FR2997513A1 - Dispositif de projection et son procede de gestion - Google Patents

Abstract

Dispositif de projection comprenant une installation de laser (20) générant un rayon laser (L), une installation de micro-miroir (10), réglable, générant une région de projection (PB) sous la forme d'une région partielle (TB) d'une région de projection globale (GB) de l'installation de micro-miroir (10). Le rayon laser (L) est dévié dans la région de projection (PB) pour générer une image (B) sur une surface de projection (PF). Un calculateur (30) commande l'installation de micro-miroir (10) réglable et l'installation de laser (20) pour obtenir, dans la région de projection réglable (PB), une valeur de contraste prédéfinie de l'image (B) générée sur la surface de projection (PF).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de projection et à son procédé de gestion. Etat de la technique Le document DE 10 2004 060 576 Al décrit un procédé et un projecteur d'image dont le faisceau de projection est modulé en intensité pour être conduit par déflection sur un scanner à deux axes générant l'image sur une surface de projection. Selon le procédé décrit dans ce document, pendant la projection de l'image, on détermine chaque fois une position instantanée associée à la position instantanée du faisceau de projection sur la surface de projection et on extrait une information d'image locale associée à cette position instantanée à partir d'une mémoire d'image et on règle l'intensité du faisceau de projection selon l'information d'image, locale, lue.

Le document DE 10 2005 002 190 Al décrit un scanner pour saisir le relief de la surface d'un objet. Le scanner décrit à ce document comporte un projecteur conduisant un faisceau lumineux suivant une ligne d'éclairage parcourant le relief de la surface pour obtenir un point éclairé sur le relief de la surface ; le projecteur génère un si- gnal de projection qui permet de déduire la position du faisceau lumi- neux dans la ligne d'éclairage. Le scanner décrit dans ce document comporte en outre un collecteur avec un micro-miroir de collecteur excité pour osciller dans deux dimensions ainsi qu'un détecteur ponctuel de lumière ; le micro-miroir de collecteur est monté oscillant dans une première direc- tion de la ligne d'éclairage et dans une seconde direction, différente de la première direction de façon qu'une réflexion de la position éclairée dans la région de détection du micro-miroir de scanner donne une image sur le photo-détecteur ponctuel.

En outre, dans le scanner décrit dans ce document, le collecteur génère un signal de détection à partir de l'endroit éclairé pour déduire la position dans la première et la seconde direction. Les projecteurs à micro-miroir sont utilisés en particulier comme projecteurs miniaturisés. On utilise pour cela des projecteurs à micro-miroir à un ou deux axes. Pour avoir la robustesse poussée des projecteurs à micro-miroir, on utilise une enceinte en verre, fermée de manière hermétique sur le projecteur à micro-miroir et qui génère les réflexions réfléchies sur la surface de projection. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un dispositif de projec- tion comprenant : une installation de laser générant un rayon laser, une installation de micro-miroir, réglable, générant une région de projection sous la forme d'une région partielle d'une région de pro- lo jection globale de l'installation de micro-miroir et déviant le rayon laser dans la région de projection pour générer une image sur une surface de projection, et un calculateur commandant l'installation de micro-miroir réglable et l'installation de laser pour obtenir, dans la région de projection 15 réglable, une valeur de contraste prédéfinie de l'image générée sur la surface de projection. L'invention a également pour objet un procédé de gestion d'un dispositif de projection comprenant les étapes consistant à: générer un rayon laser par l'installation de laser, 20 régler une région de projection d'une installation de micro-miroir réglable comme région partielle d'une région de projection globale de l'installation de micro-miroir, et dévier le rayon laser dans la région de projection pour générer une image sur une surface de projection et commander l'installation de 25 micro-miroir réglable et l'installation de laser pour obtenir dans la région de projection réglée, une valeur de contraste donnée, de l'image générée sur la surface de projection. L'idée de base de l'invention consiste à réaliser un dispo- sitif de projection ayant une interface transparente, fermée herméti- 30 quement et permettant d'obtenir des conditions de contraste poussées pour des applications délicates telles que l'affichage tête haute (en abrégé appelé affichage HUD) ou une surface d'affichage dans la direction du regard ou un affichage dans la direction du regard. On arrive alors à un rapport de contraste élevé par la sélection d'une région partielle, ap- 35 propriée, dans la région totale de projection. L'image est ainsi projetée par le dispositif de projection uniquement dans la région partielle de la région totale de projection qui permet un rapport de contraste élevé. Selon un développement de l'invention, l'installation à micro-miroir, réglable, sous la forme d'un scanner à micro-miroir en- capsulé est prévu pour des projections laser ou la génération d'images. Le fonctionnement de l'installation de micro-miroir comme scanner à micro-miroir encapsulé avec un environnement local sous vide se traduit avantageusement par une diminution de l'amortissement du mouvement du micro-miroir par les molécules de gaz, ce qui permet un balayage à haute fréquence et aussi des angles de balayage étendus, même pour de faibles tensions d'entraînement. Selon un développement de l'invention, l'installation de micro-miroir réglable est un dispositif de balayage à micro-miroir à un ou deux axes pour les projections laser et les applications de génération d'images. Cela permet d'atteindre avantageusement une image rapide pour la projection d'image par balayage. Selon un développement de l'invention, le dispositif de projection est un dispositif de projection laser pour un affichage d'image. Cela permet de projeter avantageusement des informations im- portantes dans le champ de vision de l'affichage dans la direction du regard. Selon un développement de l'invention, la région de pro- jection est réglée selon les données de fonctionnement du dispositif de projection, ce qui permet avantageusement d'adapter la région de pro- jection de façon optimale aux données de fonctionnement du dispositif de projection. Selon un développement de l'invention, la région de pro- jection est réglée en fonction des données prédéfinies de contraste de région partielle de la région totale de projection de l'installation à micro- miroir. Cela permet de prédéfinir individuellement par l'utilisateur du dispositif de projection les valeurs de contraste souhaitées pour les régions de projection respectives de la projection d'image. Selon un développement de l'invention, la valeur de con- traste prédéfinie de l'image à obtenir est donnée en fonction de la plage angulaire de l'image générée par le dispositif de projection. Cela permet d'adapter avantageusement la valeur du contraste à la plage angulaire respective de la projection d'image. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de différents exemples de réalisation d'un disposi- tif de projection représentés dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références dans les différentes figures. Ainsi : la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de projection selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de projection selon un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif de projection selon un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 4 est une représentation schématique d'un diagramme d'une région globale de projection du dispositif de projection servant à décrire l'invention, la figure 5 est une représentation schématique d'une installation de micro-miroir réglable correspondant à un mode de réalisation de l'invention, la figure 6 est une représentation schématique d'un diagramme de la région de projection globale du dispositif de projection pour décrire l'invention, et la figure 7 est une représentation schématique d'un ordinogramme d'un procédé de gestion d'un dispositif de projection selon un autre mode de réalisation de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement un dispositif de pro- jection selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de pro- jection 100 de la figure 1 se compose de deux installations de micro- miroir 10, réglable, ayant chacune un encapsulage hermétique sous la forme d'une installation de verre protecteur 62 développant de la lumière diffusée factice sous la forme de réflexions de lumière diffusée SR.

Le dispositif de projection 100 comprend par exemple en outre une installation de laser 20 et un calculateur 30. L'installation de laser 20 génère un rayon laser L. L'installation de laser 20 peut être une source laser polychrome et avoir un ensemble de sources lasers distinctes qui génèrent des rayons laser avec des couleurs spectrales rouge, vert et bleue. L'installation de micro-miroir réglable 10 peut être sous la forme d'un système MEMS ou MOEMS, c'est-à-dire d'un microsystème électromécanique ou d'un microsystème opto-électromécanique.

L'installation de micro-miroir réglable 10 règle par exemple une région de projection PB comme région partielle TB d'une région de projection globale GB de l'installation de micro-miroir 10 et en déviant le rayon laser L on forme une image B dans la région de projection PB sur la surface de projection PF.

Les deux installations à micro-miroir 10, réglables, sont des scanners à micro-miroir à un axe ou à deux axes pour des applications de projection laser à micro-miroir à deux axes ou des applications de génération d'images. En outre, chacune des deux installations à micro-miroir réglable 10 est réalisée sous la forme d'un scanner à miroir encapsulé de manière hermétique MEMS, MOEMS. L'encapsulage hermétique des systèmes MEMS ou MOEMS dans le plan de la plaquette des deux installations de micro-miroir réglable 10 se traduit par une protection simple et sure du composant MEMS contre tout type de contamination et on ainsi une apti- tude au fonctionnement non limitée, réglable pour l'installation à micro- miroir 10. Le calculateur 30 commande par exemple l'installation à micro-miroir 10, réglable, pour obtenir la valeur de contraste prédéfinie dans la région de projection PB pour l'image générée sur la surface de projection PF. La première des deux installations de micro-miroir réglable 10 forme la trame de l'image B dans la direction verticale. La seconde installation de micro-miroir 10, réglable, assure la trame de l'image B dans la direction horizontale.

Les deux installations de micro-miroir 10 assurent la trame de l'image B de façon continue dans la région totale de projection GB. Toutefois, le rayon laser L de l'installation laser 20 n'est généré que pendant le tramage de la région partielle TB de la région totale de pro- jection GB et ainsi seulement une image B est projetée dans la région partielle TB. Les installations de verre protecteur 62 encapsulent her- métiquement l'installation de micro-miroir réglable 10. Les installations de verre protecteur 62 peuvent être bloquées par l'installation de fixa- tion de boîtier 50. Les installations de fixation de boîtier 50 peuvent être des unités de parties de boîtier du dispositif de projection 100 et elles servent à fixer les différents composants du dispositif de projection 100 tels que par exemple l'installation de verre protecteur 62 ou les installations de micro-miroir réglable 10 ou le calculateur 30.

Comme représenté à la figure 1, on utilise deux installa- tions de micro-miroir, réglables 10 du dispositif de projection 100. En projetant l'image B sur la surface de projection PF, on génère plusieurs défauts d'image. Les défauts d'image ou aberrations sont des déviations par rapport à l'image optique idéale du dispositif de projection 100 par des systèmes optiques tels que l'encapsulage de l'installation de micro- miroir réglable 10 qui sont produites par les installations de verre protecteur 62. A côté de la lumière diffusée, on peut également avoir des réflexions de lumière diffusée SR. Les réflexions de lumière diffusée SR sont par exemple générées par la surface supérieure diffractante du verre des installations de verre protecteur 62. Cela peut générer des taches lumineuses gênantes sur l'image B. Les réflexions de lumière diffusée SR ne peuvent être totalement évitées pour des raisons physiques mais on peut les atténuer fortement par un revêtement anti ré- flexion des installations de verre protecteur 62 ou par une amélioration des surfaces réfléchissantes des installations de verre protecteur 62. La surface des installations de verre protecteur 62 fonc- tionne ainsi au moins en partie comme un miroir. Les surfaces partiellement réfléchissantes génèrent des réflexions de lumière diffuse SR.

Un revêtement anti-réfléchissant (appelé en abrégé revêtement AR) permet de réduire les réflexions de la lumière diffuse SR à environ 1 % de l'intensité du rayon laser. Si les surfaces réfléchissantes des installations de verre protecteur 62 ne sont pas basculées, on a des réflexions de lumière diffuse SR dans l'image B. Les réflexions de lumière diffuse SR provenant de la surface réfléchissante de la première installation de micro-miroir réglable 10 sont réfléchies horizontalement par la seconde installation de micro-miroir réglable 10. Cela crée comme image optique fantôme une ligne horizontale dans l'image B. Les réflexions de lumière diffuse SR par la surface réfléchissante de la seconde installation de micro-miroir 10, réglable, se font par réflexion dans la direction verticale, ce qui génère comme artifice optique une ligne verticale dans l'image B.

Les réflexions de lumière diffuse SR génèrent ainsi globa- lement un artifice cruciforme sur l'image B. L'image B est construite comme matrice de points image. C'est pourquoi l'intensité des lignes verticales est influencée par le nombre de colonnes de l'image B et l'intensité des lignes horizontales est influencée par le nombre de lignes de l'image B. Pour une intensité de la réflexion à la surface représentant 1 `)/0 et pour 850 colonnes, l'intensité des lignes verticales est toujours de 850 x 0,01 = 8,5. Ainsi les réflexions de lumière diffuse SR sont 8,5 fois plus claires que la luminosité moyenne d'un point image. C'est pourquoi, pour éviter les réflexions de lumière diffuse SR dans ces ré- gions, on les élimine de la projection de l'image. Les faisceaux lasers séparés Li, L2, L3 correspondent à une image optique idéale souhaitée et présentent différents angles de balayage dans la région de projection PB.

Par exemple, le rayon laser Li est le faisceau dévié par la seconde installation de micro-miroir 10 dans une position déviée de manière extrême vers la droite. Le rayon laser L2 est le faisceau dévié par la seconde installation de micro-miroir 10 dans la position 0. Le rayon laser L3 est le faisceau qui est dévié par la seconde installation de micro-miroir 10 dans une position extrême à gauche.

Le dispositif de projection 100 comporte en outre une mémoire 40 couplée au calculateur 30. La mémoire 40 contient par exemple les données de valeur de contraste prédéfinies des régions partielles TB de la région de projection globale GB de l'installation de mi- cro-miroir 10. Les régions partielles TB peuvent être sélectionnées par le calculateur 30 comme régions de projection PB. Le calculateur 30 et la mémoire 40 sont constitués par exemple par un processeur ou par toute autre unité électronique de traitement de données. Le calculateur 30 est par exemple un microcon- trôleur qui, à côté d'un processeur, comporte également des unités as- surant des fonctions périphérique, le tout sur une puce. La figure 2 est une représentation schématique d'un dis- positif de projection selon un autre mode de réalisation de l'invention. En variante du mode de réalisation de la figure 1, le mode de réalisation de la figure 2 du dispositif de projection 100 comporte une installation de verre protecteur 62 avec des réflexions de lumière diffuse SR dans la direction tournée vers l'avant. Les réflexions de lumière diffuse SR présentées à la figure 2 sont générées par la surface arrière des deux installations de verre protecteur 62 après réflexion sur les installations de micro-miroir 10, réglable. C'est pourquoi ces réflexions n'ont pas une intensité aussi persistante et aussi intense que les réflexions de lumière diffuse SR de la figure 1 mais néanmoins ces réflexions réduisent le contraste de l'image B.

Les réflexions de lumière diffuse SR de la seconde instal- lation de micro-miroir 10, réglable, sont projetées dans l'image B. Du fait du basculement des installations de verre protecteur 62, les réflexions de lumière diffuse SR ne donnent pas d'image dans la région centrale de l'image B.

La géométrie des réflexions de lumière diffuse SR est pré- sentée de manière plus fidèle dans le détail à la figure 6. Pour le tramage de l'image B, on bascule l'installation de micro-miroir 10, réglable, en commençant par la droite comme cela est présenté à la figure 2, en passant par la position 0 comme celle de la figure 3 jusqu'à la déviation maximale vers la gauche. Partant du rayon laser simple L2, on a en outre représenté les réflexions de lumière diffuse SR sur la surface de projection PF. Les autres références présentées à la figure 2 correspon- dent à des éléments déjà décrits à propos de la figure 1 et cette descrip- tion ne sera pas reprise. La figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de projection selon un autre mode de réalisation de l'invention. En variante du mode de réalisation de la figure 1, dans le cas de la figure 3, le dispositif de projection 100 comporte une installa- tion de verre protecteur 62 en position 0. Cela engendre des réflexions de lumière diffuse SR. Les autres références de la figure 3 se rapportent à des éléments déjà décrits à propos de la figure 1 et cette description ne sera pas reprise.

La figure 4 est un schéma d'une région de projection glo- bale servant à décrire l'invention. Suivant l'axe X, on a représenté les coordonnées en X d'un système de coordonnées de localisation de l'image B en millimètres. L'axe X donne les coordonnées en Y du système de coordonnées de l'image B. Les différents niveaux de gris repré- sentent la valeur de l'intensité associée à chacune des coordonnées de localisation dans le diagramme correspondant à l'échelle présentée à droite du diagramme. La figure 4 est une simulation d'une matrice de points PM projetée comme image B avec les multiples réflexions de lumière dif- fuse SR générées par les installations de verre protecteur 62. L'échelle d'intensité est une échelle logarithmique ; les niveaux de gris les plus sombres correspondent aux valeurs d'intensité les plus élevées selon une intensité relative. Les points organisés sous la forme d'une matrice de points PM, régulière, sont les points de projection directe. Les points qui en dérivent sont ceux générés par les réflexions de lumière diffuse SR et représentent environ 1/100 de l'intensité des points projetés directement de la matrice de points PM. Comme valeur de contraste, dans la première région par- tielle B1 gauche, les multiples réflexions de lumière diffuse SR donnent seulement une valeur d'environ d'un facteur 200:1.

Dans la seconde région partielle B2 à droite de l'image projetée B, il n'y a pas de réflexion significative de lumière diffuse SR. La valeur de contraste dans cette seconde région partielle B2 atteint dans le cas idéal une valeur de contraste allant jusqu'à 10 000:1.

La figure 6 est une représentation schématique d'une ins- tallation de micro-miroir réglable 10 correspondant à un mode de réalisation de l'invention montrant le détail des réflexions SR de la seconde installation de micro-miroir 10 de la figure 5 et notamment l'angle entre le faisceau de lumière incidente Lin et un rayon laser réfléchi Lrfl.

La figure 6 montre une vue détaillée d'un mode de réali- sation d'une installation de micro-miroir réglable 10. Le tracé des faisceaux représente un rayon laser incident Lin et un rayon laser réfléchi Lrfl. Les angles présentés à la figure 6 sont définis comme suit : a est l'angle compris entre le rayon laser incident Lin et la normale NOS de la surface du miroir SO en position 0. 0 est l'angle compris entre la normale de la surface du miroir SO dévié dans une position quelconque par rapport à la normale à la surface du miroir SO en position 0. y est l'angle entre la normale NOG de la vitre et la normale NOS de la surface du miroir SO en position 0. 0 est l'angle de la direction de balayage par rapport à la normale NOS de la surface SO du miroir en position 0. 9 est l'angle entre le rayon laser réfléchi Lrfl et la normale de la surface du miroir SO en position 0. Après réflexion du rayon laser incident Lin par la surface SO du miroir de l'installation de micro-miroir réglable 10, dans la suite du trajet du rayon laser R, on a des réflexions de lumière diffuse SR sur les installations de verre protecteur 62 réalisées sous la forme d'une vitre. A la surface des installations de verre protecteur 62, le rayon laser réfléchi Lrfl est partiellement réfléchi en retour sous un angle (0+2 -y). Le rayon laser réfléchi Lrfl est de nouveau dévié par la sur- face de miroir SO de l'installation de micro-miroir 10 pour être de nou- veau dévié dans la direction de l'image projetée B, ce qui diminue et réduit la valeur du contraste de l'image B. La différence angulaire Ô entre l'angle de balayage et l'angle des réflexions de lumière diffuse SR est donnée par la relation suivante : Ô = 00 - 90 = (a-413+2y)-( cc-213)=2y-2I3 La région partielle TB qui n'est pas influencée par les ré- flexions de lumière diffuse SR secondaires par rapport à la région globale GB est donnée par la relation r suivante : r = (y-I3)/(213) Cette relation r ne dépend que de l'inclinaison de la vitre y et de l'angle de balayage I. Cela permet de sélectionner des valeurs intéressantes pour les deux angles 0 et y pour atteindre un rapport r d'environ 1/3.

Ainsi, par exemple, on projette une image B correspon- dant au format 16/9 (16 étant la longueur et 9 la hauteur de l'image) avec 16 fois le rapport r. La figure 7 montre schématiquement le diagramme d'une région de projection globale du dispositif de projection pour la descrip- tion de l'invention. Pour avoir un contraste aussi élevé que possible de l'image B, on règle une région de projection PB d'une installation de micro-miroir réglable 10 comme région partielle d'une région de projection globale GB de l'installation de micro-miroir 10.

La figure 8 est un ordinogramme très schématique du procédé de gestion d'un dispositif de projection selon un autre développement de l'invention. Comme première étape du procédé, on génère dans l'étape Si un rayon laser L par l'installation laser 20. Comme seconde étape S2 du procédé, on règle une région de projection PB avec l'installation micro-miroir 10 réglable comme ré- gion partielle d'une région de projection globale GB de l'installation de micro-miroir 10. Comme troisième étape S3 du procédé, on dévie le rayon laser L dans la région de projection PB pour générer l'image B sur la surface de projection PF et on commande l'installation de micro-miroir 10 réglable et l'installation de laser 20 pour arriver dans la région de projection PB réglée à un contraste prédéfini de l'image B générée sur la surface de projection PF.5 NOMENCLATURE 10 Installation de micro-miroir réglable 20 Installation de laser 30 Calculateur 40 Mémoire 50 Installation de support de boîtier 62 Installation de verre protecteur 100 Dispositif de projection AR Revêtement anti-réfléchissant B Image B1 Première région partielle B2 Seconde région partielle GB Région de projection globale L, Li, L2, L3 Rayon laser Lin Rayon laser incident Lrfl Rayon laser réfléchi NOG Normale à la vitre NOS Normale à la surface du miroir PB Région de projection PF Surface de projection PM Matrice de points SO Surface du miroir SR Réflexion de lumière diffuse

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1°) Dispositif de projection comprenant : une installation de laser (20) générant un rayon laser (L), une installation de micro-miroir (10), réglable, générant une région de projection (PB) sous la forme d'une région partielle (TB) d'une région de projection globale (GB) de l'installation de micro-miroir (10) et déviant le rayon laser (L) dans la région de projection (PB) pour générer une image (B) sur une surface de projection (PF), et un calculateur (30) commandant l'installation de micro-miroir (10) réglable et l'installation de laser (20) pour obtenir, dans la région de projection réglable (PB), une valeur de contraste prédéfinie de l'image (B) générée sur la surface de projection (PF).
2. 2°) Dispositif de projection (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation de micro-miroir réglable (10) est un scanner à micro-miroir encapsulé pour des applications de projection et de génération d'images.
3. 3°) Dispositif de projection (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation de micro-miroir réglable (10) est un scanner à micro-miroir à un ou deux axes pour des applications de projection laser et de génération d'images.
4. 4°) Dispositif de projection (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de projection (100) est un dispositif de projection laser pour un affichage dans le champ de vision.
5. 5°) Dispositif de projection (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de projection (PB) est réglée selon les données de fonctionnement du dispositif de projection (100).356°) Dispositif de projection (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de projection (PB) est réglée selon les valeurs de contraste pré-définies de régions partielles de la région de projection globale (GB) de l'installation de micro-miroir (10). 7°) Dispositif de projection (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de contraste prédéfinie de l'image générée (B) est donnée en fonction de la plage angulaire de l'image (B) générée par le dispositif de projection (100). 8°) Procédé de gestion d'un dispositif de projection comprenant les étapes consistant à: générer (Si) un rayon laser (L) par l'installation de laser (20), régler (S2) une région de projection (PB) d'une installation de micro-miroir réglable (10) comme région partielle (TB) d'une région de projection globale (GB) de l'installation de micro-miroir (10), et dévier (S3) le rayon laser (L) dans la région de projection (PB) pour générer une image (B) sur une surface de projection (PF) et com- mander l'installation de micro-miroir réglable (10) et l'installation de laser (20) pour obtenir dans la région de projection réglée (PB), une valeur de contraste donnée, de l'image (B) générée sur la surface de projection (PF).25