Brevet FR2590687A1 — publié le 19870529

- 1 - EPISCOPE A SYSTEME DE VISUALISATION INCORPORE. La présente invention concerne un épiscope perfectionné, c'est-à-dire un appareil d'optique à miroirs et à prismes faisant habituellement partie de l'équipement des véhicules blindés. Dans ce type d'application, il sert à permettre à l'équipage confiné à l'intérieur du véhicule et, en particulier, au pilote, une vision à l'extérieur sans être exposé aux projectiles ennemis. A cet effet, cet appareil fait intervenir au moins deux éléments réflecteurs, en général deux prismes, à savoir: - un premier prisme désigné ci-après "prisme récepteur", dont la face réceptrice, qui s'étend à l'extérieur du blindage, est orientée dans l'axe du champ de vision exté- rieur que l'on désire couvrir, et qui sert à réfléchir les rayons lumineux vers l'intérieur du véhicule, de préféren- ce dans l'axe de l'orifice du blindage, et - un deuxième prisme désigné ci-après "prisme oculaire", situé à l'intérieur du véhicule et qui sert à réfléchir les rayons transmis par le prisme récepteur, dans l'axe de vision normale du pilote ou du membre de l'équipage concerné. - 2 - Dans l'état actuel de la technique, pour améliorer les performances de l'épiscope, tant en ce qui concerne sa tenue mécanique que sa qualité optique, les prismes utilisés présentent une forme sensiblement trapézoidale rectangle et sont disposés de manière à former une structure prismatique dans laquelle les faces latérales et les bases des deux prismes sont respectivement alignées, les deux faces à angle droit étant sensiblement jointives. Dans ce cas, les réflexions s'effectuent sur les deux faces obliques ou dioptres des deux prismes, tandis que le trajet optique entre ces deux dioptres s'effectue presque unique- ment dans la matière constituant ces deux prismes. On sait, par ailleurs, qu'un pilote de véhicule blindé doit pouvoir recevoir à tout moment, sans avoir à interrompre sa vision à l'extérieur, un nombre important d'informations pouvant aussi bien consister en des ordres de manoeuvre qu'en des informations utiles au pilotage, certaines de ces infor- mations pouvant contenir des instructions à exécuter le plus rapidement possible. Or, les moyens actuellement utilisés (en général des réseaux phoniques) étant partagés avec des liaisons radio extérieu- res, il s'ensuit une possibilité de saturation et/ou de retard dans l'acheminement des ordres, sans possibilité de transmission simultanée de plusieurs informations. Dans le but de résoudre ce problème, l'invention propose à cet effet d'implanter dans l'épiscope un système de visuali- sation permettant de présenter au pilote, des informations par exemple sous forme de symboles lumineux, collimatées à l'infini et se superposant au paysage extérieur qui se trouve dans le champ de l'épiscope. Toutefois, en raison de la spécificité de cette application, une telle implantation ne peut être envisagée que dans la - 3 - mesure o elle répond à un certain nombre de critères parmi lesquels on mentionnera les suivants: - l'épiscope ainsi équipé doit conserver une grande simpli- cité et surtout un encombrement réduit; - il doit présenter, au moins en grande partie, une confor- mation similaire à celle des épiscopes classiques, de manière à pouvoir se monter, sans transformation notable, sur des matériels existants. Par ailleurs, il doit être d'une discrétion totale vis-à-vis d'un observateur extérieur, ce qui implique qu'il ne soit le siège d'aucune émission de lumière à l'extérieur et ce, malgré la présence du système de visualisation qui fait nécessairement intervenir au moins une source lumineuse. En outre, il doit assurer la conservation des valeurs de champs de vision par rapport à des épiscopes classiques de mêmes types. Pour parvenir à ces résultats, l'invention propose d'asso- cier au prisme oculaire un système de visualisation compre- nant: - un module de génération d'une image lumineuse de préféren- ce formée de symboles lumineux dont l'éclairement peut être commandé de façon indépendante, cet organe étant agencé de manière à émettre un rayonnement lumineux passant au moins partiellement au travers du dioptre du prisme oculaire et se propageant à l'intérieur de celui-ci en sens inverse par rapport aux rayons lumineux provenant de l'extérieur et transmis par le prisme récepteur; et - un composant optique holographique apte à collimater à l'infini l'image engendrée par le module de génération et à réfléchir les rayons lumineux produits par cette image - 4 - parallèlement aux rayons lumineux émanant du prisme récep- teur et dans le même sens. Ainsi, le pilote du véhicule blindé pourra voir les symboles lumineux émis par le module de génération, en superposition sur le paysage extérieur qui se trouve dans le champ de l'épiscope. Il pourra donc recevoir des informations et/ou, en particulier, des ordres de manoeuvre sans interrompre sa vision à l'extérieur. Il convient de noter que dans ce système, la lumière émise par le module de génération doit être monochromatique ou ne comprendre qu'un spectre très étroit de longueurs d'onde (par exemple plusieurs couleurs). Dans ce cas, le composant optique holographique utilisé est conçu pour assurer une réflexion totale des rayons lumineux de ce spectre. Ainsi, la lumière émise par le module de génération sera totalement réfléchie vers le pilote et ne pourra donc pas ressortir à l'extérieur par le prisme récepteur. Selon un mode d'exécution particulièrement avantageux de l'invention, le composant optique holographique est incor- poré au prisme oculaire. Celui-ci est alors réalisé en deux parties accolées l'une à l'autre selon une surface de jonc- tion sensiblement perpendiculaire au trajet des rayons lumineux et situé à proximité de la face à angle droit du prisme. L'une des faces en contact de ces deux parties est alors munie d'un hologramme comprenant une couche de gélati- ne convenablement enregistrée. Avantageusement, le composant optique holographique pourra être agencé de manière à effectuer la correction des aberra- tions géométriques de l'optique utilisée dans le système de visualisation. Donner de la courbure à la surface de jonc- tion permet entre autre d'obtenir ce résultat. - Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un épiscope de type classique; La figure 2 est une coupe similaire d'un épiscope selon l'invention équipé d'un système de visualisa- tion; La figure 3 est une représentation schématique illus- trant le principe de l'enregistrement de l'hologram- me; La figure 4 est une vue frontale d'un module de géné- ration de symboles pouvant être utilisé dans le systè- me de visualisation représenté figure 2. L'épiscope représenté sur la figure 1 correspond à un épis- cope frontal d'un poste de pilotage de véhicule blindé. Il se compose de deux prismes, à savoir: un prisme récepteur 1 et un prisme oculaire 2 (en traits interrompus). Ces deux prismes présentent une forme sensiblement identique, à savoir: une forme trapézoidale rectangle comprenant une grande et une petite bases 3, 3' - 4, 4', deux faces latéra- les 5, 5' opposées parallèles au plan de la figure, une face oblique ou dioptre 6, 6' servant de réflecteur et une face droite 7, 7' perpendiculaire à l'axe longitudinal X, X' du prisme et située à l'opposé du dioptre 6, 6'. La grande base de chacun de ces deux prismes est terminée du côté du diop- tre par une face légèrement oblique 8, 8' qui sert de face réceptrice, dans le cas du prisme récepteur 1 et de face oculaire dans le cas du prisme oculaire 2. Ces deux prismes sont disposés coaxialement mais sont orien- tés à l'opposé l'un de l'autre, de sorte que les faces latérales 5, 5' sont coplanaires deux à deux, la grande base - 6 - 3, 3' de l'un des deux prismes prolongeant la petite base 4, 4' de l'autre prisme, tandis que les faces droites 7, 7', parallèles l'une à l'autre, sont très faiblement distantes. L'ensemble formé par ces deux prismes 1, 2 est logé dans un boîtier de forme sensiblement complémentaire et réalisé en deux parties 9, 10 solidarisées l'une à l'autre au moyen de collets de fixation 11, 12. Ce bottier comprend deux ouver- tures 13, 14 respectivement situées au droit de la face réceptrice 8 et de la face oculaire 8'. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les rayons lumi- neux I émis par les objets se trouvant dans 1 champ de l'épiscope pénètrent à l'intérieur du prisme récepteur 1 par la face réceptrice 8, puis sont réfléchis (rayons J) par le dioptre 6 en direction du prisme oculaire 2 selon un axe faiblement incliné ou parallèle à l'axe commun X, X' des deux prismes 1, 2. Au passage dans l'intervalle compris entre les deux faces droites 7, 7', les rayons J' ne subissent qu'un faible décalage. Sur le dioptre 6' ces rayons sont à nouveau réflé- chis (rayons K) vers la face oculaire 8' au droit de laquel- le se trouve l'oeil 16 du pilote. L'inclinaison des faces 8 et 8' est prévue de manière à obtenir des angles d'incidence des rayons I et K voisins ou égaux à 90 . L'épiscope perfectionné représenté sur la figure 2 utilise deux prismes 1, 2 de forme identique à ceux de la figure 1 et donc un même principe optique pour la vision du pilote à l'extérieur. Toutefois, dans ce cas, le prisme oculaire 2 est associé à un système de visualisation comprenant: un module de génération de symboles lumineux 20 comportant une grille objet dans laquelle sont découpées, par exemple par attaque électrochimique, les formes des symboles que l'on désire visualiser, un diffuseur pouvant consister en une paroi en verre dépoli et un système d'éclairage 7 - pouvant avantageusement consister en des diodes électro- luminescentes, à raison d'une diode par symbole, encas- trées dans une structure en nid d'abeille de façon à les isoler les unes des autres; - une optique de champ 21 de type classique ou holographique apte à permettre une bonne lisibilité des symboles lorsque le pilote déplace la tête (notamment en agrandissant la pupille du système); - un miroir de repli 22 pouvant être éventuellement orienta- ble de façon à pouvoir présenter au pilote plusieurs grilles De symboles (mode de pilotage, mode de franchisse- ment, etc...), ce miroir de repli 22 étant situé de maniè- re à ce que les rayons incidents L produits par l'ensemble module 20/optique de champ 21 soient réfléchis (rayons M) vers le dioptre 6' en sens inverse des rayons lumineux J' provenant de l'extérieur et réfléchis par le prisme récep- teur 1; - un prisme compensateur 23 de section triangulaire rectan- gle dont la face oblique est collée au dioptre 6' du prisme oculaire 2, et dont l'une des faces droites 24 s'étend normalement aux rayons lumineux M réfléchis par le miroir de repli 22, ce prisme compensateur étant destiné à éviter la réflexion totale sur le dioptre 6' (et, par conséquent, à assurer la transmission à travers ce diop- tre) et à annuler l'astigmatisme introduit par celui-ci sur les rayons M. Par ailleurs, le système de visualisation fait intervenir un composant holographique incorporé au prisme oculaire 2 et agencé de manière à collimater à l'infini l'image produite par le module 20 et à réfléchir (rayons M') les rayons lumi- neux M produits par cette image et transmis à travers le dioptre 2 parallèlement aux rayons lumineux J' fournis par le prisme récepteur et dans le même sens que ceux-ci. Ainsi, par suite de cette réflexion, les rayons lumineux M' seront - 8 - à nouveau réfléchis par le dioptre 6' vers la face oculaire 8' (rayons N). A cet effet, le dioptre 6' devra subir un traitement de surface local de façon à permettre la transmission/réflexion des rayons lumineux provenant du module 20. De même, le composant holographique sera conçu de manière à ne pas affecter, d'une façon significative, les rayons lumineux transmis par le prisme récepteur 2. Dans cet exemple, le prisme oculaire 2 est réalisé en deux parties 25, 26 collées l'une à l'autre selon une surface de jonction P sensiblement perpendiculaire au trajet des rayons lumineux J', M, M' et passant à proximité de la face 7'. La partie 25 se présente alors sous la forme d'une lame sensi- blement "prismatique" portant sur sa face 27 un hologramme. Cet hologramme peut être obtenu, de façon classique, en déposant sur la face 27 une couche de gélatine bichromatée puis en enregistrant l'hologramme au moyen d'un montage optique du type de celui représenté sur la figure 3, dans lequel la lame 25 portant l'émulsion est disposée entre le point source S auquel sont associés une optique compensatri- ce 28 et un miroir à profil concave 29. Il convient de noter que compte tenu des caractéristiques du système de visualisation précédemment décrit (pas de paral- laxe (off axis) sur l'hologramme) et dans le cas de champs faibles, la collimation de l'image lumineuse produite par le module 20 sera assurée uniquement par le composant optique holographique (sans optique relais). Si le champ à couvrir devait être plus important, et dans le cas o la correction des aberrations géométriques ne pourrait pas être reportée au niveau des optiques d'enregistrement, une optique correc- trice 30 (représentée en traits interrompus) pourra être implantée, par exemple entre le miroir de repli 22 et le prisme compensateur 23. - 9 - La figure 4 montre un exemple de grille objet 31 du module de génération des symboles 20. Dans cet exemple, les flèches peuvent indiquer un ordre de changement de direction et les symboles + et - un ordre d'accélération ou de ralentisse- ment. Au droit de ces symboles, se trouvent des cavités cylindriques 32 formant une structure en nid d'abeille et dans lesquelles viennent s'encastrer des sources lumineuses telles que des diodes électroluminescentes. Il convient de noter toutefois que l'invention ne se limite pas à cette solution. Le module de génération de symboles lumineux 20 pourrait utiliser tout autre moyen faisant intervenir, par exemple, un tube cathodique, une cellule à cristaux liquides, un dispositif de déflexion commandée d'un faisceau laser sur un élément diffusant, etc... De même, au lieu de d'hologramme, il serait également possi- ble d'utiliser un miroir courbe partiellement réfléchis- sant, apte à réfléchir et à collimater à l'infini l'image produite par le module de génération des symboles lumineux, tandis qu'il assure la transmission des rayons provenant du prisme récepteur. Dans ce cas, pour éviter que la lumière engendrée par le module de génération des symboles lumineux ne soit visible à l'extérieur, il convient de prévoir en outre un filtre absorbant les longueurs d'onde des rayons lumineux produits par ledit module. Ce filtre sera alors disposé dans le trajet optique compris entre le miroir et les objets conte- nus dans le champ couvert par l'épiscope. - 10 - Revendications de brevet 1. Episcope perfectionné du type comprenant au moins deux éléments réflecteurs, à savoir: - un élément réflecteur récepteur dont la face réceptrice est orientée dans l'axe du champ de vision extérieur que l'on désire couvrir et qui sert à réfléchir selon un deuxième axe, et - un élément réflecteur oculaire comportant un prisme oculaire qui présente un dioptre servant à réfléchir les rayons transmis par l'élément récepteur selon un troisième axe qui correspond à l'axe de vision normale de l'utilisa- teur, caractérisé en ce qu'au prisme oculaire est associé un système de visualisation comprenant: - un module de génération (20) d'une image lumineuse agencé de manière à émettre un rayonnement lumineux passant au moins partiellement au travers du susdit dioptre (6') et se propageant dans le prisme oculaire (2) parallèlement et en sens inverse par rapport aux rayons lumineux transmis par l'élément récepteur (1), et - un composant optique holographique apte à collimater à l'infini l'image engendrée par ledit module (20) et à réfléchir les rayons lumineux (M) produits par cette image parallèlement aux rayons lumineux (J') émanant de l'élé- ment récepteur (1) et dans le même sens. 2. Episcope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit composant optique hologra- phique est incorporé au prisme oculaire (2). 3. Episcope selon la revendication 2, dans lequel le susdit prisme oculaire (2) présente une forme trapézoidale - 11 - rectangle comprenant une grande et une petite base (3' - 4'), deux faces latérales opposées parallèles (5'), une face oblique servant de dioptre (6') et une face droite (7') perpendiculaire à l'axe longitudinal (X, X') du prisme et située à l'opposé du dioptre (6'), caractérisé en ce que ce prisme oculaire (2) est réalisé en deux parties (25, 26) accolées l'une à l'autre selon une ligne de jonction (P) sensiblement perpendiculaire au trajet des rayons lumineux provenant de l'élément récepteur et passant à proximité de la face droite (7'), et en ce que l'une des deux faces en contact (27) de ces deux parties porte un hologramme apte à collimater à l'infini l'image engendrée par le susdit module (20) et à réfléchir les rayons lumineux (M) produits par cette image parallèlement aux rayons lumineux (J') émanant de l'élément récepteur (1) et qui ne sont pas affectés par ledit hologramme. 4. Episcope selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le susdit composant holographique ou le susdit hologramme est en outre agencé de manière à effectuer la correction des aberrations géométriques de l'optique du système de visualisation (20, 21, 22, 23). 5. Episcope selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le susdit système de visualisation comprend un prisme compensateur (23) destiné à éviter la réflexion totale des rayons lumineux (M) émanant du module de génération (20), et à annuler l'astigmatisme introduit par ce dioptre (6') sur ces rayons. 6. Episcope selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le susdit dioptre (6) est localement traité de manière à permettre la transmission/réflexion des rayons lumineux (M, M') provenant du module (20). - 12 - 7. Episcope selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'entre le susdit module de génération et le susdit prisme compensateur sont placés un miroir de repli et, éventuellement, une optique de champ. 8. Episcope selon la revendication 7, caractérisé en ce que le susdit miroir de repli est orienta- ble de manière à pouvoir réfléchir plusieurs zones distinc- tes de l'image produite par le module de génération. 9. Episcope selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le susdit module de génération comprend une grille objet dans laquelle sont découpées les formes des symboles que l'on désire visualiser, un diffuseur et un système d'éclairage pouvant avantageusement consister en des diodes électroluminescentes, à raison d'une diode par symbole, encastrées dans une structure en nid d'abeille. 10. Episcope selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'il comprend, entre le susdit module de génération et le susdit dioptre, une optique correctrice. 11. Episcope selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le susdit élément réflecteur récepteur (1) consiste en un prisme présentant une forme identique à celle du susdit prisme oculaire (2). 12. Episcope selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'il comprend à la place du susdit composant optique holographique, un miroir courbe partiel- lement réfléchissant, apte à réfléchir et à collimater à l'infini l'image produite par le susdit module de génération de symboles lumineux, tandis qu'il assure la transmission des rayons provenant du prisme récepteur. - 13 - 13. Episcope selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un filtre absor- bant les longueurs d'onde des rayons lumineux produits par ledit module, ce filtre étant disposé dans le trajet optique compris entre le susdit miroir et les objets contenus dans le champ couvert par l'épiscope.