FR2552397A1

FR2552397A1 - System for display of several images and its airborne use

Info

Publication number: FR2552397A1
Application number: FR8315339A
Authority: FR
Inventors: Jean-Pierre Gerbe; Edouard Arrubarrena; Claude Jean-Louis Maureau; Jean-Pierre Samenayre
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1983-09-27
Filing date: 1983-09-27
Publication date: 1985-03-29
Also published as: FR2552397B1

Abstract

The invention relates to a display system intended to present to an observer several images one of which is constituted by the superposition of an external landscape with a collimated synthetic sighting image. The display devices 20, 30 produce images which are grouped together close to the sighting image, so as to constitute a compact group of images. These other images are collimated as for the sighting image, in such a way that all the collimation directions converge towards the eye of the observer. Utilisation in aerial navigation. <IMAGE>

Description

SYSTEME DE VISUALISATION DE PLUSIEURS DISPLAY SYSTEM MORE
IMAGES ET SON UTILISATION AEROPORTEE IMAGES AND USE AIRBORNE
L'invention concerne les dispositifs de visualisation utilisés en navigation aérienne, permettant au pilote de prendre connaissance de différentes informations et d'utiliser des images synthétiques pour la navigation ou le pointage de tir. The invention relates to display devices used in air navigation, allowing the pilot to be aware of different information and use synthetic images for navigation or pointing shooting.

Parmi ces dispositifs, figurent des appareils appelées viseurs tête haute, ou HUD (abréviation de Head-Up Display) par opposition à la vision tête basse d'un appareil sur la planche de bord. These devices include the devices called head-up displays, or HUD (Head-Up Display abbreviation) as opposed to head down vision of a camera on the dashboard. Ces viseurs tête haute permettent l'observation simultanée du paysage extérieur et d'une image synthétique collimatée comprenant des symboles à visualiser dans le champ d'observation du pilote; These head-up displays enable the simultaneous observation of the external landscape and a synthetic collimated image comprising symbols to be displayed in the pilot's field of view; l'image résultante sera appelée image de visée. the resulting image will be called sight picture.

D'autres dispositifs de visualisation tête basse, intégrés à la planche de bord, conjointement avec d'autres appareils indicateurs ou divers moyens de commande, reproduisent d'autres images et par exemple la carte de la zone survolée ou à survoler. Other head-down display devices, integrated into the dashboard, together with other indicators or various control means, reproduce other images for example the map of the area flown over or fly. Ils peuvent également visualiser des images issues d'un système radar ou d'une caméra fonctionnant aux rayons infrarouges, plus communément appelé FLIR (de la terminologie anglo-saxonne "Forward Looping They can also view images from a radar system or camera operating in the infrared, more commonly known as FLIR (the English terminology "Forward Looping
Infra-Red"). Ces appareils sont généralement constitués d'un tube cathodique, dont les dimensions de la face contenant l'écran peuvent atteindre celles d'un carré de quinze centimètres de côte. Ils sont souvent disposés latéralement sur la planche de bord, juste au dessus des genoux du pilote, à portée de sa main, le bras étant tendu. Infra-Red "). These devices generally consist of a CRT, the dimensions of the face containing the screen can reach those of a square of fifteen centimeters coast. They are often arranged laterally on the dashboard , just above the knees of the driver, within reach of his hand, with the arm outstretched.

Cette disposition impose une gymnastique optique au pilote lorsque ce dernier, regardant l'image simultanée du paysage extérieur et des symboles, veut surveiller un ou plusieurs des écrans de visualisation de la planche de bord. This provision imposes an optical gymnastics driver when the latter, watching the simultaneous image of the external landscape and symbols, wants to monitor one or more display screens in the dashboard.

En effet, lorsqu'un observateur regarde une scène située à plusieurs centaines de mètres, la convergence du cristallin de l'oeil est adaptée à cette vision éloignée. Indeed, when an observer looks at a scene at several hundred meters, the convergence of the lens of the eye is adapted to this distant vision. Si le même observateur désire instantanément regarder un objet situé à quelques dizaines de centimètres de lui, les muscles ciliaires font varier la convergence du cristallin. If the same observer wishes instantly watch an object located a few feet from him, the ciliary muscles vary the convergence of the lens. Cette mise au point demande un temps d'accommodation progressive des yeux de quelques dizièmes de secondes. This development requires a time of gradual accommodation of the eyes of a few tenths of seconds.

De plus, le pilote regardant horizontalement et face à lui, doit déporter son regard d'un angle qui peut dépasser trente degrés, pour observer un écran situé sur le côté et vers le bas. In addition, the driver horizontally and looking in front of him, his eyes must deport an angle that can exceed thirty degrees to observe a screen on the side and down.

Les fréquentes surveillances que le pilote doit effectuer sur ces appareils de bord, tout en pilotant son avion, s'avèrent pour le système optique humain éprouvantes à partir d'une certaine durée. Frequent monitoring the pilot must perform these edge devices, while piloting his plane, prove challenging for the human optical system from a certain time.

Le but de la présente invention est en premier lieu de remédier à cet inconvénient. The purpose of the present invention is first to overcome this disadvantage.

Une principale particularité du système proposé est de présenter aux yeux du pilote plusieurs visualisations collimatées et rassemblées pour former un ensemble compact d'images, afin de diminuer les contraintes visuelles imposées au pilote d'avion. A main feature of the proposed system is to present the eyes of the driver and several collimated displays together to form a compact set of images, to reduce the visual constraints imposed on the pilot.

A cet effet on propose un système de visualisation destiné à présenter à un observateur plusieurs images dont l'une, dite image de visée, est une image collimatée superposée au paysage extérieur, caractérisé en ce que les dispositifs de visualisation des autres images sont agencés de façon à produire ces autres images de sorte qu'elles soient regroupées près de l'image de visée, afin de constituer un groupe compact d'images, et en ce que ces autres images sont collimatées, comme l'image de visée, de manière à ce que toutes les directions de collimation convergent vers l'oeil de l'obser- vateur. For this purpose there is provided a display system for presenting to an observer several images one of which, said sight picture, is a collimated image superimposed on the external landscape, characterized in that the display devices of the other images are arranged to produce the other images so that they are grouped near the finder image, in order to constitute a compact group of images, and in that these other images are collimated, as the viewfinder image, so that all the collimation directions converge on the eye of the vateur observe.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple, et illustrée des figures annexées: Other features and advantages of the invention will appear on reading the following description given by way of example and illustrated by the appended figures:
- Figure 1, une partie du poste de pilotage d'un avion équipé du système de visualisation selon l'invention; - Figure 1, part of the cockpit of an aircraft equipped with the viewing system according to the invention;
- figure 2, un mode de réalisation préféré du système de visualisation selon l'invention. - Figure 2, a preferred embodiment of the display system according to the invention.

Sur la figure 1, un pilote est installé au poste d'un pilotage d'un avion de chasse. In Figure 1, a driver is installed to the position of a pilot of a fighter plane. II est assis sur un siège incliné en arrière et loge ses pieds sous la planche de bord I dans des emplacements 2 prévus à cet effet. II sits on the inclined seat back and accommodates his feet under the board I to board in two slots provided for this purpose. Il regarde le paysage extérieur à travers un pare-brise 3. He looks at the scenery outside through a windshield 3.

Un dispositif viseur et collimateur 4 présente des informations à visualiser aux yeux du pilote en superposition avec ce paysage. A viewfinder device collimator 4 and provides information to be displayed to the eyes of the superimposed pilot with this landscape. Ces informations sont constituées généralement de symboles et de chiffres caractérisant différents paramètres de navigation (cap, angle de site, altitude, vitesse...). This information is generally made up of symbols and numbers characterizing different navigation settings (heading, elevation angle, altitude, speed ...). L'image produite est appelée image de visée et est collimatée à l'infini dans une direction de collimation qui passe par le centre de l'image et par l'oeil du pilote. The image produced is called sight picture and is collimated to infinity in a collimation direction that passes through the center of the image and the pilot's eye.

On peut apprécier sur cette figure l'écart angulaire qui sépare les emplacements, repérés 5, oU se trouvent, dans l'art antérieur, les écrans de visualisation, et le centre du viseur 4 matérialisé sur la figure par le réticule 6. It can be appreciated in this figure the angular difference between the pitches, marked 5, or are present in the prior art, display screens, and the center of the viewfinder 4 materialized in the figure by the reticle 6.

De plus, dans cet art antérieur, on peut remarquer que les genoux du pilote masquent chacun une partie inférieure de la planche de bord 1, et en particulier les emplacements 5 habituels des dispositifs de visualisation. Moreover, in this prior art, one can notice that the pilot's knees mask each a lower portion of the dashboard 1, and in particular 5 usual locations of the display devices. Ceci est dû au fait que certaines conditions d'encombrement et de position sont imposées, notamment par de nouvelles exigences concernant l'éjection du pilote. This is because some congestion conditions and position are imposed, including new requirements for ejecting the driver. Le siège de ce dernier se trouve plus incliné vers l'arrière qu'il ne l'était jusqu'à maintenant. The headquarters of the latter is more tilted backwards than it was until now. Les jambes du pilote se trouvent donc plus haut, et les genoux ont tendance à limiter le champ de vision de celui-ci sur la planche de bord 4. The legs of the driver are therefore above and knees tend to limit the field of view of it on the dashboard 4.

Selon l'invention on prévoit deux particularités principales. According to the invention there are two main features. Les dispositifs de visualisation 20 et 30 des autres images sont par exemple au nombre de deux et sont de préférence rassemblés l'un en dessous de l'autre et en dessous du viseur, et produisent des images symbolisées par les écrans rectangulaires 7 et 8. De cette manière, un simple changement d'orientation verticale du regard du pilote lui permet de voir plusieurs images différentes. The display devices 20 and 30 of the other images are, for example two in number and are preferably assembled one below the other and below the viewfinder, and produce images symbolized by the rectangular screens 7 and 8. in this way, a simple vertical shift of the gaze of the driver allows him to see several different images. Dans cette réalisation les images produites se trouvent presque juxtaposées les unes aux autres. In this embodiment the images produced are almost juxtaposed to each other.

En outre, les images issues de ces dispositifs de visualisation 20 et 30 sont également collimatées. In addition, the images from the display devices 20 and 30 are collimated. Les directions de collimation passent chacune par le centre d'une des images et par l'oeil du pilote. collimation directions each pass through the center of one of the images and the pilot's eye. Ce dernier n'a plus besoin d'un temps d'accoutumance, qui est de l'ordre de quelques dixièmes de seconde, pour regarder les deux images ainsi collimatées, alors qu'il fixe la majeure partie du temps son attention sur le paysage extérieur à travers le pare-brise 3 et le viseur 4. Le champ de visualisation tête haute est ainsi prolongé vers le bas par ces visualisations tête basse. This no longer needs an addictive time, which is of the order of tenths of a second to look at the two images and collimated, while fixed most of the time his attention to the landscape outside through the windshield 3 and the viewfinder 4. the header field of view and high is extended downwards by these low head visualizations.

L'avantage que procure le phénomène de collimation est mis en valeur par le fait que les images sont groupées. The added benefit of the collimation phenomenon is highlighted by the fact that the images are grouped. Les yeux du pilote, - pour passer de l'image de visée à l'image inférieure collimatée, n'ont pas à traverser des images non collimatées. The eyes of the driver - to move the sight picture at the lower collimated image, do not have to pass through non-collimated images. Le système optique du pilote n1a donc pas à régler la convergence de l'oeil pendant l'instant où le regard du pilote voit des objets non collimatés. The optical system driver so no n1a to adjust the convergence of the eye for the moment the gaze of pilot sees non-collimated objects.

La figure 2, schématisant un exemple d'installation du système, n'est bien sûr par limitative, aussi bien en ce qui concerne la disposition possible des différents éléments mis en oeuvre, que leur nombre, ou leurs fonctions précises et leurs utilisations. Figure 2, a diagramming system installation example is of course limited by both regarding the possible arrangement of the various components used, their number or their specific functions and uses.

Le dispositif viseur collimateur 10 comporte dans cet exemple un tube cathodique 1 1 qui produit une image synthétique. The collimator 10 viewfinder device comprises in this example a cathode ray tube 1 1, which produces a synthetic image. Cette image est celle des symboles à visualiser. This image is one of the symbols to be displayed. Un ensemble optique relais 12 collimate l'image du tube cathodique. An optical relay assembly 12 collimates the image of the cathode ray tube. Un miroir de renvoi 13 replit le trajet des rayons lumineux sur un miroir semiréfléchissant 14 qui assure le mélange de l'image synthétique avec le paysage extérieur pour donner l'image de visée. A deflection mirror 13 replit the path of the light rays on a semi-reflecting mirror 14 which provides the mixture of the synthetic image with the scenery outside to give the viewing image. Ces éléments optiques sont donnés à titre d'exemple, étant entendu que d'autres éléments peuvent produire le même résultat (éléments sphériques, hologrammes...). These optical elements are given as examples, given that other elements can produce the same result (spherical elements, holograms ...). Le miroir de renvoi 13 permet un cheminement des rayons lumineux qui facilite l'implantation de ce dispositif dans la cabine de l'avion. The reflecting mirror 13 allows a path of the light rays which facilitates the implantation of this device in the aircraft cabin.

Le premier 20 des deux dispositifs de visualisation se compose, dans le cas de la figure 2, d'un tube cathodique 21 et d'un ensemble optique qui assure la collimation de l'image produite sur l'écran du tube. The first 20 of the two display devices consists in the case of Figure 2, a cathode ray tube 21 and an optical assembly which ensures collimation of the image produced on the tube screen. L'ensemble optique peut comprendre par exemple, un objectif 22, deux miroirs de renvoi 23 et 24, et éventuellement une optique 25 placée après les deux miroirs. The optical assembly may comprise, for example, a lens 22, two reflecting mirrors 23 and 24, and optionally an optical 25 placed after the two mirrors. Le tube cathodique 21 peut être logé en dessous du dispositif viseur 10. Les différents éléments otpiques de ce dispositif de visualisation 20 sont positionnés de sorte à projeter l'image collimatée dans une direction de collimation 26. The CRT 21 may be housed below the viewfinder device 10. The various otpiques elements of this display device 20 are positioned to project the image collimated in a direction of collimation 26.

Cette direction passe par le centre de la nouvelle image, collimatée à la sortie du dispositif de visualisation, et par l'oeil du pilote. This direction through the center of the new image, collimated output of the display device, and the pilot's eye. On a définit au préalable une position du pilote et par conséquent, Prior to We define a position of the driver and therefore,
I'emplacement de ses yeux. I'emplacement his eyes.

Les dimensions de cette image collimatée peuvent être plus restreintes que celles de la même image, lorsqu'elle était auparavant reproduite latéralement sur la planche de bord. The dimensions of the collimated image may be more limited than those of the same picture when it was previously reproduced laterally on the dashboard. Elle n'en est pas moins précise car elle se trouve, selon l'invention, à une distance D 1 des yeux du pilote qui est environ de quarante centimètres. It is no less accurate because it is, according to the invention, at a distance D 1 pilot's eye which is about forty centimeters. Lorsque ce type de visualisation est installé sur la planche de bord, I'écran, représenté en trait pointillé sur la figure et repéré 27, se trouve à une distance D2 de quatre-vingt centimètres de l'oeil du pilote. When this type of display is installed on the dashboard, I'écran, shown in dashed line in the figure and identified 27, is at a distance D2 eighty centimeters of the pilot's eye. Ce rapport de distances permet de diminuer la taille de l'image produite dans cet exemple, sans perdre de sa précision. The report distances reduces the size of the image produced in this example, without losing accuracy.

L'image produite peut être celle d'un moniteur d'un système de surveillance d'un rayon infrarouge du type "FLIR", ceci afin de visualiser des éléments extérieurs à l'avion pendant les vols de nuit ou lorsque la visibilité est mauvaise. The resulting image may be that of a monitor of a monitoring system of an infrared beam type "FLIR", in order to visualize elements outside the aircraft during night operations or when visibility is poor .

L'image fournie par ce premier dispositif de visualisation 20 peut être produite par le moniteur de télévision, visualisant une image monochrome ou en couleur, captée par une caméra placée en dessous de l'avion. The image provided by the first display device 20 can be produced by the television monitor displaying a monochrome or color image, captured by a camera placed below the plane. Cette utilisation peut s'avérer très avantageuse pour certaines manoeuvres, telles que les atterrissages, pendant lesquels l'avion est cabré, de telle sorte que le pilote ne voit pas entièrement la piste qui est partiellement cachée par l'avant de l'avion. This use can be very advantageous for certain maneuvers, such as landing, during which the aircraft pitched up, so that the driver does not fully see the track which is partially hidden by the front of the plane. L'image prolonge ainsi vers le bas le champ d'observation extérieur du pilote. The image thus extends downwards outside the field of view of the driver.

Par ailleurs, cette image collimatée peut être presque parfaitement juxtaposée à l'image de visée, en sorte de prolonger cette dernière vers le bas et de constituer pratiquement une seule image. Moreover, this collimated image can be almost perfectly juxtaposed with the sight picture, so to extend it down and practically form a single image.

Certaines parois 27 de boîtiers nécessaires au positionnement des éléments optiques du dispositif de visualisation 20 peuvent éventuellement séparer les deux images. Some walls 27 of casings required to position the optical elements of the display device 20 can optionally separate the two images. Dans ce cas, ces parois sont orientées de telle sorte que le pilote n'aperçoive que la tranche de ces parois. In this case, these walls are orientated so that the driver realizes that the edge of these walls.

Le deuxième dispositif de visualisation 30, dans le cadre de cette réalisation, peut être équipé d'un tube de télévision couleur 31 du type à masque d'ombre (de l'appellation anglo-saxonne Shadow The second display device 30, as part of this achievement can be fitted with a tube of color TV 31 of the shadow mask type (the Anglo-Saxon name Shadow
Mask) et d'un ensemble optique. Mask) and an optical assembly. Ce dernier peut comporter un objectif 32 pour collimater l'image produite et l'orienter sur un dispositif à double lame 33. Cet ensemble optique présente l'image au pilote dans une direction de collimation 34 qui passe par l'oeil de ce dernier et par le centre de l'image collimatée. The latter may comprise a lens 32 for collimating the image produced and align on a double-blade device 33. This optical assembly presents the image to the pilot in a collimating direction 34 passing through the eye of the latter and through the center of the collimated image. Un dispositif du type à double lame est décrit dans le brevet français publié sous le numéro 2 389 911. L'utilisation d'un tel dispositif fournit au pilote un meilleur confort de vision, puisqu'il autorise un certain déplacement des yeux, sans pour cela perdre de vue l'image ainsi collimatée.Un tel dispositif 33 à double lame pourrait également être utilisé dans le premier dispositif de visualisation 20. A double blade type device is described in the French patent published under number 2 389 911. The use of such a device provides the pilot a better visual comfort, as it allows some movement of the eyes, without this is how the image lose sight of such a device collimatée.Un 33 double blade could also be used in the first display device 20.

Le tube du type Shadow-Mask dont l'écran peut être relativement grand, produit une image de haute définition. The tube of Shadow Mask-type whose screen can be relatively large, resulting in a high definition image. Grâce à l'objectif 32, ce tube couleur peut être placé dans un endroit plus éloigné fournissant le volume nécessaire à l'installation du tube. With the objective lens 32, this color tube can be placed in a more remote location providing the volume required for installation of the tube.

L'objectif 32 permet également de canaliser les rayons optiques constituant l'image, la section de l'objectif pouvant être relativement réduite en certains endroits. The objective lens 32 also allows to channel the optical radiation forming the image, the lens section can be relatively reduced in some locations. On peut de cette manière augmenter légèrement le volume des emplacements nécessaires au pilote pour loger ses jambes et ses pieds. One can in this way slightly increase the volume of the necessary pilot locations for accommodating the legs and feet. Ceci permet également de respecter les conditions d'éjection du pilote. This also allows to respect the driver ejection conditions. Ces conditions peuvent être matérialisées par des lignes d'éjection délimitant des espaces à l'intérieur desquels aucun matériel ne doit pénétrer. These conditions can be materialized by ejection lines defining spaces within which no material may enter.

Le deuxième dispositif de visualisation 30 peut être un indicateur cartographique du type de celui décrit dans le brevet français publié sous le numéro 2 357 022. D'autres types de visualisation peuvent être agencés pour que leurs images soient collimatées, comme le prévoit l'invention; The second display 30 may be a map display of the type described in the French patent published under number 2 357 022. Other types of display may be arranged so that their images are collimated, as provided by the invention ; par exemple le tube de visualisation d'un capteur optronique d'un système de tir. for example the display tube of an optronic sensor for a shooting system.

Une variante du système prévoit la collimation d'une seule image juxtaposée juste en dessous de l'image de visée. A variant of the system provides for the collimation of a single image juxtaposed just below the finder image.

Un nombre d'images visualisées, supérieur à trois rentre bien entendu dans le cadre de l'invention. A number of images displayed, more than three falls of course within the framework of the invention.

La juxtaposition verticale des images n'est évidemment pas limitative. The vertical juxtaposition of images is obviously not exhaustive. D'autres utilisations peuvent nécessiter une disposition horizontale des images. Other uses may require a horizontal arrangement of images. De même d'autres regroupements peuvent être envisagés. Also other combinations can be considered.

Le système selon l'invention peut s'adapter à d' autres utilisations que celle décrite précédemment. The system according to the invention can be adapted to other uses than described above. Il peut être employé sur un hélicoptère, ou d'autres véhicules, ou bien servir sur un quelconque matériel fixe de commande ou de contrôle. It can be used on a helicopter, or other vehicles, or serve on any fixed equipment order or control.

Claims

l. The display system for presenting to an observer several images one of which, said sight picture, is a collimated image and superimposed on the external landscape, characterized in that the display device (20,30) of the other images are arranged to produce these more images grouped near the finder image, in order to constitute a compact group of images, and in that these other images are collimated, as the viewing image so that all directions collimation (15,26,34) converge towards the eye of the observer.
2. The display system according to revendicaton 1, wherein said sight picture is produced by a collimator viewfinder device (10), the system being characterized in that said display devices (20,30) of the other images. are two in number and are placed below the collimator viewfinder device, and one below the other, so as to form a vertical assembly of three collimated images.
3. The display system according to claim 2, characterized in that said collimated other images, issued by the display devices (20,30) are juxtaposed in one below the other so as to form with the finder image a single collimated image.
4. The display system according to any one of the preceding claims, characterized in that one of the display devices (30) comprises a color CRT (31) of the shadow mask type to provide a high definition image .
5. The display system according to any one of the preceding claims, characterized in that one of said display devices (30) comprises an optical device with double blade (33).
6. Use of a display system according to any one of the preceding claims in an aircraft, placed in the position of a steering in front of the driver, said viewfinder image being produced by the collimator viewfinder device (10 ) of the aircraft.