvent avoir des caracté- ristiques optiquement adaptées obtenues par tout procédé convenable. Ces caractéristiques d'adaptation peuvent être obtenues avantageusement, sur plusieurs films, par mise en oeuvre du procédé décrit dans le brevet britannique n 2 071 866. Les organes 33, 35 et 37 sont portés par un châssis 45 qui est lui-même supporté par une structure 47 placée au-dessus du projecteur 11. La structure 47 supporte en outre deux tubes à rayons cathodiques 49a et 49b qui donnent au pilote des affichages du type tête basse, au-dessous du collimateur tête haute, et un tableau de bord 51 est placé entre ces affichages tête basse. Les organes 35 et 37 sont supportés dans une position telle qu'ils ne bouchent pas la vue du pilote à travers l'organe 33, c'est-à-dire qu'ils ne dépassent pas dans le volume délimité par l'axe partant de la position E de l'oeil et dirigé vers l'organe 33. Les organes 35 et 37 sont en outre placés par rapport au projecteur 11 d'une manière telle que le plan focal de l'ensemble combinateur coincide avec le plan image P. Les organes 35 et 37 sont en outre disposés ]'un par rapport à l'autre et par rapport à l'organe 33 de manière qua: (i) les rayons lumineux se trouvant dans une bande prescrJte de longueurs d'onde, provenant du projec- t-ur, parviennent sur le troisième film 43, c'est-à-dire celui qui est le plus proche du plan P, avec une inclinai- sorn rour laquelle le troisième film 43 n'est pas adapté en réflexion, et ils sont donc transmis vers le second faim 4 1 (ii) La relation angulaire entre le second et le troisième film 41, 43 est telle que les rayons transmis comme indiqué précédemment, par le troisième film 43, parviennent sur le second film 41 avec une inclinaison pour laquelle le second film 41 est adapté en réflexion, (iii) les rayons ainsi réfléchis par le second film 41 parviennent sur le troisième film 43 mais, étant donné la relation angulaire entre le second et le troisième film, l'angle d'incidence sur le troisième film 43 est adapté en réflexion, (iv) les rayons ainsi réfléchis par le troisième film 43 parviennent sur le second film 41 mais, étant donné la relation angulaire entre le second et le troi- sième film, ils parviennent avec une inclinaison telle que le second film 41 est transparent, et (v) les rayons ainsi transmis par le second film 41 parviennent sur le premier film 39 avec une inclinaison pour laquelle le premier film 39 est adapté en réflexion et, étant donné l'inclinaison angulaire du premier film, ils sont réfléchis vers la position de l'oeil E. Le pilote voit ainsi une image de l'affichage de l'écran 21 du tube à rayons cathodiques 19, superposée à sa vue de la scène distante, à travers l'organe 33 et le pare-brise 27. Il faut noter que, dans l'arrangement décrit à titre illustratif, comme le plan image P du projec- teur et le plan focal de l'ensemble combinateur coin- cident, l'ensemble combinateur 13 et en particulier le film 33, a une fonction de collimation. Ainsi, le pilote voit une image virtuelle de l'affichage qui paraît être à l'infini, ceci étant nécessaire afin que l'affichage soit superposé à la vue de la scène distante pour le pilote. Cependant, lors- qu'une image virtuelle doit être formée à une distance finie, c'est-àdire en position relativement rapprochée, par exemple dans le cas d'une application à un simulateur de pilotage, l'arrangement d'affichage peut être réalisé avec un déplacement convenable entre le plan image P du projecteur et le plan focal de l'ensemble combinateur afin que cette caractéristique soit obtenue. Dans le mode de réalisation décrit à titre illustratif, la vergence de l'ensemble combinateur 13 est due uniquement au film 43, les films 39 et 41 ayant les vergences de réflecteurs plans seulement. Cependant, il faut noter que, dans d'autres arrangements selon l'invention, un film différent ou deux ou plusieurs films peuvent donner la vergence nécessaire à l'ensemble combinateur. Le grand champ de vision instantanée (CVI) dis- ponible pour le pilote utilisant le collimateur repré- senté sur les figures 1 et 2, est indiqué sur la figure 3. On note sur la figure 1 que le champ vertical de vision de 220 est compris entre 7 au-dessus de l'horizontale et -15 au-dessous, c'est-à- dire vers l'inclinaison du nez de l'aéronef à partir de la position E de l'oeil. REVENDICATIONS 1. Collimateur de pilotage du type tête haute, comprenant un arrangement projecteur optique (11) qui comporte un dispositif d'affichage (19) destiné à pré- senter des données lumineuses à afficher et un objectif (23) destiné à diriger la lumière du dispositif d'affi- chage vers un ensemble combinateur (13) lui-même destiné à diriger la lumière provenant de l'arrangement projec- teur (11) vers une position d'oeil (E) prescrite pour un utilisateur de l'arrangement d'affichage, afin que l'utilisateur ait une vue des données lumineuses superposée à sa vue à travers l'ensemble combinateur (13), caracté- risé en ce que l'arrangement projecteur (11) forme, dans un plan image (P), une image réelle des données lumi- neuses, et en ce que l'ensemble combinateur (13) comporte un premier film optique à réflexion adaptée (39) supporté dans une position telle qu'il intercepte l'axe de vision vers l'avant de l'utilisateur, à partir de la position de l'oeil (E), et un second et un troisième film optique à réflexion adaptée (41 et 43) supportés entre ledit plan image (P) et le premier film (39), le troisième film (43) étant plus proche du plan image (P), dans une position telle qu'il ne bouche pratiquement pas la vue de l'utilisateur à travers le premier film (39), depuis la position de l'oeil (E), la relation entre les positions du premier, du second et du troisième film (39, 41 et 43) et du plan image (P) étant telle que la lumière de l'arrangement projecteur (11), dans une bande prescrite de longueurs d'onde, parvient d'abord sur le troisième film (43) avec une inclinaison pour laquelle le troisième film n'est pas adapté en réflexion, la lumière étant ainsi transmise par le troisième film, la lumière ainsi transmise par le troisième film parvient sur le second film (41) avec une inclinaison pour laquelle le second film est adapté en réflexion, si bien que la lumière ainsi réfléchie par le second film parvient sur le troisième film avec une inclinaison pour laquelle le troisième film est adapté en réflexion, la lumière ainsi. réfléchie par le troisième film parvient sur le second film avec une inclinaison pour laquelle le second film est transparent, et la lumière ainsi trans- mise par le second film parvient sur le premier film (39) avec une inclinaison pour laquelle le premier film est adapté en réflexion, si bien qu'il réfléchit la lumière vers la position de l'oeil. 2. Collimateur selon la revendication 1, carac- t-risé en ce que l'ensemble combinateur possède une vergence. 3. Collimateur selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le plan focal de l'ensemble combinateur (13) coïncide pratiquement avec le plan image (P). 4. Collimateur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la vergence de l'ensemble combinateur est obtenue au moins en partie par utilisa- tion d'un troisième film (43) qui est concave vers le second film (41). 5. Collimateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second et le troisième film (41 et 43) délimitent entre eux un espace qui se rétrécit vers la position de l'oeil (E). 6. Collimateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des films (par exemple 39) est sous forme d'un revêtement d'une feuille d'une matière transparente à la lumière (par exemple 33a)o 7. Collimateur selon la revendication 6, carac- térisé en ce que ledit revêtement est à l'interface de ladite feuille (33a) et d'une feuille supplémentaire d'une matière transparente à la lumière (33b). 8. Collimateur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble combinateur (13) est placé au-dessus de l'arrangement projecteur (11).