Brevet FR2615003A1 — publié le 19881110

La présente invention se rapporte à un système de visualisation d'informations visuel les mobiles dans l'espace. Elle peut s'appliquer à tous les types de véhicules et d'engins de transports et de travaux nécessitant un pilote ou un conducteur pour son déplacement ou sa manoeuvre. II existe, dans ce domaine et à des fins ana logues, des systèmes de visualisation dits "tête haute" utilisés généralement dans les avions militaires. Ces systèmes ont pour but de visualiser des informations sous forme d'images virtuelles situées dans une surface plane ou sensiblement plane à une distance fixe de l'observateur dans le champ visuel du pilote, sans gêner sa vision. Elle se superpose à son champ visuel. Ces systèmes sont constitués par une source lumineuse, une optique de relais propre à chaque application, dont le rôle est de créer une image virtuelle à une distance fixe du pilote en corrigeant les aberrations, suivie d'une surface optique mélangeuse qui superpose les informations à visualiser sur celles provenant de l'extérieur. Ces systèmes permettent par exemple de visua liser l'assiette d'un avion, données de vitesse, altitude... et de façon générale toutes les informations utiles à-la-conduite de l'appareil. On génère des informations par une source lumineuse par exemple un tube à rayons cathodiques ou un ou plusieurs rayons laser fixes ou mobiles. Les informations traversent l'optique de re lais, lentilles, prismes ou autres, propres à chaque application. Sa fonction essentielle est de corriger les aberrations optiques de telle sorte que le ou les faisceaux présentent les caractéristiques voulues et de former l'image virtuelle. Le faisceau arrive sur l'optique mélangeuse qui a deux fonctions : d'abord elle réfléchit les infor mations contenues dans le faisceau et crée pour l'obser- vateur une image virtuelle située à une distance fixe, suffisamment éloignée du pilote pour lui éviter lteffort d'accommodation et ensuite, concernant la deuxième fonction, elle transmet les informations venant de l'exté- rieur. Le pilote peut ainsi disposer en continu dans son champ de vision, sans consulter les cadrans des instruments de bord, des principales informations nécessaires à la conduite de l'appareil. En raison de la limitation de l'excursion des informations dans un seul plan situé à l'infini, la vision simultanée d'un obstacle plus proche perturbe la vision du pilote en l'obligeant à des efforts d'accommodation. Toutefois, ce système ne permet pas de visualiser des informations par des images situées à distance variable de l'observateur qui permettraient de mieux apprécier les distances. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en visualisant des informations à une distance variable de l'observateur n'apportant aucune perturbation ou gêne sensible dans la conduite d'un engin. A cet effet, I'invention se rapporte à un système de visualisation d'informations mobiles dans l'es- pace, comprenant une surface émettrice jouant le rôle de surface objet, un ensemble optique de relais et un ou plusieurs hologrammes qui jouent le rôle d'optique mélangeuse, caractérisé en ce que l'objet ou l'image de l'objet est en mouvements relatifs par rapport à l'op tique de relais entre des limites fonction de l'application visée de manière à former, par rapport à l'en- semble optique constitué de l'optique relais et de l'op- tique mélangeuse, une image virtuelle perceptible par l'opérateur et mobile dans son champ de vision. Les principaux avantages de l'invention sont précisés ci-après - non perturbation de la vision du conducteur de l'engin - possibilité d'éloigner ou de rapprocher les informa -tions dans le champ visuel du conducteur ; l'afficha9e des informations peut se faire sur des plans distincts fixes ou sur des plans variables en fonction de para mètres divers tels que, par exemple, la vitesse, le régime moteur, la température extérieure... - accroissement de la sécurité de conduite - possibilité de rajouter des informations fixes. Les caractéristiques techniques et d'autres avantages de l'invention sont consignés dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un exemple de réalisation en référence aux dessins accompagnants dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique du système dans sa variante dite de transmission - La figure 2 est une vue schématique du système dans sa variante dite de réflexion - La figure 3 est une vue schématique du système de réflexion dans un cas d'application de visualisation d'une barre lumineuse matérialisant la distance de freinage nécessaire au véhicule -- la figure 4 est une vue schématique d'un système de transmission intégrée dans le tableau de bord d'une voiture. L'idée générale inventive consiste à rendre mobile un objet ou l'image de cet objet par rapport à l'optique de relais entre des limites fonction de l'application visée et à former, par l'ensemble optique constitué de l'optique relais et de l'optique mélangeuse, une image virtuelle perceptible par l'opérateur et mobile dans son champ de vision. On décrira tout d'abord la version de base dite de transmission en se référant à la figure 1 sur laquelle on a représenté les objets et images sous la forme de barres. Le système se compose essentiellement d'une surface émettrice 1 d'informations qui joue le rôle de surface objet. II peut s'agir de toute source émettrice de lumière : monochromatique ou polychromatique telle que laser, écran cathodique, matrice de diodes laser ou électroluminescentes, écran à cristaux liquides, écran à plasma... Cette surface émettrice génère la ou les information(s) sous -la forme d'objets graphiques 2 par exemple des chiffres, une figure géométrique, des lettres... Le système se poursuit sur l'axe optique 3 par un ensemble optique de relais 4 composé d'éléments optiques réfractifs, diffractifs ou réflectifs, sous la forme de lentilles conventionnelles et/ou de miroirs, ou d'éléments optiques holographiques, dont la fonction générale est de former une image virtuelle 5 des objets -mobiles situés sur la surface génératrice d'informations. Cet ensemble corrige les aberrations optiques en fonction de l'excursion de l'objet sur la surface émettrice 1 et des paramètres et caractéristiques du système ou traite ces aberrations de manière à ce que le front d'onde émergent ait les caractéristiques optiques requises par 'hologramme situé en aval. Cet ensemble optique est à recalculer pour chaque application. II est complété par une optique mé langeuse 6 constituée par un ou plusieurs hologrammes. Le système de transmission se termine par un ou plusieurs hologrammes de transmission 7 de forme adaptée par exemple en gélatine bichromatée, photopolymères, plaques d'halogénures traitées, dont la fonction est de transmettre les informations avec une grande efficacité de diffraction. Ces hologrammes peuvent posséder une fonction optique : rôle de lentille et/ou de miroir. Une des particularités de l'invention consiste en ce que la position de la surface objet est fixe et fonction de l'application visée correspondant à uné position déterminée dans le système. Dans cette position, les informations images 2 sont émises sur tout ou partie de cette surface et mobiles sur cette surface émettrice par rapport à l'optique de refais 4. Inversement, l'optique de relais 4 peut être rendue mobile par rapport à la surface émettrice 1. On peut citer comme exemple-type d'applications la visualisation d'informations sur un tableau de bord. On examinera maintenant dans sa généralité le système dit de réflexion. I I présente deux axes optiques. Le premier 8 lié à l'espace objet et l'autre 9 à l'espace image. L'espace objet comporte la surface émettrice 1 et un ensemble optique de relais 4 par exemple du même type que précédemment pour former une image virtuelle dans la direction de l'axe optique lié à l'espace image du bloc optique. A l'intersection des axes optiques est disposé un hologramme de réflexion 10 qui peut avoir une fonction optique : miroir concave parabolique ou autre... Il a pour but de réfléchir les informations à visualiser, ctest-à-dire de former des images virtuelles des objets et de transmettre sans altérer les informations provenant de l'extérieur situé derrière l'hologramme 10 par rapport à ltobservateur. On décrira maintenant un exemple-type dans le cas d'un véhicule routier en se référant à la figure 3. On visualise une barre lumineuse 11 formant une image 12 mobile-sur la route, représentant la distance de freinage. La surface émettrice sera par exemple plane et inclinée contenue dans un plan qui passe par le foyer de l'ensemble optique de-relais. La barre lumineuse objet 11 se déplacera sur la surface émettrice à partir d'une position de départ jusqu'à une position limite située près du foyer, fonction de la vitesse maximale du véhicule. Plus l'objet se rapproche du foyer, plus la distance de la barre image 12 par rapport à l'observa Un des paramètres est la hauteur de l'oeil par rapport à la route. La route ramenée dans l'espace objet va couper l'ensemble optique selon un segment, ce qui permet de définir le plan contenant la surface émettrice qui passera par ce segment. Un autre exemple d'application concerne un système du type à transmission -à travers un tableau de bord 13 d'automobile, camion ou, plus généralement, d'un véhicule quelconque (figure 4). La source 1 émettrice d'informations visuelles comporte, par exemple, une barre lumineuse objet 14 se déplaçant sur une surface émettrice inclinée 15 de manière à visualiser par exemple par une barre mobile image 16 I'indication de la vitesse. Le plan de la surface émettrice étant incliné, les images apparaissent, dans le tableau de bord 13, plus ou moins proches. On a réalisé ainsi un indicateur optique de vitesse dont l'élément mobile peut apparaître dans le plan du tableau de bord ou plus ou moins proche selon les caractéristiques optiques du système. On comprend l'utilité exceptionnelle de cette visualisation dans le domaine de la sécurité de la circulation automobile. D'autres types d'informations peuvent être visualisés de façon analogue : distance nécessaire au dépassement, régime moteur... On remarquera que le mouvement relatif de L'objet par rapport à l'optique de relais peut résulter de mouvements de la surface optique émettrice 1 ou de mouvements de l'optique de relais 4 le long de l'axe de l'optique de relais. Ces deux cas réclament un déplacement mécanique qui s'avère bien souvent difficile à réaliser ou gênant pour l'environnement fonctionnel de l'appareil. On remarquera aussi que la surface émettrice peut être disposée plus ou moins inclinée par rapport à l'axe optique 3 ou 8 lié à l'espace objet. Les images visualisées ne seront plus forcément sur la route mais restent visibles par l'observa- teur à des distances variables dans son champ de vision. Comme indiqué, les objets et par conséquent les images sont des signes graphiques de toute nature et de toute forme : chiffres, lettres, symboles graphiques, figures... REVEND ! CATIONS 1. Système de visualisation d'informations dans l'espace comprenant une surface émettrice (1) jouant le rôle de surface objet, un ensemble optique dit optique de relais (4) sur un axe optique (3) ou (8) lié à l'espace objet et une surface optique mélangeuse (6) sur un axe optique (9) lié à l'espace image, caractérisé en ce que l'objet ou l'image de l'objet est en mouvements relatifs par rapport à l'optique de relais (4) entre des limites fonction de l'application visée de manière à former, par rapport à l'ensemble optique constitué de l'optique de relais (4) et de l'optique mélangeuse (6), une image virtuelle (5) perceptible par l'opérateur et mobile dans son champ de vision. 2. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que la position de la surface émettrice (1) est fixe et fonction de l'application visée et que sur cette surface se déplace un objet ou l'image d'un objet mobile. 3. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface émettrice (1) est mobile et l'objet ou son image fixe. 4. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'optique de relais (4) est mobile le long de son axe optique. 5. Système selon les revendications de 1 à 4 caractérisé en ce que le dernier hologramme de l'optique mélangeuse (6) après l'optique de relais est un hologramme de transmission (7). 6. Système selon les revendications de 1 à 4 caractérisé en ce que le dernier hologrammé de l'optique mélangeuse (6) après l'optique de relais est un hologramme de réflexion (10). 7. Système selon les revendications précédentes caractérisé en ce que l'objet mobile sur la surface émettrice est une barre lumineuse objet (11) se dépla canut le long de cette surface en fonction du paramètre vitesse afin de. visualiser par un hologramme de réflexion une barre lumineuse image (12) représentant une limite mobile sur un chemin ou une route. 8. Système selon les revendications précédentes caractérisé en ce que l'objet est mobile sur une surface émettrice inclinée (15) et en.ce que l'objet est une barre lumineuse (14) se déplaçant transversalement à cette surface afin de visualiser par une barre lumineuse (16) I'indication de la vitesse sur un tableau de bord (12). 9. Système selon les revendications précédentes caractérisé en ce que l'optique de relais (4) est composée entièrement ou partiellement d'éléments holographiques remplissant les fonctions optiques requises. 10. Système selon les revendications précédentes caractérisé en ce que la surface émettrice (1) est inclinée par rapport à l'axe optique lié à l'espace objet.