FR2471645A1 - Pulsed laser colour information display - uses laser emitting red, green, then blue pulses which are deflected by electrically or sonically controlled reflecting crystal - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un nouveau dispositif d'affichage en couleur d'informations. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, l'affichage dans le poste de pilotage d'un aérodyne, d'informations utiles au pilotage. The present invention relates to a new color information display device. It applies in particular, but not exclusively, the display in the cockpit of an aerodyne, of information useful for piloting.
A l'heure actuelle, de nombreux dispositifs ont déjà été proposés pour effectuer un tel affichage. Ainsi, dans l'exemple précédemment mentionné, ces dispositifs peuvent notamment consister en :
des dispositifs d'affichage te haute classiques, généralement appelée "head up display" (en abrégé H.U.D.) ou des dispositifs tête haute par projection d'objets lumineux sur le pare-brise généralement appelés ' @Windshield
Guidance Display" (en abrégé W.G.D.) ;
- des dispositifs d'affichage tête basse généralement appelés "head down display" et ;
- des "viseurs de oasque", c'est-à-dire des dispositif@ d'affichage montés sur le casque du pilote.At the present time, numerous devices have already been proposed for performing such a display. Thus, in the example previously mentioned, these devices can notably consist of:
conventional high display devices, generally called "head up display" (abbreviated HUD) or head-up devices by projection of luminous objects on the windshield generally called '@Windshield
Guidance Display "(abbreviated WGD);
- head-down display devices generally called "head down display"and;
- "helmet visors", that is to say display devices mounted on the pilot's helmet.
Les dispositifs d'affichage tête haute, ainsi que les viseurs de casque, présentent, en général en commun, le fait que les objets affichés viennent @e superposer à la vision du monde extérieur, dans le champ normal de vision du pilote. The head-up display devices, as well as the helmet visors, generally present the fact that the displayed objects come to superimpose the vision of the outside world, in the normal field of vision of the pilot.
Ces dispositifs comprennent donc habituellement un organe de formation d'objets lumineux représentatifs des informations à afficher, dans le plan focal objet d'un objectif destiné à projeter l'image à l'infini, soit sur un miroir semi-réfléchissant convenablement orienté (dans le cas d'un H.U.D. classique) soit sur le pare-brise de l'aérodyne (dans le cas d'un W.G.D.). These devices therefore usually comprise a member for forming luminous objects representative of the information to be displayed, in the focal plane object of a lens intended to project the image to infinity, ie on a suitably oriented semi-reflecting mirror (in in the case of a conventional HUD) or on the windshield of the aerodyne (in the case of a WGD).
Dans ces dispositifs, on utilise de plus en plus couramment des organes de formation d' d'objets lumineux en couleur consistant en des tubes cathodiques similaires aux tubes employés dans les postes de télévision en couleur classiques. Il est clair que la symbologie et la nature des informations affichées à l'aide d'un tel procédé sont pratiquement illimitées. Toutefois, l'inconvénient essentiel de ce type d'affichage réside dans le manque de luminosité et de finesse de l'image obtenue. En conséquence, ces organes de formation d'objets lumineux ne conviennent pas aux dispositifs d'affichage par projection sur le pare-brise. In these devices, devices for forming colored light objects are increasingly used, consisting of cathode ray tubes similar to the tubes used in conventional color television sets. It is clear that the symbology and the nature of the information displayed using such a process are practically unlimited. However, the essential drawback of this type of display lies in the lack of brightness and sharpness of the image obtained. Consequently, these luminous object forming members are not suitable for projection display devices on the windshield.
En vue de supprimer ces inconvénients, on a déjà proposé des.dispositifs d'affichage utilisant des sources lumineuses telles que des générateurs de rayonnement laser, des déviateurs optiques permettant de dévier le faisceau lumineux d'un angle fonction de l'intensité, de la tension, ou même de la fréquence d'un signal électrique, et un organe de formation d'une image pouvant par exemple consister en un écran opaque ou memAe translucide tel que, par exemple, un verre dépoli. In order to eliminate these drawbacks, display devices have already been proposed using light sources such as laser radiation generators, optical deflectors making it possible to deflect the light beam by an angle depending on the intensity, the voltage, or even the frequency of an electrical signal, and an image-forming member which may for example consist of an opaque screen or translucent memAe such as, for example, a frosted glass.
Ces dispositifs qui permettent d'obtenir d'excellents résultats,dans le cas d'affichage du type onocouleur, présentent cependant l'inconvénient de nécessiter, dans le cas où l'on désire réaliser des images en couleur, d'une part, trois sources lumineuses commandées séparément et émettant sur trois longueurs d'ondes correspondant chacune à une couleur fondamentale (bleu, rouge, vertu et, d'autre part, trois couples de déviateurs associés respectivement aux trois sources lumineuses, les images générées par les trois couples de déviateurs étant mélangées sur un même organe de formation d'une image. These devices which make it possible to obtain excellent results, in the case of display of the onocolor type, however have the disadvantage of requiring, in the case where it is desired to produce color images, on the one hand, three light sources controlled separately and emitting on three wavelengths each corresponding to a fundamental color (blue, red, virtue and, on the other hand, three pairs of deflectors associated respectively with the three light sources, the images generated by the three pairs of deflectors being mixed on the same image forming organ.
Il est clair qu'en raison de sa complexité, de son encombrement et de son codt relativement élevé, un tel dispositif est en pratique difficilement utilisable. It is clear that because of its complexity, its size and its relatively high codt, such a device is in practice difficult to use.
L'invention a donc pour but de supprimer cet inconvénient. Elle propose à cet effet un dispositif d'affichage en couleur n'utilisant qu'une seule source lumineuse et qu'un seul couple de déviateurs croisés
Pour parvenir à ce résultat, l'invention utilise, d'une part, un générateur à rayonnement laser de longueur d'onde et donc de couleur commandable, ce générateur étantconcu pour émettre successivement des trains d'ondes lumineuses présentant chacun une longueur d'onde correspondant à une couleur fondamentale et, d'autre part, un couple de déviateurs croisés pilotés de manière à obtenir un balayage de l'organe de formation de l'image. Dans un tel système, à chaque instant t, la tache lumineuse visible sur l'organe de formation d'une image consistera en une in- tégration par l'oeil des trois trains d'ondes successifs venant d'etre émis par le générateur laser Cette tache lumineuse présentera donc une couleur fonction de l'intensité lumineux se attribuée à chacun de ces trois trains d'ondes successifs.The invention therefore aims to eliminate this drawback. To this end, it offers a color display device using only one light source and only one pair of crossed deflectors.
To achieve this result, the invention uses, on the one hand, a laser radiation generator of wavelength and therefore of controllable color, this generator being designed to successively emit trains of light waves each having a length of wave corresponding to a fundamental color and, on the other hand, a couple of crossed deflectors controlled so as to obtain a scanning of the image-forming member. In such a system, at each instant t, the light spot visible on the image-forming member will consist of an integration by the eye of the three successive wave trains having just been emitted by the laser generator. This light spot will therefore have a color which is a function of the light intensity attributed to each of these three successive wave trains.
En conséquence, en vue dXobtenir une image en couleurs, il convient de piloter la luminance de chacun des trains d'ondes émis par la source,en synchronisme avec le balayages de manière à ce que pour chacun des états du couple de déviateurs, corresponde 1 a intégration de trois trains d'ondes successifs engendrant la couleur désirée
Il est à noter qu'en raison de la susdite intégration, le pilotage de la luminance des susdits trains d'ondes peut s'effectuer en modifiant l'intensité lumineuse du train d'onde ou même en modifiant sa durée.Consequently, in order to obtain a color image, the luminance of each of the wave trains emitted by the source must be controlled, in synchronism with the scans so that for each of the states of the pair of deflectors, corresponds to 1 has integration of three successive wave trains generating the desired color
It should be noted that due to the above-mentioned integration, the luminance of the above wave trains can be controlled by modifying the light intensity of the wave train or even by modifying its duration.
L'affichage d'informations en couleur dans le diapo sitif précédemment décrit ne peut etre obtenu qu'en utili- sant, en combinaison, un faisceau lumineux d'une grande précision (rayon laser) et des déviateurs a' réponse rapide ne comprenant pas de pie ces mobiles les unes par rapport aux autres et n'engendrant que des écarts angulaires relativement faibles. The display of color information in the slide described above can only be obtained by using, in combination, a highly precise light beam (laser beam) and fast response deflectors not including pie these mobiles relative to each other and generating only relatively small angular deviations.
Un tel déviateur peut comprendre au moins un élément soumis à l'action d'une tension ou d'une fréquence et qui est réalisé en une matière dont les caractéristiques structurales sont sujettes, sous l'effet énergétique de cette tension ou de cette fréquence, a des modifications susceptibles de provoquer, directement ou indirectement, une déviation correspondante dudit faisceau lumineux. Such a deflector may comprise at least one element subjected to the action of a voltage or a frequency and which is made of a material whose structural characteristics are subject, under the energetic effect of this voltage or this frequency, has modifications liable to cause, directly or indirectly, a corresponding deflection of said light beam.
D'une façon plus précise, ce déviateur peut notamment consister en
a) Un déviateur bilame, constitué par deux lames accolées réalisées en une céramique se dilatant en fonction d'une tension qui leur est appliquée, et dont l'une porte une surface réfléchissante sur laquelle est dirigé le faisceau lumineux.More precisely, this deflector may in particular consist of
a) A bimetallic deflector, constituted by two contiguous blades made of a ceramic which expands according to a tension which is applied to them, and one of which carries a reflecting surface on which the light beam is directed.
Les déformations du bilame et,en conséquence, les variations de l'angle d'incidence du faisceau lumineux, sont alors obtenues grâce à la différence de dilatation des deux lames. The deformations of the bimetallic strip and, consequently, the variations in the angle of incidence of the light beam, are then obtained thanks to the difference in expansion of the two blades.
b) Un déviateur acousto-optique qui utilise les propriétés de la propagation des ondes acoustiques dans un milieu réfringent. On sait qu'une telle propagation se traduit sur l'indice optique du milieu réfringent par une perturbation ondulatoire synchrone et par une modulation apportée å la densité locale de matière par distribution locale des pressions (Effet Brillouin). I1 se crée donc à l'intérieur du milieu une onde progressive de fréquence
F et, parallèlement, une variation d'indice optique se présentant sous la forme d'un réseau de phase dont le pas est inversement proportionnel à la fréquence F. En conséquence, un rayon lumineux traversant le milieu réfringent sera dévié en fonction de cette fréquence F.b) An acousto-optical deflector which uses the properties of the propagation of acoustic waves in a refractive medium. We know that such a propagation results in the optical index of the refractive medium by a synchronous wave disturbance and by a modulation brought to the local density of matter by local distribution of pressures (Brillouin effect). I1 therefore creates within the medium a progressive wave of frequency
F and, in parallel, a variation of optical index taking the form of a phase grating whose pitch is inversely proportional to the frequency F. Consequently, a light ray crossing the refractive medium will be deflected as a function of this frequency F.
Un déviateur de ce type, peut donc comprendre un cristal réfringent soumis à l'action d'un élément piézoélectrique excité par un signal électrique à une fréquence sonore ou ultrasonore. A deflector of this type can therefore comprise a refractive crystal subjected to the action of a piezoelectric element excited by an electrical signal at a sound or ultrasonic frequency.
Selon une-autre caractéristique de l'invention, dans le cas de déviateurs acousto-optiques,pour supprimer les déviations duo faisceau lumineux dues aux différences de fréquencoedes trains d'ondes succeasifs, on effectue une correction correspondante de la fréquence sonore ou ultrasonores laquelle est soumis le susdit milieu réfringent. According to another characteristic of the invention, in the case of acousto-optical deflectors, in order to eliminate the deflections of the light beam due to the frequency differences of the successive wave trains, a corresponding correction of the sound or ultrasound frequency is carried out which is subject the above refractive medium.
Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non îimitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels t
La figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif d'affichage en couleur utilisant un coupe de déviateurs acousto-optiques à action croisée :
La figure 2 est un diagramme permettant d'illustrer le principe de formation de l'image à l'aide du dispositif représenté figure 1.An embodiment of the invention will be described below, by way of nonlimiting example, with reference to the accompanying drawings in which t
Figure 1 is a block diagram of a color display device using a cross-section of acousto-optical deflectors with cross-action:
FIG. 2 is a diagram making it possible to illustrate the principle of image formation using the device represented in FIG. 1.
Avec référence à la figure l, le dispositif d'affichage utilise un générateur de rayonnement laser 1 permettant d'émettre une succession de trains d'ondes présentant chacun la longueur d'onde d'une couleur fondamentale (rouge, vert, bleu), sous la commande d'un dispositif approprié (bloc 2)o L'intensité lumineuse du générateur 1 peut également être modulée (bloc 3). With reference to FIG. 1, the display device uses a laser radiation generator 1 making it possible to emit a succession of wave trains each having the wavelength of a fundamental color (red, green, blue), under the control of an appropriate device (block 2) o The light intensity of the generator 1 can also be modulated (block 3).
Le rayonnement lumineux fourni par le générateur l est transmis à un organe de formation d'une image 4 par l'intermédiaire d'un couple de déviateurs 5, 6 à cristaux acousto-optiques. On rappelle que l'action de ces déviateurs 5, 6 est similaire à celle des plaques ou des soléno@des qui servent à dévier le faisceau d'électrons produit dans un tube électronique tel qu'un tube d'oscilloscope ou de télévision. Comme précéde@@ent mentionné, la déviation produite par chacun de ces déviateurs 5, 6 est obtenue en appliquant à l'élément piézo-électrique un signal électrique de fréquence correspondante. Il s'encuit, au niveau de cristal réfringent, la formation d'un réseau de phase dont le pas est fonction de ladite fréquence.Ainsi, le faisceau lumineux produit par le générateur subira, au travers du cristal, une déviation fonction du pas du réseau et, en conséquence, de ladite fréquence. The light radiation supplied by the generator 1 is transmitted to an image-forming member 4 via a pair of deflectors 5, 6 with acousto-optical crystals. It will be recalled that the action of these deflectors 5, 6 is similar to that of plates or solenoids which serve to deflect the electron beam produced in an electron tube such as an oscilloscope or television tube. As mentioned above, the deflection produced by each of these deflectors 5, 6 is obtained by applying an electrical signal of corresponding frequency to the piezoelectric element. It follows, at the refractive crystal level, the formation of a phase grating whose pitch is a function of said frequency. Thus, the light beam produced by the generator will undergo, through the crystal, a deflection depending on the pitch of the network and, therefore, said frequency.
On sait par ailleurs que la déviation d'un faisceau lumineux provoquée par un réseau est également fonction de la longueur d'onde de ce rayonnement. Par conséquent, du fait que les susdits déviateurs 4,5 reçoivent un rayonnement lumineux formé de trains d'ondes successifs de longueurs d'ondes variables, il se produira, en plus de la déviation imposée par le pas du réseau, qui est fonction de ladite fréquence, une déviation parasite due a la longueur d'onde du rayonnement. We also know that the deflection of a light beam caused by an array is also a function of the wavelength of this radiation. Consequently, owing to the fact that the aforesaid deviators 4,5 receive a light radiation formed of successive trains of waves of variable wavelengths, it will occur, in addition to the deviation imposed by the pitch of the network, which is a function of said frequency, a parasitic deviation due to the wavelength of the radiation.
En vue de supprimer cet inconvénient, il est nécessaire, pour au moins deux trains d'ondes sur trois, d'effectuer une correction, en augmentant ou en diminuant la fréquence du signal appliqué aux déviateurs 5 et 6. In order to eliminate this drawback, it is necessary, for at least two out of three wave trains, to make a correction, by increasing or decreasing the frequency of the signal applied to the deflectors 5 and 6.
En conséquence, le circuit de commande de chacun des déviateurs 5, 6 comprend t
- un convertisseur 7, 8 permettant d'obtenir une fréquence (F, F') i partir d'une tension (U1, U2) de commande, et
- un circuit de compensation 9, 10 permettant de modifier la fréquence en fonction de la longueur d'onde du rayonnement produit par le générateur 1, de telle manière que la déviation de ce rayonnement au travers des déviateurs 5, 6 varie uniquement en fonction de la fréquence de commande.Consequently, the control circuit of each of the deflectors 5, 6 comprises t
a converter 7, 8 making it possible to obtain a frequency (F, F ') i from a control voltage (U1, U2), and
a compensation circuit 9, 10 making it possible to modify the frequency as a function of the wavelength of the radiation produced by the generator 1, so that the deviation of this radiation through the deflectors 5, 6 varies only as a function of the order frequency.
L'organe de formation d'une image 4 peut être de nature très variée. Il peut consister en un écran opaque ou translucide. Il peut également consister en un verre dépoli situé dans le plan focal objet d'un objectif qui projette l'image à l'infini par exemple sur le pare-brise d'un aérodyne ou bien sur un miroir semi-réfléchissant situé dans l'axe de vision d'un pilote. The image forming member 4 can be very varied in nature. It can consist of an opaque or translucent screen. It can also consist of a frosted glass located in the focal plane object of a lens which projects the image to infinity for example on the windshield of an aerodyne or else on a semi-reflecting mirror located in the axis of vision of a pilot.
Le principe de la formation d'une image en couleur au moyen du dispositif précédemment décrit, sera schématiquement exposé ci-après, en regard de la figure 2. The principle of the formation of a color image by means of the device described above will be schematically explained below, with reference to FIG. 2.
Sur cette figure, on a représenté tout d'abord (diagramme 11), en fonction du temps, l'intensité I1, I2,
I3, I' l' I' 2' I' 3' I"l ... et (diagramme 12) les longueurs d'onde #1, #2 et #3 des trains d'ondes successifs émis par le générateur 1. On notera à ce sujet que les longueurs d'onde #1, #2 #3 correspondendt chacune à une couleur fondamentale du spectre lumineux, à savoir les couleurs rouge, bleu, vertu
La fréquence à laquelle sont émis ces trains d'ondes est telle qu'il se produise au niveau de l'oeil une intégration des signaux lumineux permettant de recréer, additi- vement, les nuances désirées.Pour mieux comprendre ce phénomène, on a représenté sur la figure 2 un cran 13 sur lequel est projetée une image lumineuse 14. Dans cette image lumineuse 14 la tache lumineuse A résulte de l'inté- gration des taches lumineuses produites par les trains d'ondes successifs Il# l' I2 #2 et I3 #3. D'une facon analogue, la tache lumineuse B résulte de l'intégration des taches lumineuses produites par les trains d'ondes suc- cessifs I'# l' I'#2 et I'#3. Il est clair que la nuance obtenue pour les taches A et B dépend respectivement des intensités Il, I2, I3 et I'l, I'2 et I'3.On notera que l'intervalle de temps entre les séries de trains d'ondes successives I1# l' I2#2, I3#3 et I'l#l, I'2#2 et I'3#3, peut être égal à la période entre deux trains d'ondes successifs, I1#1 - I2#2. In this figure, we first represented (diagram 11), as a function of time, the intensity I1, I2,
I3, I 'l' I '2' I '3' I "l ... and (diagram 12) the wavelengths # 1, # 2 and # 3 of the successive wave trains emitted by generator 1. It will be noted on this subject that the wavelengths # 1, # 2 # 3 each correspond to a fundamental color of the light spectrum, namely the colors red, blue, virtue
The frequency at which these wave trains are emitted is such that there is an integration of light signals at eye level allowing the desired nuances to be recreated, additively. To better understand this phenomenon, we have shown in FIG. 2 a notch 13 on which a light image is projected 14. In this light image 14 the light spot A results from the integration of the light spots produced by the successive wave trains Il # l 'I2 # 2 and I3 # 3. Similarly, the light spot B results from the integration of the light spots produced by the successive wave trains I '# l' I '# 2 and I'# 3. It is clear that the shade obtained for spots A and B depends respectively on the intensities Il, I2, I3 and I'l, I'2 and I'3. It will be noted that the time interval between the series of trains of successive waves I1 # l 'I2 # 2, I3 # 3 and I'l # l, I'2 # 2 and I'3 # 3, can be equal to the period between two successive wave trains, I1 # 1 - I2 # 2.
La figure 2 montre par ailleurs (lignes 15 et 16) la façon dont s'effectue la correction de la fréquence du signal de commande des deux déviateurs 5, 6. Dans cet exemple, pour les trains d'ondes de longueur d'onde# on retranche aux fréquences Fa,b ... et F'a,b ... une valeur #f1, pour les trains d'ondes de longueur d'onde #2, on maintient constantes les fréquences Fa,b ... et F' a,b ... Figure 2 also shows (lines 15 and 16) how the frequency of the control signal of the two deflectors 5, 6 is corrected. In this example, for wave trains of wavelength # we subtract at the frequencies Fa, b ... and F'a, b ... a value # f1, for the wave trains of wavelength # 2, the frequencies Fa, b ... and are kept constant F 'a, b ...
et pour les trains d'ondes de longueur d'onde#3 on rajoute aux fréquences Fa,b ... et F' a,b ... une valeur #f3, étant entendu que a
- #f1 et #f3 sont sonction des longueurs d'onde#1 et ainsi que de la fréquence utilisée pour la commande des
3 déviateurs 5 et 6,
- F et F' sont les tensions de commande respectives
a a des déviateurs 5 et 6, déterminant la position de la tache lumineuse A sur l'écran, et
- Fb et F'b sont les tensions de commande respectives des déviateurs 5 et 6, déterminant la position de la tache lumineuse B sur l'écran.and for the wavelengths of wavelength # 3 we add to the frequencies Fa, b ... and F 'a, b ... a value # f3, it being understood that a
- # f1 and # f3 are sonction of the wavelengths # 1 and as well as the frequency used for the control of
3 deflectors 5 and 6,
- F and F 'are the respective control voltages
aa of deflectors 5 and 6, determining the position of the light spot A on the screen, and
- Fb and F'b are the respective control voltages of the deflectors 5 and 6, determining the position of the light spot B on the screen.
On notera que pour effectuer cette correction de fréquence, il est préférable, contrairement à ce qui a été représenté figure 1, d'effectuer une correction sur la tension appliquée sur les convertisseurs U1/F et U2/F. It will be noted that, to carry out this frequency correction, it is preferable, contrary to what has been shown in FIG. 1, to carry out a correction on the voltage applied to the converters U1 / F and U2 / F.
On notera que dans le dispositif d'affichage en couleur selon l'invention, le générateur de rayonnement laser à longueur d'onde commandable peut être avantageusement réalisé au moyen d'une source de rayonnement laser émettant sur au moins les trois couleurs fondamentales. Dans ce cas on-utilise à la sortie de ladite source un déviateur acousto-optique qui permet d 'obtenir, par décomposition de la lumière un spectre lumineux comprenant au moins trois raies correspondant au trois couleurs fondamentales0
I1 est clair qu'en modifiant le pas du réseau du déviateur en faisant varier la fréquence sonore ou ultrasonore de commande, on décale les raies. Il suffit donc de prévoir à la sortie du déviateur un écran percé d'un orifice situé en un emplacement judicieusement choisi, et de faire varier convenablement la fréquence sonore ou ultrasonore du déviateur pour obtenir au-deli de l'écran, une succession de trians d'ondes lumineuses présentant successivement la longueur d'onde des trois couleurs fondamentales0 It will be noted that in the color display device according to the invention, the generator of laser radiation with controllable wavelength can advantageously be produced by means of a source of laser radiation emitting on at least the three fundamental colors. In this case, an acousto-optic deflector is used at the output of said source, which makes it possible to obtain, by decomposition of the light, a light spectrum comprising at least three lines corresponding to the three fundamental colors.
It is clear that by modifying the pitch of the deflector network by varying the sound or ultrasonic control frequency, the lines are shifted. It is therefore sufficient to provide at the outlet of the deflector a screen pierced with an orifice situated in a judiciously chosen location, and to vary the sound or ultrasonic frequency of the deflector appropriately to obtain, beyond the screen, a succession of trians of light waves successively presenting the wavelength of the three fundamental colors0
Claims (3)
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| WO1993020657A1 (en) * | 1992-04-01 | 1993-10-14 | Corporation For Laser Optics Research | Electronic data multiplexing in a full color pulsed laser projector and method |
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1979
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| ST | Notification of lapse |