FR2998990A1 - Dispositif de visualisation comprenant un ecran de visualisation a transparence controlee - Google Patents

Abstract

Le domaine général de l'invention est celui des dispositifs de visualisation comportant au moins un projecteur d'images (1) comportant un afficheur (10), une optique de projection (11) et un écran de visualisation (13), l'image dudit afficheur étant projetée par l'optique de projection sur ledit écran de visualisation. Le dispositif de visualisation selon l'invention comporte des moyens permettant de contrôler le taux de transmission optique et le taux de diffusion optique dudit écran de visualisation de façon à le rendre totalement transparent ou totalement diffusant, l'image n'étant projetée que dans ce dernier cas.

Description

Dispositif de visualisation comprenant un écran de visualisation à transparence contrôlée Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de visualisation disposés dans les cockpits d'aéronefs civils et militaires. Actuellement, les planches de bord des cockpits d'aéronefs modernes comportent sur la majeure partie de leur surface des écrans de visualisation et des instruments, diminuant ainsi la vision directe du paysage extérieur dans la zone basse du cockpit. Dans un certain nombre d'applications, dont le vol à vue à basse altitude, cette absence de vision directe peut être gênante.

Une première solution simple consiste pour le pilote à se contorsionner pour voir au-dessus des écrans de visualisation, quand cela est possible. Une seconde solution consiste à utiliser des systèmes de visualisation collimatés encore appelés en terminologie anglaise « see through ». Ils comportent essentiellement deux grandes familles qui sont les viseurs de casque portés par la tête du pilote et les dispositifs d'affichage dits « Tête Haute » ou « Head-Up Displays » montés à demeure dans le cockpit. Ces dispositifs superposent des informations sous forme d'imagerie ou de symbologie au paysage extérieur.

Ces derniers équipements ont la particularité d'être collimatés, c'est à dire que les informations issues d'un afficheur sont projetées à « infini » au moyen d'une optique adaptée. Le pilote n'a donc pas besoin d'accommoder sur les informations ou sur le paysage, les deux étant vus nets simultanément. Ces équipements présentent une certaine complexité 25 technique et ont donc un coût important. De plus, les informations sont présentées de manière spécifique pour ne pas masquer le paysage en arrière plan, ce qui implique une représentation différente de celle des écrans dits « tête-basse ». Le pilote doit alors fournir un effort dans ses allers-retours entre les écrans « tête-haute » et « tête-basse » pour retrouver ses 30 repères.

L'objet de l'invention est de proposer un dispositif de visualisation permettant soit l'affichage d'une symbologie équivalente à celle d'une visualisation tête-basse sur un écran opaque, soit de présenter une fenêtre parfaitement transparente sur le paysage extérieur, sans informations affichées. Ainsi, s'il vole aux instruments, le pilote retrouve les informations connues sur les autres écrans tête-basse, sans effort cognitif particulier. S'il vole à vue, il transforme l'écran en fenêtre transparente et visualise parfaitement le paysage. De plus, l'écran proposé dispose d'une large zone d'utilisation 10 encore appelée « boîte-à-ceil », identique à un écran de type à cristaux liquides, ce qui améliore le confort d'utilisation, contrairement à un head-updisplay, qui, par nature, dispose d'une boîte-à-oeil réduite correspondant à la pupille de l'optique de collimation utilisée. 15 Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de visualisation comportant au moins un projecteur d'images comportant un afficheur, une optique de projection et un écran de visualisation, l'image dudit afficheur étant projetée par l'optique de projection sur ledit écran de visualisation, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation comporte des 20 moyens permettant de contrôler le taux de transmission optique et le taux de diffusion optique dudit écran de visualisation. Avantageusement, le dispositif de visualisation comporte des moyens agencés de façon à éteindre automatiquement l'afficheur lorsque le taux de transmission optique est maximal et à allumer automatiquement 25 l'afficheur lorsque le taux de diffusion optique est maximal. Avantageusement, l'écran de visualisation comporte une surface tactile permettant d'interagir avec l'image projetée sur l'écran de visualisation. Avantageusement, le dispositif de visualisation comporte des 30 moyens d'asservissement permettant de maintenir la position de l'image projetée de façon fixe sur l'écran de visualisation. Avantageusement, lesdits moyens d'asservissement comportent des accéléromètres fixés d'une part sur l'afficheur ou sur l'optique de projection et d'autre part sur l'écran de visualisation.

Avantageusement, lesdits moyens d'asservissement comportent d'une part au moins une mire d'alignement intégrée à la périphérie de l'image, au moins un capteur optique disposé à la périphérie de l'écran de visualisation et des moyens d'analyse des images issues dudit capteur optique agencés de manière à détecter le déplacement de l'image de ladite mire sur ledit capteur optique. Avantageusement, l'écran de visualisation est du type PDLC, acronyme signifiant « Poly Dispersed Liquid Crystal » et comporte une couche de cristal liquide mélangé à des polymères, ladite couche étant encapsulée entre deux électrodes transparentes, la transparence optique et la diffusion optique de ladite couche étant commandée par une tension de commande appliquée auxdites électrodes. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 15 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 dispositif de visualisation selon l'invention ; La figure 2 représente un écran de visualisation selon l'invention 20 en mode transmissif ; La figure 3 représente un écran de visualisation selon l'invention en mode afficheur. La figure 1 représente une vue en coupe d'un système de 25 visualisation comportant un projecteur d'images selon l'invention. Ce projecteur 1 comporte essentiellement un afficheur 10, une optique de projection 11 et un écran de visualisation 13 et des moyens de commande 14 dudit écran de visualisation. L'afficheur 10 peut être monochrome ou couleur. Le système 30 selon l'invention peut s'adapter à tous types d'afficheurs. Généralement, l'afficheur est de petites dimensions, n'excédant pas quelques centimètres. Sa résolution est importante. Il comporte généralement un modulateur matriciel passif et une source d'éclairage puissante. Le modulateur peut être une matrice à cristaux liquides dite « LCD » ou un modulateur 35 électromécanique à micro-miroirs ou « MEMS ». Les sources d'éclairage peuvent être des diodes électroluminescentes, des lasers ou des lampes à arc. L'optique de projection 11 est une optique conventionnelle ayant un grandissement important de façon à former une image très agrandie de 5 l'afficheur sur la face avant de l'écran de visualisation 13. On peut replier les faisceaux optiques au moyen de miroirs 12 comme on le voit sur la figure 1 de façon à diminuer l'encombrement et à réduire les masques visuels du système de projection. Afin de garantir une solution compacte, l'utilisation d'un vidéoprojecteur compact à projection grand angle et courte distance de 10 focalisation appelé « short throw projector » est possible. L'écran de visualisation 13 est du type « PDLC », acronyme signifiant « Poly Dispersed Liquid Crystal ». Il comporte une couche de cristal liquide mélangé à des polymères, ladite couche étant encapsulée entre deux 15 électrodes transparentes, la transparence optique et la diffusion optique de la couche étant commandée par une tension de commande appliquée auxdites électrodes. Cette tension est de l'ordre de quelques volts à quelques dizaines de volts selon l'épaisseur de la couche et les propriétés du cristal liquide. Elle est délivrée par les moyens de commande 14 en fonction 20 d'ordres venant de l'utilisateur. Le film PDLC est encapsulé entre deux lames de verre ayant subi un traitement permettant d'optimiser ses performances optiques et en particulier sa transmission optique. La face vue par le pilote reçoit un traitement antireflet pour limiter au maximum les réflexions spéculaires. La 25 face arrière est quant à elle traitée pour réfléchir les rayons lumineux venant de l'extérieur du cockpit qui peuvent créer des réflexions parasites pouvant gêner la lisibilité des informations affichées. En l'absence de tension entre les deux électrodes, le matériau est 30 blanc, diffusant. Il se comporte comme un diffuseur optique qui va diffuser l'image projetée. Si on applique une tension de commande ou de commutation suffisante, le matériau devient transparent. Ainsi, grâce à cette technique, l'écran de visualisation se comporte comme un dispositif de visualisation classique « Tête Basse » en l'absence 35 de tension de commande du film PDLC comme on le voit sur la figure 2 qui représente une vue partielle d'une planche de bord. En présence de la tension de commande, il devient transparent et le pilote peut voir à travers le paysage extérieur comme on le voit sur la figure 3. Afin de ne pas perturber le champ de vision du pilote, lorsque 5 l'écran devient transparent, il est préférable que la source d'image soit inhibée. Plusieurs solutions techniques sont envisageables. A titre de premier exemple de solution, à la commutation du film PDLC, le système éteint la source de rétro-éclairage de l'imageur utilisé. A titre de second exemple, un dispositif d'obturation ou « shutter » électronique obstrue la 10 pupille de sortie du système optique. Par défaut, le système de visualisation fonctionne en mode « tout ou rien », c'est-à-dire que l'écran PDLC est soit totalement transparent, soit totalement opaque. En modulant la tension de commande du film, il est possible d'ajuster l'écran dans un mode de semi-transparence qui permet au 15 pilote de distinguer le paysage tout en conservant l'affichage des informations les plus pertinentes pour assurer sa mission. Optionnellement, l'écran peut devenir interactif tout en gardant sa transparence en lui ajoutant une surface tactile. Il existe différentes 20 techniques permettant de réaliser une surface tactile. La surface tactile peut être basée sur l'utilisation de moyens optiques. Un réflecteur de lumière est installé sur le tour de l'ensemble de l'écran de visualisation. Un ensemble comportant des émetteurs/récepteurs optiques est logé dans le système de maintien de l'écran. Ainsi il est possible de détecter les interactions du pilote 25 sur cet écran. La surface tactile peut également être de type « capacitive projetée ». On colle alors une dalle tactile capacitive sur le film PDLC. Le domaine technique de ce type de dispositif de visualisation est le domaine des planches de bord d'aéronef. Dans ce type d'appareil, les 30 niveaux vibratoires ou les variations thermiques peuvent être importants. Il est donc important de solidariser, de coupler l'ensemble comprenant l'afficheur et l'optique de projection à l'écran de visualisation afin de limiter l'impact de l'environnement sur la qualité et la position de l'image. Il existe différentes techniques pour résoudre ce problème. On 35 peut solidariser physiquement les différents éléments du système de visualisation avec les contraintes que cela entraîne comme la présence de montants dans le champ de vision du pilote. On peut les solidariser de façon virtuelle en détectant à chaque instant la position de l'écran de visualisation par rapport à l'ensemble de projection. Il existe différentes techniques de couplage. On peut disposer sur les différents éléments des accéléromètres permettant d'asservir la position de l'écran et de l'image projetée. On peut également projeter une ou plusieurs mires intégrées à l'image projetée sur le système de maintien de l'écran qui comporte un ou plusieurs couples de capteurs photosensibles. Des moyens d'analyse permettent de repérer précisément la position et l'orientation des mires. Cette dernière technique est décrite dans la demande de brevet FR 2 959 023 intitulée « Système de visualisation multi-projecteurs asservi ». Ces capteurs peuvent de plus servir à l'asservissement de la luminosité du projecteur en fonction de la luminosité ambiante ou extérieure. Ils peuvent également contrôler d'autres caractéristiques de l'image projetée comme sa colorimétrie. Enfin, ils peuvent servir d'indicateurs de panne par la détection d'images figées.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de visualisation comportant au moins un projecteur d'images (1) comportant un afficheur (10), une optique de projection (11) et un écran de visualisation (13), l'image dudit afficheur étant projetée par l'optique de projection sur ledit écran de visualisation, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation comporte des moyens permettant de contrôler le taux de transmission optique et le taux de diffusion optique dudit écran de visualisation.
2. 2. Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation comporte des moyens agencés de façon à éteindre automatiquement l'afficheur lorsque le taux de transmission optique est maximal et à allumer automatiquement l'afficheur lorsque le taux de diffusion optique est maximal.
3. 3. Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran de visualisation comporte une surface tactile permettant d'interagir avec l'image projetée sur l'écran de visualisation.
4. 4. Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce que le dispositif de visualisation comporte des moyens d'asservissement permettant de maintenir la position de l'image projetée de façon fixe sur l'écran de visualisation.
5. 5. Dispositif de visualisation selon la revendication 4, caractérisé 25 en ce que lesdits moyens d'asservissement comportent des accéléromètres fixés d'une part sur l'afficheur (10) ou sur l'optique de projection (11) et d'autre part sur l'écran de visualisation.
6. 6. Dispositif de visualisation selon la revendication 4, caractérisé 30 en ce que lesdits moyens d'asservissement comportent d'une part au moins une mire d'alignement intégrée à la périphérie de l'image, au moins un capteur optique disposé à la périphérie de l'écran de visualisation et desmoyens d'analyse des images issues dudit capteur optique agencés à détecter le déplacement de l'image de ladite mire sur ledit capteur optique.
7. 7. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que l'écran de visualisation est du type PDLC, acronyme signifiant « Poly Dispersed Liquid Crystal » et comporte une couche de cristal liquide mélangé à des polymères, ladite couche étant encapsulée entre deux électrodes transparentes, la transparence optique et la diffusion optique de ladite couche étant commandée par une tension de 10 commande appliquée auxdites électrodes.