Brevet FR2551245A1 — publié le 19850301

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR Lg AFFICHAGE DE SYMBOLES A L'AIDE D'UNE MATRICE A CRISTAUX LIQUIDES La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour l'affichage de symboles à l'aide d'une matrice à cristaux liquides. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement à la réalisation de viseurs ou de collimateurs montés sur des véhicules, par exemple des hélicoptères dans lesquels il est nécessaire de superposer, dans le champ de vision d'un opérateur, par exemple du pilote, des symboles visibles, à 10 l'environnement extérieur, par exemple au paysage extérieur. D'une manière générale on sait qu'il existe déjà de nombreux dispositifs d'affichage ou de viseurs de ce genre utilisant, 15 pour la génération des symboles, des systèmes électromécaniques ou des systèmes à tubes cathodiques. Dans les systèmes électromécaniques, les symboles sont réalisés au moyen de masques optiques indépendants, soit 20 mobiles, soit fixes Habituellement, les mouvements de ces symboles sont obtenus à l'aide d'équipages mobiles éventuellement équipés de miroirs Toutefois, le nombre des symboles engendrés par ces systèmes se trouve limité en raison de la complexité et du nombre de montages mécaniques qu'il fait 25 intervenir En outre, ces systèmes sont relativement encombrants et souffrent d'une certaine fragilité. Dans les systèmes à tube cathodique, l'écran du tube cathodique sur lequel sont engendrés les symboles, est disposé 5 dans le plan focal objet d'un système optique servant par exemple à projeter ces symboles sur un miroir semi-réfléchissant Cette solution présente l'avantage de visualiser des symbologies très complexes présentant une haute définition Par contre, elle s'avère coûteuse et encombrante, ce 10 qui limite considérablement son domaine d'application Pour tenter d'éviter ces inconvénients on a donc cherché à réaliser des dispositifs de visualisation utilisant, dans des systèmes optiques analogues à ceux utilisés pour les tubes cathodiques, des matrices à cristaux liquides, beaucoup 15 moins chères et moins encombrantes que des tubes cathodiques. On rappelle à ce sujet qu'une matrice à cristaux liquides se compose de deux plaques de verre transparentes, parallèles, dont le volume intercalaire contient un cristal liquide. Chacune de ces plaques de verre supporte un réseau d'électrodes adressables formant les lignes et les colonnes de la matrice, qui sont connectées à un ou des circuits électroniques de commande. Par ailleurs, deux polariseurs de lumière à axes parallèles 25 sont disposés de part et d'autre des plaques de verre. L'effet utilisé, bien connu sous le nom de "TWISTED NEMATIC", est le suivant: Au repos, le cristal liquide est orienté de telle sorte que les molécules tournent de 90 d'un bord à l'autre de la 30 matrice. Ainsi, un faisceau lumineux appliqué perpendiculairement à la matrice ainsi réalisée subira tout d'abord une polarisation rectiligne au travers du premier polariseur La lumière polarisée subira ensuite une rotation de 90 lors de 35 son passage au travers de la tranche de cristal liquide Le faisceau de lumière polarisée atteindra ensuite le second polariseur orienté perpendiculairement à son axe de polarisation On obtient donc au niveau du second polariseur une extinction du faisceau lumineux Cette extinction se maintient tant que le champ électrique entre les électrodes constituant les lignes et les colonnes de la matrice est inférieur à un champ électrique prédéterminé, engendré par une tension de seuil Vth. En appliquant une tension électrique Von suffisamment importante entre une électrode de ligne et une électrode de colonne, les molécules s'aligneront, au niveau de l'intersection de la ligne et de la colonne, suivant le champ élec10 trique produit, de sorte que, dans cette zone, la lumière ne se trouvera pas déviée et se présentera orientée parallèlement à l'axe du second polariseur Celui-ci laissera donc passer un point lumineux élémentaire ou pixel (activation d'un pixel). La désactivation ou l'extinction du pixel est ensuite obtenue lorsque la tension Voff au niveau du pixel est inférieure à une tension Vth caractéristique du cristal liquide utilisé. A l'heure actuelle, la seule façon connue d'engendrer une 20 image sur une matrice à cristaux liquides sans effet de mémoire, consiste à effectuer une activation ligne par ligne, selon laquelle on sélectionne une ligne à la fois et on active toutes les électrodes des colonnes. Ainsi, pour une matrice de N lignes et de m colonnes, le 25 taux de multiplexage est n. Or, il s'avère que dans les matrices à cristaux liquides actuellement utilisées ce taux de multiplexage se trouve limité par: la fréquence de rafraîchissement de l'image, qui est liée 30 au temps de réponse du cristal, et le contraste qui diminue lorsque le taux de multiplexage croît. Il a été établi que pour cette méthode d'activation, le con35 traste maximum est obtenu par la formule (formule de PLESKO) Von =\ Voff Or, il s'avère que, dans la pratique, la tension Von se 255 245 i trouve limitée par la tension d'alimentation des "drivers". C'est la raison pour laquelle, à l'heure actuelle, le taux de multiplexage est limité de sorte que le nombre de lignes est lui-même limité. En conséquence, ces matrices à cristaux liquides ne permettent pas d'obtenir des images présentant une définition suffisante pour de nombreuses applications, notamment pour la réalisation de viseurs du type de ceux précédemment mentionnes. L'invention a donc pour but de supprimer cet inconvénient en réduisant le taux de multiplexage tout en utilisant cependant une matrice à cristaux liquides présentant un nombre de lignes élevé permettant d'obtenir des images présentant une bonne définition. En vue de parvenir à ce résultat, le procédé selon l'invention consiste à décomposer l'image en un nombre déterminé d'images élémentaires faisant chacune intervenir toutes les lignes et toutes les colonnes de la matrice, chacune de ces images étant composée d'un ensemble de points lumineux dont 20 les activations simultanées sont compatibles, et à activer successivement ces images élémentaires pendant la période de rafraîchissement de l'image. Selon ce procédé on démontre, par calcul, que le contraste est maximum pour des tensions Von et Voff telles que: 25 Von Von-f = 3 (ou peu différent) Ce rapport est donc indépendant du taux de multiplexage, et en conséquence du nombre de lignes N et de colonnes m de la matrice à cristaux liquides. Il convient de noter qu'il demeure cependant une limitation due au taux de multiplexage Toutefois, dans ce cas, cette limitation n'est introduite que par la complexité de l'image à visualiser et est indépendante du nombre de lignes et de colonnes de la matrice à cristaux liquides. Selon une autre caractéristique de l'invention, la génération des images élémentaires s'effectue conformément à la séquence suivante: Pendant la visualisation de l'image élémentaire d'indice i, 2551245 J un générateur de symboles envoie les in + m) bits correspondant à l'image élémentaire suivante (i + 1) dans une mémoire associée aux circuits de commande (drivers) de la cellule à cristaux liquides Un signal de transfert provoque ensuite 5 le transfert de ces bits à un système de génération de tension Von, Voff. De préférence, les circuits de commande de la matrice sont montés et réglés de telle sorte que les tensions Von et Voff appliquées aux électrodes constituant les lignes et les 10 colonnes de la matrice soient dans la proportion Von Vonf = 3 (ou peu différent) Par ailleurs, l'image complète étant rafraîchie à une fréquence F, de préférence supérieure à la fréquence de 15 scintillement, chacune des images élémentaires sera visualisée pendant une période de k F k étant le taux de k.F multiplexage. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en 20 oeuvre du procédé précédemment défini, ce dispositif comprenant au moins un automate piloté par une horloge qui envoie cycliquement au circuit de commande de la matrice à cristaux liquides les bits représentatifs des images élémentaires contenues dans une mémoire vive de capacité supérieu25 re à k in + m) bits, k étant le coefficient de multiplexage et N et m étant respectivement le nombre de lignes et de colonnes de la matrice à cristaux liquides, cette mémoire vive étant rafraîchie par un calculateur central pendant les intervalles d'émission des bits. 30 Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique d'un 35 système de visée équipant un aérodyne tel qu'un hélicoptère; La figure 2 est une vue éclatée permettant d'illustrer la structure d'une matrice à cristaux liquides; La figure 3 est un schéma bloc indiquant l'architecture du générateur de symboles couplé à la matrice à cristaux liquides; La figure 4 représente schématiquement une matrice à cristaux liquides sur laquelle se trouve générée une image complète; Les figures 5 à 13 illustrent un mode de décomposition en images élémentaires de l'image complète représentée sur la figure 4. Dans l'exemple représenté figure 1, on n'a représenté de l'aérodyne que la verrière 1 au travers de laquelle le pilote peut voir l'environnement extérieur Pour plus de simplicité, on n'a indiqué que le champ de vision 2 du pilote à partir de son oeil 3. Dans ce champ de vision 2 est disposé un mélangeur optique 4 constitué par exemple par un miroir partiellement réfléchissant faisant partie d'un dispositif de visualisation 5 tel qu'un viseur et/ou même d'un directeur de vol tête haute. Ce dispositif de visualisation 5 se compose d'une source 25 lumineuse focalisée 6 et convenablement refroidie qui éclaire par l'intermédiaire d'un filtre 7, par exemple un filtre infrarouge, et/ou un filtre monochromatique, une matrice à cristaux liquides 8 placée dans le plan focal objet d'un système optique comprenant successivement une 30 première lentille 9, un miroir 10 à 450 et une seconde lentille 11 axée à angle droit par rapport à la première. Le système optique permet de projeter sur le miroir partiellement réfléchissant 4 l'image de la matrice à cristaux liquides 8 qui vient se superposer dans le champ de vision 2 35 du pilote, à sa vision de l'environnement extérieur. La matrice à cristaux liquides 8 se trouve par ailleurs reliée, par l'intermédiaire d'une liaison numérique 121, à un calculateur de bord de l'aérodyne 12, lequel se trouve 2551245 i -7 connecté à différents interfaces périphériques propres à l'aérodyne 13. Comme précédemment mentionné, la matrice à cristaux liquides 8 se compose de deux plaques de verre transparentes parallè5 les 14,15 entre lesquelles est disposée une couche de cristal liquide 16 (fig 2). Chacune de ces plaques de verre supporte un réseau d'électrodes adressables formant les lignes et les colonnes de la matrice, qui peuvent être connectées au moyen de connecteurs 10 souples, à un circuit électronique de commande. La matrice comprend en outre deux polariseurs 17,18 à axes parallèles disposés de part et d'autre de l'ensemble formé par les deux plaques de verre 14, 15 et de la couche de cristal liquide 16, l'un de ces polariseurs jouant le rôle 15 d'un analyseur. Le principe de fonctionnement de cette matrice qui a été précédemment exposé, ne sera donc pas décrit à nouveau. D'une façon plus précise, chacune des électrodes de ligne et de colonne se trouve reliée à un amplificateur (driver) 20 (blocs 20) destiné à fournir soit une tension Von pour l'allumage d'un pixel, soit une tension Voff pour l'extinction du pixel, ces amplificateurs étant réglés de préférence de telle sorte que le rapport Von/Voff soit égal à 3 (figure 3) . La commande de ces amplificateurs 20 s'effectue à partir d'une mémoire tampon 21 (buffer), par luintermédiaire du dispositif de commande de transfert 22 des niveaux logiques (bits) rangés dans la mémoire tampon 21 sur les électrodes de commande des amplificateurs 20 (drivers). Dans ce dispositif, le générateur de symboles consiste en un automate piloté par une horloge H qui attaque un compteur séquenceur 23 prévu pour envoyer cycliquement le contenu d'une mémoire à accès aléatoire RAM 26, de capacité supérieure à k (n + m) bits sur les mémoires tampon 21 associées 35 à la cellule à cristaux liquides 8, (k étant le coefficient de multiplexage, N et m étant respectivement le nombre de lignes et de colonnes de la matrice à cristaux liquides) Cette mémoire RAM 26 se trouve connectée par ses entrées 2551245 1 -8 Ao A 15 au BUS des adresses d'un calculateur 27 par l'intermédiaire d'un premier circuit de sélection 28 De même, les entrées Ao A 15 de la RAM sont connectées à la sortie du compteur séquenceur 23 par l'intermédiaire d'un deuxième circuit de sélection 29. La liaison entre le générateur de symboles et le calculateur central 27 fait en outre intervenir une ligne de commande 30 DIN (Data in) permettant la mise en mémoire dans la RAM 26 des informations provenant du calculateur central 27 (et son 10 rafraîchissement), une ligne de commande 31 pilotant les circuits de sélection 28, 29 de manière à obtenir un adressage de la RAM 26 par le calculateur central 27 ou par le compteur séquenceur 23 et une liaison 32 permettant au compteur séquenceur 23 d'envoyer au calculateur central 27 15 un signal indiquant la fin de l'affichage d'une image élémentaire. Par ailleurs, la liaison entre le générateur de symboles et les circuits de commande de la matrice à cristaux liquides comporte, au moins un circuit 33 reliant la sortie Dout (Data out) de la RAM 26 aux mémoires tampon 21 de ligne et de colonne des circuits de commande de la matrice à cristaux liquides 8 et ce, par l'intermédiaire d'un sélecteur ligne/colonne 34, et un circuit 35 reliant le compteur séquenceur 23 aux dispo25 sitifs de transfert 22 mémoire tampon/amplificateurs 20 (drivers) du circuit de commande de la cellule à cristaux liquides 8, ce circuit permettant de transmettre un signal permettant ledit transfert. La mémoire 26 se trouve rafraîchie par le calculateur 30 central 27 (Bus des adresses 36, ligne DIN 30) pendant les intervalles d'émission des bits, grace aux circuits de sélection 28 et 29. Par ailleurs, cette RAM 26, organisée par bits, est séquentiellement vidée par le compteur séquenceur 23 de la manière 35 suivante, à partir des bits de poids fort: les bits Ao à A 3 correspondent à la sélection d'images élémentaires, le bit A 4 sert à la sélection ligne/colonne, les bits A 5 à A 15 fournissent les numéros d'ordre des bits. La figure 4 représente un exemple d'image à visualiser sur 5 une matrice à cristaux liquides 8 comprenant vingt lignes et vingt colonnes Il convient de noter que ce nombre limité de lignes et de colonnes a été choisi uniquement pour la clarté des dessins On rappelle à ce sujet que l'invention a au contraire pour but l'utilisation de matrices présentant un 10 nombre beaucoup plus élevé de lignes et de colonnes, par exemple supérieure à 100 lignes et supérieure à 100 colonnes de manière à pouvoir obtenir des images présentant une définition relativement élevée. L'image générée sur la matrice à cristaux liquides comprend 15 six symboles 40, 41, 42, 43, 44, 45 formés par une répartition adéquate de pixels allumés qui présentent, dans cet exemple, une forme carrée. Le symbole 40 est obtenu au moyen de huit pixels 46 à 53 dispersés sur la circonférence d'un cercle dont le centre se 20 trouve matérialisé par un pixel 54. Le symbole 41 de forme rectangulaire fait intervenir deux rangées de trois pixels juxtaposées l'une sur l'autre. Le symbole 43 présente une forme en L et comprend trois pixels 56, 57, 58 juxtaposés sur une même colonne et un 25 pixel 60 sur la même ligne que le pixel 58. Le symbole 44 présente une forme en C comprenant trois pixels 61, 62, 63 juxtaposés sur la même colonne et deux pixels 64, 65 juxtaposés aux pixels 61, 63 respectivement sur les mêmes lignes. Le symbole 45 présente une forme en D du type de celle précédemment décrite avec, en plus, des pixels 66 à 70, un pixel 71 disposé sur la même ligne que le pixel 68, mais décalé d'un pixel. Le symbole 42 comprend un motif 72 comportant dix pixels su35 perposés dans la même colonne et un motif 73 comportant six pixels superposés dans la colonne suivante. Comme précédemment mentionné la décomposition de cette image en images élémentaires indépendantes s'effectue en prenant 2551245 I en compte les ensembles de pixels dont les activations simultanées sont compatibles. Ainsi, l'image représentée sur la figure 4 peut être décomposée en neuf images élémentaires, à savoir: une première image élémentaire dans laquelle les pixels 46, 50 54 du premier symbole 40 qui se trouvent disposes dans une même colonne se trouvent allumés (figure 5). une deuxième image élémentaire dans laquelle les pixels 48 et 52 du symbole 40 qui se trouvent disposés sur une même 10 ligne sont allumés (figure 6). une troisième image élémentaire comprenant les pixels 47, 49, 51, 53 situés à l'intersection de deux lignes et de deux colonnes (figure 7). une quatrième image élémentaire reprenant en bloc le symbole 41 (figure 8). une cinquième et une sixième images élémentaires comprenant respectivement les motifs 72 et 73 du symbole 42 (figures 9 et 10). une sixième, une septième et une huitième images élémen20 taires comprenant chacune les pixels l 56, 61, 64, 66, 671 l 57, 62, 63, 71 l l 58, 60, 63, 65, 69, 70 l des symboles 43, 44, 45 (figures 11, 12 et 13). Il est clair que dans l'exemple précédemment décrit, dans le cas d'une activation ligne par ligne, le taux de multiple25 xage devrait être au minimum de 15. Par contre, dans le cadre d'une activation selon les images élémentaires précédemment décrites, le taux de multiplexage se trouve ramené à 9. 2551245 i Revendications de brevet 1 Procédé pour l'affichage de symboles constituant une image, à l'aide d'une matrice à cristaux liquides, procédé dans lequel l'image se trouve périodiquement rafraichie, caractérisé en ce qu'il consiste à décomposer l'image en un nombre déterminé d'images élémentaires faisant chacune intervenir toutes les lignes et toutes les colonnes de la matrice, chacune des ces images étant composée d'un ensemble de points dont les activations simultanées sont compa10 tibles, et à activer successivement ces images élémentaires pendant la période de rafraîchissement de l'image. 2 Procédé selon la revendication 1 faisant intervenir un générateur de symboles et une mémoire associée aux cir15 cuits de commande d'une cellule à cristaux liquides, comprenant N lignes et m colonnes, caractérisé en ce que, pendant la visualisation de l'image élémentaire d'indice (i), le générateur de symboles envoie les (n + m) bits correspondants à l'image élémentaire sui20 vante d'indice (i + 1) et en ce qu'un signal de transfert provoque ensuite le transfert de ces bits à un système engendrant une tension Von ou Voff sur les électrodes de lignes et de colonnes correspondantes de la matrice à cristaux liquides. 25 3 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tensions Von et Voff appliquées aux électrodes constituant les lignes et les colonnes de la 30 matrice à cristaux liquides sont dans une proportion O-f peu différente de 3. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, l'image complète étant rafraîchie à une fréquence F, chacune des images élémentaires est visua- lisée pendant une période égalea à k étant le taux de multiplexage. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un automate piloté par une horloge (H) qui envoie cycliquement au circuit de commande de la matrice à cristaux liquides ( 8), les bits représentatifs des images élémentaires contenues dans une mémoire à 10 accès aléatoire ( 26) de capacité supérieure à k(n+m)bits, k étant le coefficient de multiplexage et N et m étant respectivement le nombre de lignes et de colonnes de la matrice à cristaux liquides ( 8). 6 Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la mémoire à accès aléatoire est une mémoire vive rafraîchie par un calculateur central pendant les intervalles d'émission des bits. 7 Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la matrice ( 8), éclairée par une source lumineuse ( 6) est disposée dans le plan image objet d'un système optique conçu pour projeter l'image réalisée par ladite matrice ( 8) sur un mélangeur optique ( 4) destiné 25 à être disposé dans le champ de vision ( 2) d'un opérateur.