Brevet FR2675595A1 — publié le 19921023

MELANGEUR OPTIQUE SANS PERTURBATIONS DE CHEMINS OPTIQUES NOTAMMENT POUR VISUEL DE CASQUE La présente invention se rapporte à un mélangeur optique sans perturbations de chemins optiques, notamment pour visuel de casque. Les visuels de casque sont généralement utilisés dans les avions d'armes ou les hélicoptères Parmi les différents types de tels visuels, il existe des visuels équipés de deux sources d'images: un tube cathodique et un tube intensificateur de lumière (pour la vision nocturne) Le tube cathodique est utilisé de jour et de nuit pour présenter une image synthétique (informations de pilotage, de navigation et de tir) Le tube intensificateur d'images est utilisé seulement de nuit pour permettre une vision de paysage nocturne sans éclairage Les images des deux sources sont présentées devant les yeux du pilote à l'aide d'un système à optique de collimation commune aux deux canaux, ce qui nécessite un mélangeur dans le trajet optique afin de pouvoir superposer les images de ces deux sources Ce mélangeur est généralement un miroir semi- réfléchissant. Pour fonctionner correctement, ce visuel doit satisfaire les contraintes suivantes en ce qui concerne les proportions de lumière réfléchie et transmise par le mélangeur. Le tube intensificateur de lumière fournit une luminance de quelques Cd/m La luminance de l'image fournie par l'intensificateur de lumière et considérée au niveau des yeux du pilote doit aussi être de quelques Cd/m 2 Cette dernière luminance est directement liée au coefficient de réflexion du mélangeur, coefficient qui doit donc être maximal Le tube cathodique peut fournir une luminance de plusieurs milliers de Cd/m De nuit, l'image de ce tube cathodique doit avoir une luminance de quelques Cd/m Le coefficient de transmission du mélangeur peut donc être très faible dans ce cas Ainsi, de nuit, les caractéristiques typiques du mélangeur sont: réflexion 90 % (pour l'intensificateur de lumière) et transmission: 10 % (pour le tube cathodique) De jour, l'image du tube cathodique doit avoir une luminance de 1000 à 2000 Cd/m 2 pour être visible sur un fond très lumineux Par conséquent, le mélangeur défini pour la nuit ne convient plus de jour car il atténue trop fortement la lumière du tube cathodique. Du fait que les bandes spectrales des images émises par les tubes cathodiques sont très proches de celles des images émises par les tubes intensificateurs de lumière, on ne peut avoir recours à des mélangeurs sélectifs classiques, qui ne sont pas suffisamment sélectifs. Une solution serait d'enlever le mélangeur en utilisation diurne, puisqu'alors la voie intensificateur de lumière n'est pas utilisée de jour Les mécanismes classiques de déplacement ont des encombrements et des poids non négligeables et incompatibles avec des visuels de casque En outre, la suppression du mélangeur dans le trajet optique entraînerait une variation du chemin optique, ce qui changerait la position des images présentées à l'utilisateur et obligerait de procéder à un réglage de ce chemin optique ou entraînerait une dégradation de la qualité de l'image. De plus, du fait que le mélangeur est en matériau présentant un indice de réfraction différent de 1, il a une influence optique indésirable déplacement transversal de l'image, différence de mise au point, et d'autres aberrations optiques. On pourrait envisager de remplacer le mélangeur par une pièce de verre (ou autre matériau optique) de mêmes dimensions, sans revêtement en utilisation diurne, afin de transmettre l'image du tube cathodique sans aucune atténuation, et sans apporter de défauts optiques, mais une telle solution serait, dans la plupart des cas, complexe et longue à mettre en oeuvre, et nécessiterait des mécanismes encombrants et peu faciles à commander. L'invention a pour objet un mélangeur pour visuel de casque du type précité, mélangeur qui soit simple et peu onéreux à réaliser, peu encombrant, qui permette une superposition pratiquement parfaite des images des deux sources d'images en utilisation "inocturne", n'introduise pas d'aberrations ou perturbations optiques et n'apporte pratiquement pas d'atténuation en transmission en utilisation diurne. Le mélangeur conforme à l'invention comporte un bloc optique rotatif à symétrie par rapport à un axe de révolution, pouvant tourner autour de cet axe de symétrie, ce bloc étant coupé selon un plan passant par ledit axe, l'une des faces des demi-blocs, déterminées par le plan de coupe du bloc, portant un revêtement semi-réfléchissant. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, dont la figure unique est une vue schématique de dessus d'un mélangeur conforme à l'invention. Le mélangeur M transmet en permanence les images d'une source 1 (par exemple un tube cathodique) Ces images doivent être atténuées pour un premier état du mélangeur M, et non atténuées pour un second état du mélangeur. D'autre part, le mélangeur M coopère avec une deuxième source d'images 2 (par exemple un intensificateur de lumière) De façon typique, les faisceaux des sources 1 et 2 sont perpendiculaires entre eux Pour un premier état du mélangeur M, les images de la source 2 doivent être superposées à celles de la source 1 et ne doivent pratiquement pas être atténuées Pour un second état du mélangeur 2, les images éventuellement produites par la source 2 ne doivent pas être superposées à celles de la source 1, ces dernières devant être transmises pratiquement sans atténuation. Le mélangeur M comporte essentiellement un bloc optique 3 à symétrie de révolution autour d'un axe A Le bloc 3 est en verre ou en autre matériau à propriétés voisines L'axe A est disposé perpendiculaire au plan formé par les faisceaux issus des sources 1 et 2, et passe par le point de rencontre de ces deux faisceaux Dans le mode de réalisation représenté, le bloc 3 est cylindrique, mais pourrait avoir une autre forme de révolution. Le bloc 3 est en fait en deux parties 3 A et 3 B semi-cylindriques formées par exemple par sciage d'un cylindre selon un plan (dont la trace 4 est visible sur le dessin) passant par son axe de symétrie La face plane de l'un des demi-blocs 3 A ou 3 B porte un revêtement semi-réfléchissant Ce revêtement doit être fréquentiellement sélectif Il est avantageusement dichroique ou holographique Après dépôt de ce revêtement, les deux demi-blocs 3 A, 3 B sont collés ensemble pour former le bloc 3 Un tel revêtement est angulairement sélectif, c'est-à-dire qu'il est réfléchissant pour une certaine incidence critique et ne l'est plus pour une incidence différente d'au moins 20 environ de l'incidence critique. On a représenté sur le dessin, en trait plein, la trace 4 du plan du revêtement semi-réfléchissant lorsque le bloc 3 est dans la position pour laquelle il réfléchit le faisceau de la source 2 et transmet, avec atténuation de transmission (atténuation typique d'environ 10 %), le faisceau de la source 1. On a représenté en trait interrompu la trace 4 A du plan semi- réfléchissant lorsque le bloc 3 est dans la position pour laquelle ce revêtement ne réfléchit pratiquement pas le faisceau de la source 2 et transmet presque intégralement le faisceau de la source 1 L'angle R entre les traces 4 et 4 A est typiquement compris entre 10 et 200. Du fait que le bloc 3 est à symétrie de révolution, l'angle d'incidence des faisceaux des sources 1 et 2 sur la face extérieure de ce bloc ne varie pas lors de la rotation du bloc. De plus, la rotation du bloc 3 autour de son axe de symétrie n'entraîne pas de modification des trajets de ces faisceaux, donc n'entraîne aucun déplacement de l'image en aval du mélangeur, ni aucune autre déformation de cette image. De façon avantageuse, on peut enfermer le bloc 3 dans un bloc 5 dont la forme intérieure est complémentaire de celle du bloc 3 Ce bloc 5, fabriqué dans un matériau de même indice de réfraction que celui du bloc 3, présente des faces extérieures planes, parallèles deux à deux, et parallèles à l'axe A. Les faces planes 5 A, 5 B du bloc 5 en vis-à-vis des sources 1 et 2 sont perpendiculaires aux faisceaux de ces sources Ainsi, ce bloc 5 permet d'atténuer la puissance optique du bloc 3 et de rendre l'ensemble 3-5 équivalent à un bloc optique fixe à faces planes et parallèles Bien entendu, le jeu entre les blocs 3 et 5 doit être minimal. Selon une variante, permettant d'améliorer la neutralité optique du mélangeur de l'invention, on place dans le volume 6 compris entre les blocs 3 et 5 un fluide d'indice le plus proche de celui des blocs 3 et 5 Dans ce cas, le jeu entre les blocs 3 et 5 peut ne pas être minimal. REVENDICATIONS 1 Mélangeur optique sans perturbations de chemins optiques, notamment pour visuel de casque, mélangeur coopérant avec deux sources d'images dont l'image de l'une ( 1) doit être transmise en permanence, atténuée ou non, et l'image de l'autre ( 2) transmise seulement pour un état du mélangeur et superposée, lorsqu'elle est transmise, à la première image, caractérisé par le fait qu'il comporte un bloc optique rotatif ( 3) à symétrie par rapport à un axe de révolution et pouvant tourner autour de cet axe, ce bloc étant coupé selon un plan ( 4) passant par ledit axe, l'une des faces des demi-blocs ( 3 A, 3 B), déterminés par le plan de coupe du bloc ( 3), portant un revêtement semi-réfléchissant. 2 Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bloc est de forme cylindrique. 3 Mélangeur selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que le bloc ( 3) est enfermé dans un autre bloc ( 5) de forme complémentaire, cet autre bloc ayant des faces extérieures planes parallèles deux à deux et parallèles à l'axe de symétrie du premier bloc, ces faces planes étant respectivement perpendiculaires aux faisceaux issus des deux sources. 4 Mélangeur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le volume compris entre les deux blocs est rempli d'un fluide ayant un indice de réfraction voisin de celui des deux blocs. Erratum Brevet no AI Demande de brevet N O 91 04859 N de Publication:2 675 595 Classification internationale: CLASST 5 G 02 B 27/14//F 41 G 3/22//B 64 D 43100. E R R A T U M A la rubrique 72 de la page de garde du fascicule de la demande de brevet, le nom du deuxième inventeur est manquant. Il faut ajouter: Jean-Pierre GERBE.