Brevet FR2675911A1 — publié le 19921030

MELANGEUR OPTIQUE POUR VISUEL DE CASQUE La présente invention se rapporte à un mélangeur optique pour visuel de casque. Les visuels de casque sont généralement utilisés dans les avions d'armes ou les hélicoptères Parmi les différents types de 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 miroir 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 2 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 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 2 De nuit, l'image de ce tube cathodique doit avoir une luminance de quelques Cd/m 2 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. Selon une solution connue d'après la demande de brevet français 90 09610, on enlève le mélangeur en utilisation diurne, puisqu'alors la voie intensificateur de lumière n'est pas utilisée de jour Mais 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. La présente invention a pour objet un mélangeur pour visuel de casque du type précité, qui permette le passage de la vision diurne à la vision nocturne de la façon la plus simple possible, sans nécessiter de commande très précise, qui soit léger et peu encombrant. Le mélangeur conforme à l'invention est spectralement sélectif, et, avantageusement comporte une lame de verre basculante à revêtement réfléchissant spectralement sélectif. Selon un aspect avantageux de l'invention, ce revêtement peut être obtenu par la technologie des couches minces (dépôt sous vide) ou par la technologie de l'holographie. De par la physique, ce type de revêtement est aussi angulairement sélectif De façon avantageuse, la lame de verre bascule autour d'un axe passant par son centre. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatif S et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est un schéma optique de principe d'un visuel de casque de l'art antérieur; la figure 2 est un schéma simplifié montrant le mélangeur de l'invention en position "nuit"; la figure 3 est un diagramme de transmission spectrale du mélangeur de la figure 2 (en position "nuit"); la figure 4 est un schéma simplifié montrant le mélangeur de l'invention en position "jour",; la figure 5 est un diagramme de transmission spectrale du mélangeur de la figure 4 (en position "jour"); la figure 6 est une vue simplifiée montrant la position optimale de l'axe de rotation du mélangeur de l'invention; et la figure 7 est un schéma optique de principe d'un mode de réalisation du visuel de l'invention, permettant d'éliminer les défauts créés par les mouvements du mélangeur. Le visuel représenté en figure 1 comporte un objectif 1 recevant des images extérieures nocturnes et les focalisant, via un miroir de renvoi 2, sur un tube intensificateur de lumière 3 Le faisceau de sortie du tube 3 est renvoyé par un mélangeur 4 (en réflexion) et une optique de collimation 5 à l'oeil 6 de l'utilisateur L'optique de collimation comporte, de façon bien connue, plusieurs objectifs et miroirs de renvoi Par ailleurs, le mélangeur 4, utilisé en transmission, transmet les images formées par un tube à rayons cathodiques 7. Comme précisé ci-dessus, le mélangeur 4, pour pouvoir renvoyer utilement le faisceau du tube 3, atténue relativement peu en réflexion (d'environ 10 %), mais atténue donc fortement en transmission, ce qui n'est pas gênant pour les images du tube cathodique 7 en utilisation nocturne, mais ne convient plus en utilisation diurne, pour laquelle il ne doit presque pas atténuer en transmission. Le mélangeur de l'invention, qui peut être utilisé en lieu et place du mélangeur connu 4, est constitué par une lame de verre 8 comportant un revêtement réfléchissant spectralement et angulairement sélectif Ce revêtement peut être réalisé par dépôt de couches minces optiques, et, de préférence, un dépôt dichroïque ou holographique Ce type de traitement a une caractéristique de transmission spectrale très sélective que l'on peut choisir en fonction de la bande spectrale du tube cathodique utilisé De plus, ce type de traitement est sélectif angulairement en réflexion, à savoir que pour une certaine gamme d'angles d'incidence faible (par exemple une incidence d'environ 450 à 5 ) il est presque totalement réfléchissant (à % environ), et en dehors de cette gamme, il est pratiquement totalement transmetteur. Ainsi, comme représenté en figure 2, en utilisation nocturne, le mélangeur est en position 8 A Pour cette position 8 A, l'angle d'incidence du faisceau issu du tube 3 (de même que celui du faisceau issu du tube cathodique, qui est perpendiculaire au premier) par rapport à la surface de la lame du mélangeur est d'environ 450 La caractéristique du revêtement du mélangeur est alors (pour une longueur d'onde de 545 nm par exemple): réflexion 95 % et transmission 5 % La courbe de transmission spectrale (figure 3) du mélangeur 8 A présente un creux (à 5 %) pour une gamme de longueurs d'onde étroite centrée sur une longueur d'onde pratiquement égale à la longueur d'onde de la lumière émise par le tube cathodique 7 En dehors de ce creux, la transmission est presque de 100 %. En utilisation diurne (figure 4), le mélangeur est en position 8 B Pour cette position 8 B, l'angle d'incidence du faisceau issu du tube 3 (de même que celui du faisceau issu du tube 7) par rapport à la surface de la lame du mélangeur est d'environ 55 à 60 Le coefficient de transmission du mélangeur est alors presque de 100 % Le creux de la courbe de transmission spectrale (figure 5) du mélangeur est alors situé au-delà de la longueur d'onde de la lumière émise par le tube cathodique Par conséquent, il suffit de faire basculer le mélangeur d'environ 10 à 150 pour passer de la position "jour" à la position "nuit", et vice versa. Pour limiter le plus possible le débattement du mélangeur, on peut le faire basculer autour d'un axe 9 (figure 6) passant par son centre On limite ainsi le volume nécessaire au mélangeur. Si la lame de verre sur laquelle est formé le mélangeur a une épaisseur de 2 mm par exemple, sa rotation d'un angle de 15 crée un déplacement de l'image réfléchie ou I O transmise de 0,2 mm environ Pour éviter un tel déplacement, il faut placer le mélangeur dans une zone o l'image peut être considérée comme étant à l'infini. Pour parvenir à une telle condition, on interpose entre les sources d'images et le mélangeur des optiques de collimation, comme représenté en figure 5 Sur cette figure, les éléments qui sont les mêmes que ceux des figures précédentes sont affectés des mêmes références numériques. Les optiques de collimation additionnelles sont respectivement référencées 10 (celle interposée entre le tube 3 et le mélangeur 8) et il (celle interposée entre le tube 7 et le mélangeur 8) L'optique de collimation commune 5, qui était auparavant disposée en aval du mélangeur, peut maintenant être considérée comme englobant les optiques 10 et 11, et est référencée 12 sur la figure 7. REVENDICATIONS 1 Mélangeur optique pour visuel de casque du type à sources d'images comportant un tube ( 3) Intensificateur de lumière pour la vision nocturne et un tube cathodique ( 7) pour la présentation d'une image synthétique, caractérisé par le fait qu'il est spectralement sélectif. 2 Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une lame de verre basculante ( 8) à revêtement réfléchissant spectralement et angulairement sélectif. 3 Mélangeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le revêtement de la lame de verre est réalisé par dépôt de couches minces optiques. 4 Mélangeur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le revêtement est un hologramme. Mélangeur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que la lame de verre bascule autour d'un axe passant par son centre. 6 Mélangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on interpose entre le mélangeur et chacune des sources d'images ( 3, 7) une optique de collimation ( 10, 11).