FR3018929A1 - Dispositif de visualisation comprenant un combineur a taux de reflexion variable - Google Patents

Dispositif de visualisation comprenant un combineur a taux de reflexion variable Download PDF

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Abstract

Le domaine général de l'invention est celui des systèmes optiques de visualisation comportant un afficheur (D) et une lame optique (C) inclinée disposée au-dessus de cet afficheur et formant avec lui sensiblement un dièdre. Le système selon l'invention comporte des moyens de réglage du coefficient de réflexion de ladite lame optique inclinée selon un axe perpendiculaire (Z) à l'axe du dièdre jusqu'à une hauteur (H) variable de façon à assurer la réflexion totale d'une première partie de l'image affichée par l'afficheur et la réflexion partielle d'une seconde partie de l'image affichée par l'afficheur, complémentaire de la première partie. L'introduction de composants optiques (O) entre l'afficheur et la lame optique permet de modifier la distance de l'image de l'afficheur réfléchie par la lame optique.

Description

Dispositif de visualisation comprenant un combineur à taux de réflexion variable Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de visualisation destinés à être montés dans des véhicules et permettant d'afficher tout ou partie des informations affichées sur l'extérieur. Le domaine d'applications privilégié est l'aéronautique où ces dispositifs de visualisation sont montés sur les planches de bord d'aéronef. Mais, ce type de dispositif peut également être monté sur des véhicules routiers ou ferroviaires. De façon classique, dans un cockpit d'aéronef, lorsque l'on souhaite afficher des informations sur l'extérieur, un dispositif de visualisation spécifique est dédié à cette fonction. Ce dispositif, généralement appelé « Tête Haute » ou « HUD », acronyme de « Head-Up Display » est totalement séparé des dispositifs de visualisation dits « Tête Basse » qui sont actuellement constitués d'écrans plats à cristaux liquides.
Généralement, un HUD comporte principalement une source d'images, une optique de collimation et un mélangeur optique ou « combineur ». L'image collimatée est superposée sur l'extérieur au moyen du mélangeur optique. Un tel ensemble combinant des visualisations « Tête Basse » et des visualisations « Tête Haute » présente plusieurs inconvénients. Le premier est d'ordre ergonomique. L'image des écrans de la planche de bord est à distance finie alors que l'image des visualisations collimatées est à grande distance. Il est donc très difficile d'assurer une continuité dans les deux images et d'autre part, l'observateur doit accommoder lorsqu'il passe d'une représentation à une autre. Or, le temps d'accommodation n'est pas négligeable, compte tenu de la grande vitesse du porteur. Le second inconvénient est d'ordre économique. Un « HUD » est un dispositif optique coûteux qui comporte des contraintes de réalisation, d'implantation et d'harmonisation spécifiques.
Le dispositif de visualisation selon l'invention ne présente pas ces différents inconvénients. Il comporte un et un seul grand écran de visualisation pouvant assurer au moyen d'un combineur unique à transmission variable à la fois la visualisation des informations en position « Tête Basse » mais également en position « Tête Haute ». Plus précisément, l'invention a pour objet un système optique de visualisation comportant un afficheur et une lame optique inclinée disposée au-dessus de 5 cet afficheur et formant avec lui sensiblement un dièdre, caractérisé en ce que la lame comporte une pluralités de zones, le système comportant des moyens de réglage du coefficient de réflexion de chaque zone de façon à assurer la réflexion totale d'une première partie de l'image affichée par l'afficheur et la réflexion partielle d'une seconde partie de l'image affichée par 10 l'afficheur, complémentaire de la première partie. Avantageusement, les zones sont agencées de façon que, selon un axe Z perpendiculaire à l'axe du dièdre et jusqu'à une hauteur H variable, la lame optique est réfléchissante et au-delà de ladite hauteur H, la lame optique est partiellement réfléchissante. 15 Avantageusement, la lame optique est une lame à faces planes et parallèles ou une lame courbe ou comportant une partie courbe. Avantageusement, le système comporte un composant optique fonctionnant par transmission et ayant une puissance optique déterminée, ledit composant étant disposé tout ou partie au-dessus dudit afficheur, entre 20 l'afficheur et la lame optique. Avantageusement, la puissance optique du composant optique est fixe ou la puissance optique du composant optique est variable, ladite puissance optique étant quasi-nulle du côté de l'axe du dièdre. Avantageusement, l'axe optique moyen du composant optique est 25 incliné par rapport à la normale à l'afficheur. Avantageusement, la lame comporte un dépôt de cristal liquide poly-dispersé dont le taux de réflexion est variable en fonction d'une tension appliquée. Avantageusement, l'afficheur est un afficheur à cristaux liquides. 30 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 représente une vue en coupe d'un système optique de 35 visualisation selon l'invention ; La figure 2 représente le principe de fonctionnement d'un système optique de visualisation selon l'invention ; La figure 3 représente l'image de l'afficheur dans un système optique de visualisation selon l'invention comportant une lame optique 5 plane ; La figure 4 représente l'image de l'afficheur dans un système optique de visualisation selon l'invention comportant une lame optique courbe ; La figure 5 représente l'image de l'afficheur dans un système 10 optique de visualisation selon l'invention comportant un premier composant optique ; La figure 6 représente l'image de l'afficheur dans un système optique de visualisation selon l'invention comportant un second composant optique. 15 A titre d'exemple non limitatif, la figure 1 représente une vue en coupe d'un système optique de visualisation selon l'invention dans sa version de base. Il comprend essentiellement un afficheur D et une lame optique C inclinée et disposée au-dessus de cet afficheur et formant avec lui 20 sensiblement un dièdre. Le système comporte des moyens de réglage non représentés sur la figure 1 du coefficient de réflexion de ladite lame optique. Ces moyens permettent de régler à la fois le taux de réflexion mais également les parties réfléchissantes de la lame. Généralement, la variation du coefficient de 25 réflexion se fait selon un axe Z perpendiculaire à l'axe du dièdre jusqu'à une hauteur H également variable de façon à assurer la réflexion totale d'une première partie de l'image affichée par l'afficheur et la réflexion partielle d'une seconde partie de l'image affichée par l'afficheur, complémentaire de la première partie. 30 Sur la figure 1 et les figures suivantes, la partie purement réflective de la lame est représentée en traits hachurés. Les chevrons sur la figure 1 représentent la lumière venant de l'extérieur. Elle est totalement réfléchie par la partie basse de la lame C et partiellement transmise par la partie haute de la lame C. La transmission partielle est symbolisée par des 35 chevrons en pointillés. Les flèches représentent la lumière venant de l'afficheur. Elle est totalement réfléchie par la partie basse de la lame C et partiellement réfléchie par la partie haute de la lame C. La répartition des zones réfléchissantes et semi-réfléchissantes peut être différente en fonction de l'utilisation du système optique.
L'afficheur D utilisé est classiquement un afficheur à écran plat. Il peut être constitué d'un écran à cristaux liquides rétroéclairé. L'éclairage peut être assuré par des diodes électroluminescentes qui permettent d'assurer un éclairage puissant, faiblement encombrant, robuste et fiable. Le spectre émis est également facilement adaptable.
La lame C est une lame mince dont la puissance optique en transmission est nulle ou quasi-nulle pour ne pas perturber la vision du paysage extérieur. L'angle moyen d'inclinaison de cette lame par rapport au plan de l'afficheur est supérieur ou égal à 45 degrés. La distance minimale entre la lame et l'afficheur ne dépasse pas quelques centimètres.
Pour assurer la variation de réflectivité de la lame optique, on peut utiliser un dépôt de cristal liquide poly-dispersé réfléchissant, aussi connu sous l'acronyme « PDLC ». Ce type de matériau est actionnable électriquement et son taux de réflexion dépend de la tension qui lui est appliqué moyennant une électrode transparente. Les dépôts à base d'ITO, qui est un oxyde d'étain et d'indium permettent de réaliser ce type d'électrode. Il est possible, à partir d'électrodes transparentes matricées de n'actionner que certaines zones de la lame en fonction de surfaces d'affichage spécifiques. Cette disposition permet d'ajuster en temps réel à la fois les 25 dimensions et les coefficients de réflexion des zones dite « tête haute » et « tête basse ». On optimise ainsi le contraste de l'affichage sur fond de lumière ambiante. En augmentant la réflectivité de la partie haute de la lame, on favorise doublement le contraste affiché en réduisant la lumière extérieure et en augmentant la luminosité perçue de l'écran d'affichage. En cas 30 d'ambiance lumineuse forte, il est possible de totalement masquer l'extérieur. Dans ce cas, la totalité de l'afficheur est équivalent à un écran de visualisation "Tête basse ». La figure 2 illustre ce principe. En cas de faible éclairement, la hauteur H1 de grande réflectivité de la lame est faible. En cas de fort éclairement, la hauteur H2 de grande réflectivité de la lame est 35 importante.
L'image I de l'afficheur D est obtenue par réflexion sur la lame optique C. Si la lame C est classiquement une lame à faces planes et parallèles, cette image est une image plane située à une certaine distance de l'utilisateur qui est facilement calculable. Cette image I est représentée en pointillés sur la figure 3. On sait que la partie haute de l'image est superposée sur l'extérieur qui se trouve nécessairement à longue distance. Il est alors intéressant qu'au moins la partie haute de l'image se trouve à une plus grande distance de l'utilisateur que celle déterminée par une lame plane. Pour obtenir cet effet, différentes solutions techniques sont possibles.
A titre d'exemples, les figures 4, 5 et 6 illustrent trois solutions techniques possibles. La première solution est illustrée en figure 4. Dans cette solution, la lame optique est une lame courbe ou comportant une partie courbe. Cette partie courbe peut être sphérique, cylindrique ou asphérique. On éloigne 15 ainsi l'image réfléchie de l'utilisateur, comme on le voit sur la figure 4. La seconde solution est illustrée en figure 5. Elle consiste à interposer un composant optique 0 fonctionnant par transmission et ayant une puissance optique déterminée, ledit composant étant disposé tout ou partie au-dessus dudit afficheur, entre l'afficheur et la lame optique. L'axe 20 optique x-x du composant optique 0 est incliné par rapport à la normale à l'afficheur. Ce composant optique 0 peut être une simple lentille, un doublet optique ou un composant optique plus complexe. La forme de ce composant est adaptée au format de la zone de l'afficheur dont on souhaite éloigner 25 l'image. La puissance optique, l'angle d'inclinaison de l'axe optique et la distance du composant optique à l'afficheur sont calculés en fonction de l'éloignement de l'image que l'on souhaite obtenir. Dans une variante de réalisation représentée en figure 6, le composant optique couvre la totalité de la surface de l'afficheur. Sa 30 puissance optique est variable le long d'un axe Y disposé dans le plan du composant optique et perpendiculaire à l'axe du dièdre. Elle est quasiment nulle au voisinage du dièdre et augmente progressivement en fonction de l'éloignement d'image souhaité. Cette variation de puissance optique peut être obtenue en utilisant une lentille de Fresnel à focale variable comme 35 illustré de façon schématique sur la figure 6 par des dents de scie plus ou moins prononcées. On peut également utiliser une lentille dont une des surfaces a un profil à rayon de courbure variable ou dont l'indice optique est variable. Ces différentes solutions optiques peuvent provoquer des 5 distorsions d'image. On peut très facilement les compenser en introduisant une distorsion inverse sur l'image fournie par l'afficheur.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Système optique de visualisation comportant un afficheur (D) et une lame optique (C) inclinée disposée au-dessus de cet afficheur et formant avec lui sensiblement un dièdre, caractérisé en ce que la lame comporte une pluralités de zones, le système comportant des moyens de réglage du coefficient de réflexion de chaque zone de façon à assurer la réflexion totale d'une première partie de l'image affichée par l'afficheur et la réflexion partielle d'une seconde partie de l'image affichée par l'afficheur, complémentaire de la première partie.
  2. 2. Système optique de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones sont agencées de façon que, selon un axe (Z) perpendiculaire à l'axe du dièdre et jusqu'à une hauteur (H) variable, la lame optique est réfléchissante et au-delà de ladite hauteur (H), la lame optique est partiellement réfléchissante.
  3. 3. Système optique de visualisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la lame optique (C) est une lame à faces planes et parallèles.
  4. 4. Système optique de visualisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la lame optique (C) est une lame courbe ou comportant une partie courbe.
  5. 5. Système optique de visualisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système comporte un composant optique (0) fonctionnant par transmission et ayant une puissance optique déterminée, ledit composant étant disposé tout ou partie au-dessus dudit afficheur, entre l'afficheur et la lame optique.
  6. 6. Système optique de visualisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que la puissance optique du composant optique (0) est fixe.
  7. 7. Système optique de visualisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que la puissance optique du composant optique (0) est variable, ladite puissance optique étant quasi-nulle du côté de l'axe du dièdre.
  8. 8. Système optique de visualisation selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'axe optique moyen du composant optique (0) est incliné par rapport à la normale à l'afficheur.
  9. 9. Système optique de visualisation selon l'une des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce que la lame comporte un dépôt de cristal liquide poly-dispersé dont le taux de réflexion est variable en fonction d'une tension appliquée.
  10. 10. Système optique de visualisation selon l'une des 20 revendications précédentes, caractérisé en ce que l'afficheur (D) est un afficheur à cristaux liquides.
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