FR2526553A1 - Dispositif d'affichage pour collimateur de pilotage tete haute - Google Patents

Dispositif d'affichage pour collimateur de pilotage tete haute Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF D'AFFICHAGE POUR COLLIMATEUR DE PILOTAGE DU TYPE TETE HAUTE. LEDIT DISPOSITIF COMPORTE UN COMBINATEUR9 DESTINE A REFLECHIR LA LUMIERE PROVENANT D'UNE SURFACE D'AFFICHAGE3 VERS UN OBSERVATEUR POUR LUI PRESENTER UNE IMAGE DE L'AFFICHAGE SUPERPOSEE A SA VISION A TRAVERS LE COMBINATEUR. DES PREMIER, DEUXIEME ET TROISIEME FILMS OPTIQUES REFLECHISSANTS ACCORDES 13C, 15C, 17C, SONT EN RELATION ANGULAIRE TELLE LES UNS PAR RAPPORT AUX AUTRES ET PAR RAPPORT A LA SURFACE D'AFFICHAGE QU'UNE LUMIERE EMISE PAR CETTE DERNIERE DANS UNE ETROITE BANDE DE FREQUENCES ATTEINT L'OBSERVATEUR APRES AVOIR ETE SUCCESSIVEMENT REFLECHIE PAR LE PREMIER FILM, TRANSMISE A TRAVERS LE SECOND FILM, REFLECHIE PAR LE TROISIEME FILM, REFLECHIE PAR LE DEUXIEME FILM ET TRANSMISE A TRAVERS LE TROISIEME FILM. APPLICATION AUX COLLIMATEURS DE PILOTAGE TETE HAUTE DES AERONEFS.

Description

La présente invention concerne des collimateurs
de navigation ou de pilotage du type tête haute et plus spé-
cialement des dispositifs d'affichage destinés à de tels col-
limateurs. Ces dispositifs d'affichage comportent un combina- teur qui permet à un observateur de voir une scène et un
projecteur ayant une surface d'affichage de laquelle la lu-
mière représentant un affichage est dirigée sur le combinateur pour être réfléchie vers l'observateur de manière à présenter à ce dernier une image de l'affichage qui est superposée à
sa vision par l'intermédiaire du combinateur.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 940 204
décrit un dispositif d'affichage pour un collimateur de navi-
gation du type tête haute qui comprend un combinateur sous la forme d'une lentille à pellicule optique réfléchissante accordée du type holographique; un projecteur comportant une surface plane d'affichage émettant une lumière dans une étroite bande de fréquences telle qu'un écran d'un tube à rayons
cathodiques par exemple; un prisme pliant; etentre la sur-
face d'affichage et le prismeun système optique relais à lentilles.
La lumière émise dans une étroite bande de fréquen-
ces, par exemple verte, de la surface d'affichage est transmise
-au prisme par le système optique Le prisme est placé au-
dessous de la ligne de vision de l'observateur en direction du bord inférieur de la lentille holographique La lumière atteignant le prisme est réfléchie vers le haut en direction de la lentille holographique d'o elle est réfléchie vers
la position de l'oeil de l'observateur.
La collimation de l'image de l'affichage est
effectuée sensiblement en totalité par la lentille holographi-
que qui transmet sans grande atténuation la lumière incidente provenant de la scène éloignée à laquelle l'image virtuelle
de l'affichage est superposée.
La présence d'un astigmatisme et d'une coma axiaux, qui sont particulièrement prononcés dans un système désaxé comme celui mentionné, impose la présence d'un dispositif de correction de la coma et de l'astigmatisme et d'un dispositif de correction de la puissance optique dans le système optique relais et cela entraîne des difficultés d encomrewmenit, er particulier avec des dispositifs qui doivent être incorporek
dans un espace limité tel que le poste de pilotage d'un aéro-
nef. La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage pour collimateur de pilotage du type tête haute utilisant des pellicules ou films réfléchissants accordés et dans lequel les difficultés dues à la présence de tels
dispositifs correcteurs sont très réduites.
L-a p-résente invention concerne un dispositif d'af-
fichage pour un collimateur de pilotage du type tête haute, dans lequel le combinateur comporte des premier, deuxième
et troisième films optiques réfléchissants accordés qui con-
vergent de manière à délimiter deux espaces cunéiformes; les caractéristiques de réflexion et de transmission des films et les angles de convergence de ces derniers ainsi que leur relation angulaire avec la surface d'affichage sont tels que la lumière émise dans une étroite bande de fréquences par la surface d'affichage est réfléchie par le premier film en direction du deuxième, est transmise à travers le deuxième
film vers le troisième, est réfléchie par celui-ci en direc-
tion du deuxième film, est réfléchie par ce deuxième film vers le troisième film et est transmise à travers ce dernier
vers la position d'observation.
Les films sont convenablement du type holographi-
que, mais il est possible d'utiliser des films à couches mul-
tiples ou toute construction de -film ayant les caractéristi-
ques requises de transmission et de réflexion.
De même que le dispositif de la technique anté-
rieure mentionné ci-dessus, le dispositif selon l'invention
est un système optique désaxé, mais par suite de la configura-
tion des films et de la surface d'affichage, l'angle d'écarte-
ment par rapport à un système axial peut être sensiblement inférieur à celui qui est obtenu dans l'art antérieur En conséquence, le degré de correction nécessaire pour éviter des défauts de l'image affichée est sensiblement moindre que
dans le dispositif de la technique antérieure.
Par l'expression "film optique réfléchissant ac-
cordé", on entend un film optique ou élément optique analogue ayant la propriété de réfléchir efficacement la lumière en présence de combinaisons particulières de la longueur d'onde et de l'angle d'incidence. Le film est décrit comme étant accordé sur ces combinaisons de longueur d'onde et d'angle d'incidence Une
lumière qui ne satisfait pas à la condition accordée est trans-
mise par le film avec une faible perte due à la réflexion.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels
la figure 1 représente schématiquement le disposi-
tif d'affichage en illustrant son fonctionnement; la figure 2 est une coupe verticale d'une forme de réalisation pratique du dispositif d'affichage de la figure 1; la figure 3 est une vue en bout du dispositif de la figure 2; et les figures 4 A et 4 B représentent respectivement
le champ de vision qui peut être obtenu avec un dispositif d'af-
fichage classique et celui qui est obtenu avec le dispositif
de l'invention représenté sur les figures 2 et 3.
En se référant à la figure 1, le dispositif d'af-
fichage comprend un tube à rayons cathodiques 1 dont l'écran
3 est revêtu d'une matière électroluminescente émettant une lu-
mière "verte" dans une étroite bande de fréquences Les rayons
lumineux émis par l'écran du tube à rayons cathodiques pas-
sent à travers un système optique relais 5 pour être réfléchis
par un réflecteur 7 vers un combinateur 9, un seul rayon lu-
mineux 11 étant représenté sur la figure 1 pour plus de clarté.
Le système optique 5 est disposé du côté du combinateur 9 qui est opposé à la position d'observation et s'étend d'une
façon générale parallèlement à la ligne de vision de l'obser-
vateur à travers le combinateur 9 -
Le combinateur 9 comporte un premier élément 13 muni d'un premier film holographique 13 c, d'un second élément muni d'un deuxième film holographique 15 c et d'un troisième
élément 17 muni d'un troisième film holographique 17 c L'élé-
ment 15 est situé entre les éléments 13 et 17, son bord supé-
rieur étant voisin de l'élément 13 et son bord inférieur
étant voisin de l'élément 17 et du réflecteur 7, les élé-
ments 13 et 15 convergeant en direction du bord supérieur de
l'élément 15 pour délimiter un espace cunéiforme et les élé-
ments 15 et 17 convergeant en direction du bord inférieur de
l'élément 15 pour délimiter un espace également cunéiforme.
Comme on le voit, les éléments 13, 15 et 17 consistent chacun en deux parties en verre 13 a, 13 b; 15 a, 15 b; ou 17 a, 17 b; entre lesquelles le film holographique associé 13 c, 15 c ou
17 c est intercalé.
La relation dans l'espace entre les éléments 13, et 17 et en particulier entre leurs films 13 c, 15 e et 17 e et la relation dans l'espace entre les films 13 c, 15 e, 17 e, le système optique relais 5, le réflecteur 7 et-l'écran 3 du tube à rayons cathodiques 1 sont telles que la lumière "verte" émise dans une étroite bande de fréquences par l'écran 3 du tube à rayons cathodiques est tour à tour réfléchie par le film 13 e, transmise par le film 15 e, réfléchie par le film 17 c en direction du film 15 c, réfléchie par ce dernier
et transmise à travers le film 17 e vers la position d'obser-
vation. Parmi les rayons atteignant le film 13 e à partir de chaque point de l'écran 3 du tube à rayons cathodiques, seuls ceux qui sont dans un étroit faisceau conique, dont les rayons font avec le film 13 c un angle qui est compris
dans la plage des angles de réflexion de ce film, sont ré-
fléchis par ledit film 13 e Les rayons se trouvant en dehors d'un tel faisceau conique sont transmis par le film 13 c/mais n'atteignent pas les yeux de l'observateur du fait qu'ils passent en dehors de la plage des mouvements de la tête que peut faire l'observateur. Les rayons qui sont réfléchis sélectivement par
le film 13 c à travers le film 15 c atteignent le film hologra-
phique 17 e De nouveau, seuls sont réfléchis les rayons pro-
venant de chaque point de réflexion du film 13 c qui sont dans un étroit faisceau conique, dont les rayons font un angle avec le film 17 c entrant dans la plage des angles de réflexion de ce film, et ce phénomène se produit de la même
manière sur le film 15 c vers lequel ces rayons sont réfléchis.
Les rayons réfléchis par le film 15 c tombent sur le film 17 c cependant, leurs angles d'incidence sont cette fois en dehors de la plage de réflexion du film 17 c et 1 par suite, les rayons réfléchis par le film 15 c passent à travers le film 17 c vers une région limitée entourant la position nominale occupée
par les yeux de l'observateur.
L'observateur voit ainsi une image de l'affichage présenté sur l'écran 3 du tube à rayons cathodiques qui est superposée à sa vision à travers les éléments 13, 15 et 17
du combinateur.
Comme le montre la figure 1, le film 15 c est sphérique et les éléments 13 et 17 ainsi que leurs films 13 c et 17 c sont plans L'observateur voit la scène à laquelle l'affichage semble superposé par l'intermédiaire des deux
films 15 c et 17 c ou des trois films 13 c, 15 c et 17 c.
Dans l'un ou l'autre cas, c'est le film 15 c qui a pour fonction de produire une image virtuelle à l'infini
de l'affichage présenté sur l'écran 3 du tube à rayons catho-
diques de façon que cet affichage puisse être observé alors que les yeux de l'observateur sont concentrés sur la scène
éloignée à travers les films 15 c et 17 c ou 13 c, 15 c et 17 c.
Il est évident que les films 13 c, 15 c et 17 c transmettent
tous la lumière provenant de la scène éloignée sans atténua-
tion importante, à l'exception de la lumière comprise dans l'étroite bande de fréquences correspondant au "vert" de la
matière électroluminescente de l'écran du tube à rayons cathodiques.
La possibilité de donner une configuration sphé-
rique au film 15 c est due à l'écartement relativement faible du système optique par rapport à un système axé au niveau du film 15 c Les corrections nécessaires pour compenser les défauts se produisant dans le dispositif et qui sont dus à la configuration désaxée du système optique sont effectués naturellement par le système optique relais 5,mais, étant donné que le dispositif présente une configuration optique
beaucoup plus proche du système axé que les dis Dositifs d'af-
fichage comparables de l'art antérieur, le système 5 est
relativement simple et compact.
On va se référer maintenant aux figures 2 et 3 qui représentent une forme de réalisation pratique d'un dispositif d'affichage d'un collimateur de pilotage du type tête haute utilisant le système optique décrit en regard de
la figure 1.
Dans cette forme de réalisation, le tube à rayons cathodiques 1, le système optique relais 5 et le réflecteur
7 sont tous situés dans un boîtier longitudinal 19 Les élé-
ments 15 et 17 sont placés de chaque côté d'un boîtier ellip-
tique 21 fixé au boîtier 19 par son extrémité inférieure et supportés en outre de chaque côté par des entretoises 23
réglables en longueur L'élément 13 est soutenu par un élé-
ment de support 25 fixé à la partie postérieure supérieure
du boîtier 21.
Comme on le voit sur les figures 1, 2 et 3, le dispositif d'affichage du type tête haute décrit est destiné par exemple à être utilisé par un pilote situé dans le poste de pilotage d'un aéronef, le dispositif étant monté entre
la verrière 27 de l'aéronef et une ligne d'éjection 29.
La figure 4 B montre le champ de vision dont dis-
pose l'observateur dans la position nominale occupée par ses yeux en utilisant le dispositif d'affichage des figures 2 et 3 et la figure 4 A montre, à titre de comparaison, le champ maximal de vision qui peut être obtenu en utilisant les techniques des dispositifs classiques de visualisation tête haute.
Il est bien entendu que, dans des cas particu-
liers, les relations angulaires entre les divers composants actifs d'un dispositif d'affichage selon l'invention peuvent
être différentes de celles représentées à titre d'exemple.
L'exemple particulier illustré est optimisé par une série par-
ticulière de contraintes spatiales; et il est évident que ces contraintes peuvent varier dans certaines limites d'un cas à l'autre, en particulier en ce qui concerne les tolérances
quant à la position dans laquelle se trouvent les yeux du pilote.
Il va de soi que de nombreuses modifications peu-
vent être apportées au dispositif décrit et représenté sans
sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1 Dispositif d'affichage pour un collimateur de pilotage du type tête haute, comprenant un combinateur ( 9)
à travers lequel un observateur peut voir une scène et un pro-
jecteur ( 1) présentant une surface d'affichage ( 3) de laquelle
la lumière représentant un affichage est projetée sur le com-
binateur pour être réfléchie vers l'observateur de manière à présenter à celui-ci une image de l'affichage superposée à sa vision à travers le combinateur, dispositif caractérisé en ce que ledit combinateur présente des premier, deuxième et troisième films optiques réfléchissants accordés ( 13 c, 15 c, 17 c) qui convergent de manière à délimiter deux espaces cunéiformes, les caractéristiques de réflexion et de transmission des films et les angles de convergence de ces derniers ainsi que leur relation angulaire avec la surface d'affichage étant tels que la lumière comprise dans une étroite bande de fréquences provenant de la surface d'affichage est tour à tour réfléchie par le premier film 13 c vers le deuxième film 15 c, transmise à travers le deuxième film-en direction du troisième film -20 ( 17 c), réfléchie par le troisième film en direction du deuxième film, réfléchie par celui-ci en direction du troisième film et transmise à travers ce troisième film vers la position d'observation. 2 Dispositif d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième film est disposé entre les premier et troisième films et en ce que les premier et deuxième films convergent en direction d'un bord du deuxième film et en ce que les deuxième et troisième films convergent
en direction du bord opposé du deuxième film.
3 Dispositif selon la revendication 2, caracté-
risé en ce que la lumière provenant du projecteur est dirigée sur le premier film par un réflecteur ( 7) situé à proximité du
bord opposé du deuxième film.
4 Dispositif selon la revendication 3, caracté-
risé en ce que la lumière provenant du projecteur est dirigée sur le réflecteur par un système optique relais ( 5) situé du côté du combinateur qui est opposé à la position d'observation et s'étendant d'une façon générale parallèlement à la ligne
de vision de l'observateur à travers le combinateur.
Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que les premier et
troisième films sont sensiblement plans et en ce que le deu-
xième film est sensiblement sphérique.
6 Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications précédentes, caractérisé en ce que chaque film est intercalé entre deux parties de support transparentes ( 13 a,
13 b; 15 a, 15 b; 17 a, 17 b).
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