FR2644249A1 - Systeme optique de collimation, en particulier pour visuel de casque - Google Patents
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Abstract
Le système est conçu pour être intégré à un casque. Il utilise un montage afocal, avec un premier 4 et un second 5 miroir parabolique, disposé en aval d'un objectif de collimation 2 qui fournit un rayonnement collimaté. Le premier miroir 4 est totalement réfléchissant et le second miroir 5 semi-transparent pour transmettre simultanément, par réflexion, le rayonnement collimaté et, par transparence, par exemple la vue du paysage extérieur. Ces deux miroirs sont intégrés aux extrémités d'une lame 10 à deux faces parallèles 10AV, 10AR. Le rayonnement collimaté pénètre dans la lame par une des faces parallèles 10AR, se réfléchit sur le premier miroir 4, subit une succession de réflexions totales sur les faces parallèles 10AV, 10AR puis se réfléchit sur le second miroir 5 avant de ressortir de la lame 10 par la même face 10AR que celle par laquelle il y était pénétré. L'invention s'applique, en particulier, à la réalisation de visuels de casques pour pilotes d'aéronefs.
Description
SYSTEME OPTIQUE DE COLLIMATION, EN
PARTICUIJER POUR VISUEL DE CASQUE
La présente invention concerne un système optique de collimation qui est prévu pour etre monté sur un casque porté par un observateur, c'est-à-dire pour constituer un visuel de casque. Son application est plus particulièrement envisagée dans le domaine aéronautique.
PARTICUIJER POUR VISUEL DE CASQUE
La présente invention concerne un système optique de collimation qui est prévu pour etre monté sur un casque porté par un observateur, c'est-à-dire pour constituer un visuel de casque. Son application est plus particulièrement envisagée dans le domaine aéronautique.
Les avions d'armes et les hélicoptères de combat nécessitent la présentation au pilote d'informations de pilotage et de conduite de tir superposées au paysage extérieur. Ce rôle est aujourd'hui assuré par le viseur tête haute, présent dans tous les avions d'armes modernes et dans certains hélicoptères.
L'inconvénient de ce type de visualisation est qu'elle ne peut présenter une image que dans un champ limité et toujours centré dans l'axe de l'avlon. Par contre, le pilote peut avoir à effectuer des visées éloignées de l'axe de l'avion, d'où l'idée d'une visualisation liée à la position de la tête du pilote. Un tel concept nécessite d'une part, un système permettant de détecter la position de la tête, et d'autre part, un système optoélectronique permettant d'élaborer une image lumineuse et de la collimater. Ces deux systèmes doivent être disposés sur le casque du pilote, ce qui implique des contraintes très importantes, notamment sur le poids.
Un système optique selon l'invention permet de collimater l'image et présente des avantages ergonomiques et des performances de champ intéressantes. Les contraintes essentielles prises en compte pour réaliser le système sont les suivantes - procurer une gêne visuelle minimale ; en effet, le système optique collimatant l'image doit gêner le moins possible la vision du monde extérieur et également éviter de créer un masque dans le champ de vision - la sécurité ; le système optique étant près de l'oeil il doit assurer, en cas de choc, que l'oeil ne sera pas blessé - le poids ; le poids doit être minimal notamment si le système est destiné à être montée sur un avion d'armes, il devra être aussi léger que possible pour éviter la fatigue, surtout sous facteur de charge important.
En outre, le système de collimation doit répondre à des performances qui concernent généralement un champ important, une résolution compatible de l'oeil et une forte luminosité.
Dans le document SPIE, volume 778, Display System
Optics (1987), un articIe de James E. MELZER et Eric W.
Optics (1987), un articIe de James E. MELZER et Eric W.
LARKIN intitulé "An integral approach to helmet display system design", pages 83 à 88, décrit un visuel de casque comportant un générateur d'une image lumineuse synthétique à collimater, un objectif de collimation du rayonnement lumineux correspondant à l'image synthétique et une optique de combinaison composée d'un montage afocal de deux miroirs paraboliques, un premier miroir réfléchissant le rayonnement de l'image collimatée vers le deuxième miroir lequel est partiellement réfléchissant pour réfléchir ce rayonnement vers l'observateur et permettre simultanément la transmission du rayonnement provenant de I'extérieur et compris dans le champ du système. En outre, le visuel de casque comporte un certain nombre de miroirs de renvoi pour dévier le trajet optique et permettre le montage sur casque.Dans ce montage antérieur, les miroirs paraboliques travaillent hors d'axe, ce qui est cause d'aberrations et diminue la qualité de l'image à moins de limiter assez fortement le champ du viseur.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients, en particulier en aménageant le système optique entre les deux miroirs paraboliques.
Selon l'invention, il est réalisé un visuel de ce type dans lequel l'optique de combinaison est constituée à l'aide d'une lame transparente à deux faces parallèles comportant les
deux miroirs paraboliques disposés respectivement à ses deux
extrémités, le rayonnement collimaté entrant par une des deux
faces parallèles et subissant plusieurs réflexions totales sur
les faces parallèles lors du trajet compris entre les deux miroirs d'extrémité et ressortant vers l'observateur par la même
face parallèle que celle par laquelle il est entré.
deux miroirs paraboliques disposés respectivement à ses deux
extrémités, le rayonnement collimaté entrant par une des deux
faces parallèles et subissant plusieurs réflexions totales sur
les faces parallèles lors du trajet compris entre les deux miroirs d'extrémité et ressortant vers l'observateur par la même
face parallèle que celle par laquelle il est entré.
La présente invention sera mleux comprise à l'aide de
la description ci-après, donnée à titre d'exemple à l'aide des
figures annexées qui représentent
- la figure 1, un schéma simplifié d'un système optique de
collimation selon l'invention;
- la figure 2, un schéma plus détaillé d'une réalisation montrant un système optique de collimation selon l'invention
associé à un casque.
la description ci-après, donnée à titre d'exemple à l'aide des
figures annexées qui représentent
- la figure 1, un schéma simplifié d'un système optique de
collimation selon l'invention;
- la figure 2, un schéma plus détaillé d'une réalisation montrant un système optique de collimation selon l'invention
associé à un casque.
Dans les différentes figures les éléments
correspondants sont désignés par les mêmes repères.
correspondants sont désignés par les mêmes repères.
La figure 1 montre un système optique de collimation
qui comporte en série sur un même trajet optique : un
générateur d'images lumineuses 1, un objectif de collimation
2, un premier miroir parabolique 4, et un deuxième miroir
parabolique 5. Les miroirs 4 et 5 forment un système
afocal ; leur foyer commun F a été indiqué sur la figure 1. Le miroir 4 est totalement réfléchissant et le miroir 5 semi-transparent pour laisser passer le rayonnement provenant
du paysage extérieur.
qui comporte en série sur un même trajet optique : un
générateur d'images lumineuses 1, un objectif de collimation
2, un premier miroir parabolique 4, et un deuxième miroir
parabolique 5. Les miroirs 4 et 5 forment un système
afocal ; leur foyer commun F a été indiqué sur la figure 1. Le miroir 4 est totalement réfléchissant et le miroir 5 semi-transparent pour laisser passer le rayonnement provenant
du paysage extérieur.
Les miroirs paraboliques 4 et 5 constituent les extrémités d'un conducteur de lumière formé d'une lame 10 en matériau transparent, à deux faces parallèles lOAV, 10 AR.
Les miroirs paraboliques 4 et 5, forment une optique afocale de grossissement 1. Le cheminement des rayons est indiqué par des traits interrompus munis de flèches; il est tel que le rayonnement issu du générateur d'images 1 rentre dans la lame
10 et en ressort, après réflexion sur les miroirs 4 et 5, par la même face, lOAR ; une telle conception facilite le montage sur un casque.
10 et en ressort, après réflexion sur les miroirs 4 et 5, par la même face, lOAR ; une telle conception facilite le montage sur un casque.
L'objectif de collimation 2 forme l'image à l'infini de l'image lumineuse élaborée par le générateur 1 sur un écran dans l'exemple décrit le générateur comporte un tube à rayons cathodiques; dans d'autres réalisations le générateur 1 peut comporter un panneau à cristaux liquides, ou toute autre source d'images. Limage collimatée penètre dans la lame 10 pour être réfléchie par le miroir parabolique 4 puis par le miroir parabolique 5. La lame à faces parallèles 10 assure le cheminement optique entre les miroirs 4 et 5 par une série de réflexions totales sur ses faces parallèles.
Le miroir réflecteur parabolique semi-transparent 5 constitue une optique de combinaison car il permet le mélange du rayonnement collimaté provenant du générateur 1, avec le rayonnement provenant du paysage extérieur et transmis, à travers le miroir 5, vers I'observateur symbolisé par un oeil, V.
Les réflexions totales internes à la lame 10 sur les faces avant, 1OAV, et arrière, lOAR > n'entraînent aucune perte de lumière, même si ces faces ne sont pas traitées. Les miroirs paraboliques 4 et 5 formant un système afocal, l'image à la sortie du miroir 5 est également renvoyée à l'infini comme elle l'était à ltentrée. Par rspport à un système optique correspondant mais dépourvu de lame à faces parallèles, les miroirs, et en particulier le miroir de combinaison 5, font un angle moindre avec la direction de visée ZS, ce qui permet d'utiliser les miroirs 4 et 5 avec un hors d'axe moindre et d'obtenir ainsi des champs plus grands en conservant une qualité d'image correcte
L'ensemble des réflexions totales internes à la lame 10 contribue également à faire descendre l'image du dessus de la tête de l'observateur sans avoir à utiliser des miroirs paraboliques de renvoi ayant un fort hors d'axe, ce qui permet, là aussi, I'obtention de champs importants
Le traitement du miroir de combinaison 5 est neutre dans l'exemple décrit ; dans d'autres réalisations il peut être sélectif (dépôt optique filtrant ou dépôt d'un hologramme) pour ne réfléchir que la bande spectrale du générateur d'images (bande située dans le vert pour un tube cathodique). Quant au miroir parabolique 4, il est totalement réfléchissant car non utilisé en transmission.
L'ensemble des réflexions totales internes à la lame 10 contribue également à faire descendre l'image du dessus de la tête de l'observateur sans avoir à utiliser des miroirs paraboliques de renvoi ayant un fort hors d'axe, ce qui permet, là aussi, I'obtention de champs importants
Le traitement du miroir de combinaison 5 est neutre dans l'exemple décrit ; dans d'autres réalisations il peut être sélectif (dépôt optique filtrant ou dépôt d'un hologramme) pour ne réfléchir que la bande spectrale du générateur d'images (bande située dans le vert pour un tube cathodique). Quant au miroir parabolique 4, il est totalement réfléchissant car non utilisé en transmission.
Pour la vision du paysage ou d'un autre motif lumineux, par l'observateur, à travers la lame en dehors du champ du visuel de casque, c'est-8-dire en dehors du miroir 5, la lame 10 n'introduit pratiquement pas de perturbation étant donné que les faces avant, 1OAV, et arrière, lOAR, sont utilisées en transmission pour ce rayonnement.
Les faces latérales gauche et droite de la lame 10 sont taillées en biseau selon, respectivement, deux plans qui passent par l'oeil. Ainsi, elles sont vues exactement par la tranche par l'observateur ce qui supprime le masque qu'elles pourraient créer sur la vision extérieure.
La figure 1 correspond à une réalisation de laboratoire. La figure 2 correspond à une réalisation élaborée à l'aide des enseignements tirés de la réalisation selon la figure 1 ; elle a été spécialement étudiée pour être montée dans un casque C.
Le système optique de collimation selon la figure 2 a été représenté, pour ses parties cachées, comme vu par transparence à travers la paroi extérieure du casque C; ce système optique se distingue de celui selon la figure 1 par l'adjonction d'un prisme 11 et d'un miroir plan 12 et par le fait que la lame 10 est prolongée vers le bas par un élément terminal transparent, lOT. Le prisme 11 et le miroir 12 sont disposés en série entre l'objectif de collimation 2 et la lame 10 et sont destinés à allonger le chemin optique pour adapter la forme du système optique à la forme du casque C. L'élément teEnal lOT a un volume dont les limites sont : le miroir 5, les prolongements de la face avant, lOAV, et des faces latérales de la lame 10 et le plan passant par l'oeil et par le bord inférieur du miroir 5.
La réalisation selon la figure 2 comporte deux systèmes optiques de collimation associés au casque C pour constituer un visuel binoculaire ; le second système, identique au premier, n'est pas visible sur la figure 2.
Claims (3)
1. Système optique de collimation comportant en série : un générateur d'images pour fournir un rayonnement lumineux, un objectif de eollimation pour collimater le rayonnement, une optique de combinaison comportant un montage afocal avec un premier et un second miroir parabolique, le premier miroir étant réfléchissant pour réfléchir le rayonnement collimaté vers le second miroir et le second miroir étant partiellement transparent pour permettre simultanément la transmission par réflexion, vers un observateur du rayonnement reçu du premier miroir et la transmission par transparence, vers l'observateur, d'un rayonnement extérieur, caractérisé en ce que l'optique de combinaison comporte une lame transparente (10) présentant deux extrémités, une première (lOAR) et une seconde ( lOAV) face parallèle, en ce que les deux extrémités sont constituées respectivement par les deux miroirs paraboliques , et en ce que le trajet optique du rayonnement collimaté entre objectif (2) et l'observateur (V) comprend, à la suite, une traversée de la première face parallèle (lOAR), une réflexion sur le premier miroir (4), plusieurs réflexions totales sur les faces parallèles, une réflexion sur le second miroir (5) et une traversée de la première face parallèle (lOAR).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lame transparente comporte des faces latérales inclinées obllquement par rapport aux faces parallèles de marnière à être vues par la tranche par l'observateur.
3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que à la lame (10) est associée un élément termlnal (lOT) qui prolonge la lame au delà du second miroir.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8903152A FR2644249B1 (fr) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | Systeme optique de collimation, en particulier pour visuel de casque |
| DE89402832T DE68909553T2 (de) | 1988-10-21 | 1989-10-13 | Optisches Kollimationssystem für eine Helmsichtanzeige. |
| EP89402832A EP0365406B1 (fr) | 1988-10-21 | 1989-10-13 | Système optique de collimation notamment pour visuel de casque |
| US07/424,200 US5453877A (en) | 1988-10-21 | 1989-10-19 | Optical system of collimation notably for helmet display unit |
| CA002001086A CA2001086C (fr) | 1988-10-21 | 1989-10-20 | Systeme optique de collimation, notamment pour visuel de casque |
| JP1274784A JP2746697B2 (ja) | 1988-10-21 | 1989-10-20 | 特にヘルメットディスプレイ装置用の視準光学システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8903152A FR2644249B1 (fr) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | Systeme optique de collimation, en particulier pour visuel de casque |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2644249A1 true FR2644249A1 (fr) | 1990-09-14 |
| FR2644249B1 FR2644249B1 (fr) | 1991-05-10 |
Family
ID=9379566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8903152A Expired - Lifetime FR2644249B1 (fr) | 1988-10-21 | 1989-03-10 | Systeme optique de collimation, en particulier pour visuel de casque |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2644249B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5748264A (en) * | 1995-01-10 | 1998-05-05 | Hughes Electronics | Distortion Corrected display |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3923370A (en) * | 1974-10-15 | 1975-12-02 | Honeywell Inc | Head mounted displays |
| GB2039383A (en) * | 1979-01-19 | 1980-08-06 | Smiths Industries Ltd | Head up display |
| US4465347A (en) * | 1982-11-15 | 1984-08-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Helmet mounted telescope |
| US4729634A (en) * | 1985-02-04 | 1988-03-08 | United Technologies Corporation | Reflective head-up display |
-
1989
- 1989-03-10 FR FR8903152A patent/FR2644249B1/fr not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3923370A (en) * | 1974-10-15 | 1975-12-02 | Honeywell Inc | Head mounted displays |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SPIE vol. 778, 1987, Display System Optics pages 83 - 87; J.E.Melzer et al.: "An integrated approach to helmet display system design" * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5748264A (en) * | 1995-01-10 | 1998-05-05 | Hughes Electronics | Distortion Corrected display |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2644249B1 (fr) | 1991-05-10 |
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| ST | Notification of lapse |