Brevet FR2471645A1 — publié le 19810619

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. 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. 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. 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.). 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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). 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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 ... 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. 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. 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 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage en couleur d'informations, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, un générateur à rayonnement laser de longueur d'onde et de luminance commandables, ce générateur étant prévu pour émettre suc- cessivement des trains d 3 ondes lumineuses présentant chacun une longueur d'onde (#1,#2,#3) correspondant à une couleur fondamentale et, d'autre part, un couple de déviateurs croisés pilotés de manière à obtenir un balayage d'un organe de formation d'une image en correspondance avec les variations de luminance, de telle sorte qu'à chaque instant, la tache lumineuse visible sur l'organe de format tion d'une image consiste en une intégration des trois trains d'ondes successifs, de longueur d'onde #1, #2, #3, venant d'être émis par le générateur laser, la couleur de cette tache dépendant de l'intensité lumineuse attribuée à chacun de ces trois trains d'ondes. 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la luminance de chacun des trains d'ondes émis par la source est pilotée en synchronisme avec le susdit balayage de manière à ce que pour chacun des états du couple de déviateurs, corresponde l'intégration de trois trains d'ondes successifs engendrant la couleur désirée 3.- Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le pilotage de la luminance des susdits trains d'ondes s'effectue en modifiant l'inten- sité lumineuse des trains d'ondes ou meAme en modifiant leur durée. 4.- Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les susdits déviateurs sont du type bilame, ou du type acousto-optiquee 5.- Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que, dans le cas de déviateurs acousto-optiques, pour supprimer les déviations du faisceau lumineux dues aux différences de fréquences des trains d'ondes successifs, pour au moins deux trains d'ondes sur trois, on effectue une correction correspondante de la fréguence sonore ou ultrasonore à laquelle est soumis le milieu réfringent dudit déviateur. 6.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit générateur de rayonnement laser à longueur de onde commandable comprend une source de rayonnement laser émettant au moins sur les trois couleurs fondamentales, et, à la sortie de ladite source, un déviateur acousto-optique ou similaire à la sortie duquel est disposé un écran muni d'un orifice0