Brevet FR2657969A1 — publié le 19910809

APPAREIL D'AFFICHAGE TETE HAUTE La présente invention concerne un appareil d'affichage du type à tête haute, comportant une zone d'affichage dans laquelle une représentation est affichée, un système de lentilles disposé devant ladite zone d'affichage et agencé pour créer un faisceau collimaté de rayonnement à partir de la zone d'affichage le long d'un axe de l'appareil, un réflecteur disposé sur ledit axe de façon que ledit faisceau soit incident sur le réflecteur et que le réflecteur réfléchisse ce faisceau sur un organe combinateur agencé pour diriger une image de la zone d'affichage dans une ligne de vision d'un utilisateur. On utilise des affichages tête haute dans des avions pour afficher une représentation qui soit visible à l'infini par le pilote dans sa ligne de vision traversant le pare-brise De cette manière, le pilote peut voir l'affichage fournit par son instrumentation ou d'autres informations, sans devoir abaisser son regard ou changer la focalisation de ses yeux. Les affichages de ce genre comportent généralement un tube cathodique sur l'écran duquel l'affichage est visualisé, ce tube se trouvant en-dessous de la ligne de vision du pilote Un système de lentilles et un miroir sont utilisés pour diriger une image collimatée de l'écran du tube sur un organe combinateur placé dans la ligne de vision du pilote Cet organe combinateur peut être un miroir semi-réfléchissant ou un élément holographique ayant pour effet de diriger l'image collimatée du tube cathodique dans la ligne de vision du pilote, tout en permettant au pilote de voir à travers l'organe combinateur de telle manière que la vue du paysage devant l'avion ne lui soit pas cachée. La grandeur du champ de vision instantané (CVI) de l'affichage tête haute, c'est-à-dire le champ que le pilote peut voir à n'importe quel moment sans bouger sa tête, est déterminée par le diamètre de la lentille de sortie et par l'emplacement de l'image de la lentille Afin de rendre le CVI aussi grand que possible, il est souhaitable d'avoir une lentille de sortie aussi grande que possible Toutefois, ceci conduit à augmenter la taille du boîtier de l'affichage dans une mesure qui peut ne -2- pas être acceptable dans un avion o la place est limitée. Une manière d'augmenter le CVI sans augmenter le diamètre de la lentille consiste à former deux images de la lentille de sortie, l'une au-dessus de l'autre, au moyen de deux combinateurs parallèles placés l'un au- dessus de l'autre Les deux combinateurs réfléchissent une image de la lentille de sortie dans la ligne de vision du pilote, les deux images montrant différentes parties de l'écran du tube cathodique, si bien que le CVI est agrandi Dans certains avions, l'emploi de deux combinateurs n'est pas possible parce qu'il n'y a pas assez de place sous le parebrise. L'emploi de deux combinateurs présente aussi des inconvénients intrinsèques, du fait que les bords des deux combinateurs créent une transition qui interrompt la visualisation de l'affichage Le fait de voir le combinateur supérieur à travers le combinateur inférieur, a pour effet d'atténuer à la fois la représentation affichée et la vue extérieure dont la lumière doit passer à travers les deux combinateurs avant d'arriver au pilote. La présente invention a pour but de créer un appareil d'affichage tête haute permettant de fournir un champ de vision acceptable et d'avoir une construction compacte et de faible hauteur. Dans ce but, l'invention concerne un appareil du type spécifié plus haut, caractérisé en ce que le réflecteur est agencé pour réfléchir ledit faisceau sous un angle inférieur à l'angle d'incidence. Le réflecteur peut être un élément holographique, un élément de diffraction ou un élément de Fresnel De préférence, la zone d'affichage est un écran d'un tube cathodique De préférence, le système de lentilles comporte une lentille de sortie et le champ de vision instantané de l'appareil est plus grand que la taille de la lentille de sortie. L'organe combinateur peut être un élément réfléchissant et peut réfléchir le faisceau incident sur lui sous un angle de réflexion qui est inférieur à l'angle d'incidence L'organe combinateur peut être un élément holographique ou peut comporter deux éléments combinateurs -3- parallèles, disposés l'un au-dessus de l'autre. On décrira ci-dessous un appareil d'affichage tête haute pour avion, selon la présente invention, à l'aide d'un exemple se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente l'appareil en coupe longitudinale verticale, et la figure 2 est une vue partielle représentant une forme modifiée de l'appareil de la figure 1. L'appareil représenté dans les dessins comporte un tube cathodique monochrome 1 qui reçoit des signaux électriques d'une unité de commande 2 et qui délivre, sur la base de ces signaux, une représenta- tion visuelle affichée sur son écran 3 La représentation affichée peut être une information de vol, une information de pointage d'une arme, un affichage d'instruments concernant le fonctionnement de l'avion ou des informations analogues L'écran 3 du tube cathodique a une orientation proche de la verticale. Un système convergent de lentilles 4, du type Petzval, est placé directement devant l'écran 3 et comporte une lentille d'entrée 40 et une lentille de sortie 41 Le système de lentilles 4 crée un faisceau collimaté de rayonnement le long d'un axe optique 5 qui est perpendiculaire à l'écran 3. Ce faisceau de rayonnement tombe sur un réflecteur 6, formé par un élément holographique ou un réseau de diffraction qui est incliné d'un angle de 300 par rapport à l'axe optique 5, c'est-à-dire que l'angle d'incidence (i) est de 600 Il faut noter que d'autres angles sont utilisables Le réflecteur 6 est fabriqué de telle manière que l'angle de réflexion (r) soit inférieur à l'angle d'incidence Dans le cas présent, l'angle de réflexion (r) est de 300, de sorte que le faisceau subit une réflexion à 90 Par conséquent, le réflecteur 6 a le même effet qu'un miroir plan incliné à 45 par rapport au rayonnement incident Les techniques de fabrication d'éléments holographiques et de réseaux de -4- diffraction ayant de telles propriétés sont bien connues Le réflecteur 6 pourrait être formé autrement que par un élément holographique de diffraction Par exemple il pourrait s'agir d'un miroir de Fresnel à échelons, ayant de multiples facettes parallèles disposées sous un angle tel, par rapport au plan du miroir, que l'angle de réflexion, par rapport à la normale au plan du miroir, soit inférieur à l'angle d'incidence. Le faisceau de rayonnement réfléchi est dirigé vers -le haut sur un élément combinateur 10 qui peut être de construction connue Dans le présent exemple, l'élément combinateur 10 est formé par une plaque plane rectangulaire de verre qui est revêtue, sur la surface Il faisant face au pilote, d'une couche réfléchissante pour le rayonnement émis par l'écran 3 du tube cathodique, mais transparente pour d'autres longueurs d'ondes La majorité du rayonnement venant de l'extérieur de l'avion peut donc traverser le combinateur 10 le long de la ligne de vision 20 du pilote en subissant peu d'atténuation, si bien que le pilote peut voir le paysage extérieur à travers le combinateur Le combinateur 10 est incliné d'environ 450 par rapport à la ligne de vision 20 du pilote. Le combinateur 10 forme une image virtuelle I de la lentille de sortie 41 du côté du combinateur opposé au pilote L'image I a la même grandeur que l'ouverture de sortie 7 du réflecteur 6 et est plus grande que la lentille de sortie 41, grâce au fait que l'inclinaison du réflecteur par rapport à l'axe 5 est plus faible qu'avec les miroirs de renvoi utilisés habituellement dans les affichages tête haute Il faut noter qu'avec l'utilisation des miroirs de renvoi usuels, l'ouverture de sortie a la même grandeur que la lentille de sortie, ce qui limite la grandeur de l'image à celle de la lentille de sortie. Le tube cathodique 1, le système de lentilles 4 et le réflecteur 6 sont logés à l'intérieur d'un boîtier 9 sur lequel est monté le combinateur 10. La profondeur du boîtier 9 peut être faible par rapport à ce qui existe dans les affichages tête haute ayant un seul combinateur et un champ de vision instantané (CVI) similaire, car le champ de vision est plus grand que celui de la lentille de sortie 41 Il faut noter qu'il serait possible d'utiliser dans la présente invention deux éléments combinateurs parallèles, disposés l'un au-dessus de l'autre, pour augmenter encore le CVI ou pour réduire la profondeur de l'appareil. Au lieu d'utiliser un combinateur réfléchissant ordinaire, on pourrait employer un combinateur holographique à réflexion ou à diffraction pour augmenter encore le CVI, par exemple le combinateur à réflexion 10 ' représenté à la figure 2 Le combinateur holographique 10 ' est semblable au réflecteur 6 en ce que l'angle d'incidence i est plus grand que l'angle de réflection r De cette manière, l'image virtuelle I' ainsi formée peut être plus grande que l'ouverture de sortie 7. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier Par ailleurs, il faut noter que l'application d'un tel appareil n'est pas limitée aux avions et pourrait s'étendre à d'autres applications dans lesquelles on a besoin d'afficher une représentation du même genre. -6- Revendications 1 Appareil d'affichage du type à tête haute, comportant une zone d'affichage dans laquelle une représentation est affichée, un système de lentilles disposé devant ladite zone d'affichage et agencé pour créer un faisceau collimaté de rayonnement à partir de la zone d'affichage le long d'un axe de l'appareil, un réflecteur disposé sur ledit axe de façon que ledit faisceau soit incident sur le réflecteur et que le réflecteur réfléchisse ce faisceau sur un organe combinateur agencé pour diriger une image de la zone d'affichage dans une ligne de vision d'un utilisateur, caractérisé en ce que le réflecteur ( 6) est agencé pour réfléchir ledit faisceau sous un angle (r) inférieur à l'angle d'incidence (i). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur ( 6) est un élément holographique. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur est un élément de diffraction. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur est un élément de Fresnel. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone d'affichage est l'écran ( 3) d'un tube cathodique ( 1). 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de lentilles ( 4) comporte une lentille de sortie ( 41) et en ce que le champ de vision instantané (I) de l'appareil est plus grand que la lentille de sortie ( 41). 7 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe combinateur ( 10) est un élément réfléchissant. -7- 8 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe combinateur ( 10 ') est agencé pour réfléchir le faisceau incident sur l'organe combinateur sous un angle de réflexion (r) inférieur audit angle d'incidence (i). 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe combinateur ( 10 ') est un élément holographique. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe combinateur comporte deux éléments combinateurs parallèles, disposés l'un au-dessus de l'autre.