Brevet FR2678415A1 — publié le 19921231

i DISPOSITIF D'AFFICHAGE POURVU DE FILTRES La présente invention concerne un dispositif d'affichage comportant un organe d'affichage et un filtre polarisant à polarisation circulaire placé devant l organe d'affichage pour réduire le rayonnement réfléchi par des surfaces situées derrière le filtre polarisant. Les dispositifs d'affichage émettant un rayonnement optique, spécia- lement dans les applications aéronautiques, exigent souvent un filtrage optique, par exemple pour améliorer le contraste ou pour sélectionner des couleurs ou des bandes de longueurs d'ondes particulières Dans les applications aéronautiques, les affichages doivent être clairement visibles dans toute une gamme de conditions ambiantes d'éclairage allant de l'obscurité au plein soleil, pouvant atteindre 150 '000 lux. Dans des conditions de fort éclairement, un problème est posé par la lumière ambiante incidente sur l'affichage, laquelle est réfléchie par la vitre de couverture, des filtres ou d'autres surfaces et noie la lumière émise par l'affichage lui-même, rendant celui-ci illisible La quantité de lumière réfléchie par les surfaces de l'affichage peut être fortement réduite par 1 utilisation de revêtements anti-réflexion Toutefois, ces revêtements ne peuvent pas être utilisés sur n'importe quelle surface, telle que la surface interne d'un tube cathodique qui est revêtue d'une couche luminophore Pour surmonter le problème de la réflexion de ces couches, il est courant d'employer certaines techniques d'augmentation de contraste Ceci peut se faire sous la forme d'un filtre qui absorbe tout le rayonnement visible, sauf celui qui est émis par l'affichage. Dans une autre technique, on peut utiliser un filtre à polarisation circulaire pour éliminer les réflexions spéculaires de toute surface située derrière le filtre Bien que ces techniques contribuent à amé- liorer la lisibilité de l'affichage, elles n'assurent pas une solution com- plète dans toute la gamme des conditions d'éclairage ambiant suscep- tibles d'être rencontrées. Dans les applications aéronautiques ou d'autres véhicules, il y a des cas o les affichages doivent être compatibles avec des lunettes de vision nocturne Ces lunettes améliorent la capacité du pilote ou d' un autre utilisateur de voir des objets faiblement éclairés à l'extérieur de l'aéronef, en amplifiant les faibles niveaux de rayonnement que les lu- nettes pourraient recevoir Les lunettes de ce genre peuvent avoir un gain d' environ 2000 et sont sensibles aux rayonnements par exemple dans la gamme des longueurs d'ondes de 620 nm à 930 nm Afin d'empêcher que de la lumière émise par les affichages de l'aéronef sature les lunettes, il est nécessaire que la lumière émise par les affi- chages soit limitée à des longueurs d'ondes extérieures à cette gamme, par exemple par un choix approprié des diodes électrolumi-nescentes (LED), et des luminophores etc, en combinaison avec des filtres placés devant les affichages et éliminant la lumière dans la gamme o les lu- nettes sont sensibles Par exemple, avec un affichage à diodes vertes, le pic d' émission est à 570 nm, ce qui est proche de la plus courte longueur d'onde de la gamme caractéristique des lunettes Du fait que V émission des diodes n'est pas étroitement délimitée, ces longueurs d'ondes supérieures se recouvreront avec celles des caractéristiques des lunettes Une solution consisterait à utiliser des filtres absorbants pour éliminer le rayonnement indésirable, à des longueurs d'ondes supérieures à 620 nm Cependant, le problème est que la plupart des filtres n'ont pas une limite de coupure très nette Par conséquent, si le rayonnement auquel les lunettes sont sensibles doit être réduit suffisamment pour empêcher une saturation des lunettes, le filtre aura aussi pour effet de réduire sensiblement la quantité de lumière trans- mise à travers le filtre au pic d'émission des diodes électrolumi- nescentes Ceci a pour conséquence de réduire la visibilité de l'affichage dans des conditions de vision normales, spécialement quand Yléclairement ambiant est fort Il existe aussi d'autres applications o il est nécessaire de prévoir un filtre hautement sélectif, par exemple dans les filtres passe-bande triples utilisés avec les affichages à tube cathodique en couleurs. La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'affichage à filtres pouvant être hautement sélectif pour des longueurs d'ondes voulues. A cet effet, un dispositif d'affichage selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif comporte un filtre dichroïque placé entre l'organe d'affichage et le filtre polarisant et en ce que le filtre dichroïque est agencé pour transmettre du rayonnement dans une première gamme de longueurs d'ondes et réfléchir du rayonnement dans une seconde gamme de longueurs d'ondes. Le dispositif comporte de préférence un filtre d'arrêt placé du côté opposé à l'organe d'affichage par rapport au filtre dichroique, le filtre d'arrêt étant agencé pour réduire la transmission du rayonnement dans des longueurs d'ondes réfléchies par le filtre dichroique De préfé- rence, le filtre d'arrêt est placé entre le filtre dichroïque et le filtre polarisant L'organe d'affichage peut être formé de diodes lumines- centes, lesquelles peuvent émettre une lumière verte avec un pic d'émission autour de 570 nm, le filtre dichroique transmettant le rayonnement à 570 nm et réfléchissant le rayonnement aux longueurs d'ondes comprises entre 620 nm et 780 nm De préférence, le filtre d'arrêt est agencé pour empêcher la transmission du rayonnement aux longueurs d'ondes supérieures à 750 nm. Le dispositif d'affichage peut être destiné à être utilisé avec un appareil d'aide à la vision nocturne qui amplifie de la lumière de faible intensité dans une gamme prédéterminée de longueurs d'ondes, le filtre dichroïque réfléchissant alors le rayonnement dans une gamme de longueurs d'ondes englobant ladite gamme prédéterminée de longueurs d'ondes Un filtre d'arrêt peut être placé du côté opposé à l'organe d'affichage par rapport au filtre dichrdique, ce filtre d'arrêt étant agencé pour réduire la transmission du rayonnement dans ladite gamme prédéterminée de longueurs d'ondes Ladite gamme prédéterminée de longueurs d'ondes peut s'étendre entre 620 nm et 930 nm, le filtre dichroique peut être agencé pour réfléchir le rayonnement aux lon- gueurs d'ondes de 620 nm à 780 nm et le filtre d'arrêt peut être agencé pour empêcher la transmission du rayonnement aux longueurs d'ondes supérieures à 750 nm. On décrira maintenant à titre d' exemple un dispositif d'affichage pour avion selon la présente invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue frontale partiellement coupée du dispositif d'affichage, la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne Il-Il de la figure 1, et la figure 3 représente des courbes de réponse de différentes parties du dispositif en fonction de la longueur d'onde. Le dispositif d'affichage 2 est monté dans un tableau de bord 4 des instruments de vol d'un avion et il est agencé pour être vu dans toutes les conditions d'éclairage, allant du plein soleil à l'obscurité totale, et avec des lunettes de vision nocturne 6 Le dispositif d'affichage 2 comporte un organe d'affichage lumineux 8 et un ensemble filtrant 10 monté devant l'organe d'affichage pour réduire la quantité de rayonnement émise par le dispositif dans la gamme de longueurs d'ondes à laquelle les lunettes de vision nocturne sont sensibles. L'organe d'affichage lumineux 8 est formé par un arrangement matriciel de diodes électroluminescentes 12 qui émettent de la lumière verte avec un pic d'émission à 570 nm Cependant, le rayonnement émis par les diodes 12 est réparti sur une gamme de longueurs d'ondes s' étendant approximativement de 510 nm à 720 nm, comme le montre la courbe L de la figure 3 Il faut comparer cette gamme à la réponse des lunettes de vision nocturne 6, représentée par la courbe N de la figure 3 et s'étendant approximativement de 620 nm à 930 nm Dans la zone couverte par la partie plate de la courbe N, qui se trouve principa- lement dans les parties rouges et infrarouges du spectre, les lunettes 6 ont un gain d'environ 2000 On peut voir qu'il existe une zone, approximativement entre 620 nm et 720 nm, dans laquelle les diodes 12 émettent un rayonnement qui pourra être amplifié par les lunettes 6 si l'on ne fait rien pour l'empêcher. L'ensemble filtrant 10 comprend trois filtres 14, 16 et 18 montés l'un devant l'autre, devant l'organe d'affichage 8 Le filtre 14 le plus proche de l'affichage 8 est un filtre dichroïque dont la caractéristique de transmission est du type représenté par la courbe D dans la figure 3 Ce filtre a un bon coefficient de transmission au pic d'émission de 570 nm des diodes électroluminescentes et présente une coupure nettement définie à 620 nm Le rayonnement ayant des longueurs d'ondes de 620 à 780 nm sera réfléchi par le filtre 14 des deux côtés. Ainsi, le rayonnement émis hors de cette bande par les diodes 12 de r'affichage sera réfléchi par la face arrière du filtre 14, en regard de l'affichage 8 Le rayonnement incident sur l'autre face du filtre 14 et dû à r éclairage ambiant subira les mêmes effets, c' est-à-dire que le rayonnement situé dans la gamme de transmission des longueurs d'ondes, y compris au pic de 570 nm de r'émission des diodes, passera à travers le filtre, tandis que tout autre rayonnement sera réfléchi. Par lui-même, le filtre 14 transmettrait la lumière verte de rlaffichage 8, mais apparaîtrait en rouge quand il est éclairé par de la lumière ambiante Par conséquent, dans des conditions d'éclairage ambiant, la lumière rouge réfléchie noierait la lumière verte transmise et rendrait r affichage illisible. Un filtre d'arrêt infrarouge 16 est placé devant le filtre dichrdique 14. Ce filtre 16 a une caractéristique de transmission relativement large, qui permet la transmission du rayonnement dans la gamme de 380 nm à 750 nm et empêche la transmission hors de cette gamme Le filtre IR 16 a pour effet de réduire le rayonnement issu de l'affichage dans la gamme de 750 à 1100 nm, c'est-à-dire sur la majeure partie de la gamme de réponse des lunettes de vision nocturne 6 Le filtre IR 16 peut être séparé du filtre dichroïque 14 par un intervalle, comme on l'a représenté, ou être plaqué sur lui de façon à réduire la réflexion à l'interface. Le filtre final de l'ensemble 10 est un filtre à polarisation circulaire 18 qui est placé du côté opposé à l'affichage 8 par rapport au filtre IR 16, c'est-à-dire entre le filtre IR et l'observateur Le filtre polarisant 18 élimine ou réduit substantiellement le rayonnement spéculaire provenant de toutes les surfaces réfléchissantes, y compris les surfaces du filtre IR 16, du filtre dichroïque 14 et de l'organe d'affichage 8 Ainsi, tout rayonnement réfléchi par le filtre dichroique 14 et n'ayant pas été éliminé par le filtre IR 16 sera éliminé ou sensi- blement réduit par le filtre polarisant 18 Cette combinaison d'un filtre dichroique, avec sa bande de transmission bien définie, derrière un filtre à polarisation circulaire est donc spécialement efficace dans des applications d'affichage o l'émission de l'affichage lumineux doit être dans une bande spectrale bien définie et o la lisibilité en lumière du jour est importante La surface avant du filtre à polarisation circulaire comporte de préférence un revêtement anti-réflexion. Quand on l'observe dans l'obscurité en utilisant les lunettes de vision nocturne 6, la combinaison du filtre dichroique 14 et du filtre infra- rouge 16 derrière le filtre polarisant 18 est particulièrement efficace pour réduire la quantité de rayonnement émise par l'affichage dans la gamme de réponse des lunettes de vision nocturne, jusqu'à un niveau assez bas pour-ne pas noyer la vision dans les lunettes. En plein soleil, la lumière ambiante dans la gamme visible traversera le filtre polarisant 18 et le filtre d'arrêt IR 16 Le filtre dichroique 14 transmettra une certaine bande de longueurs d'ondes et réfléchira le reste Par conséquent, la lumière incidente sur la face arrière du filtre à polarisation circulaire 18 comprendra la lumière émise par les diodes 12, la lumière réfléchie par la surface de l'affichage 8 et la lumière réfléchie par le filtre dichroique 14 et le filtre IR 16 Le filtre polarisant 18 réduit de manière significative tout le rayonnement réfléchi, si bien que la lumière qui en sort ne contient pratiquement que de la lumière émise par les diodes 12 La lumière réfléchie par la surface avant du filtre polarisant 18 est réduite grâce à un revêtement anti-réflexion. En conséquence, le dispositif d'affichage à filtre selon la présente invention fournit un affichage bien lisible en lumière du jour, et en outre compatible avec des lunettes de vision nocturne ou des dispo- sitifs similaires d'aide à la vision par faible lumière. Le filtre dichroïque et tous les autres filtres peuvent être formés par des films diélectriques minces déposés séparément ou en combinaison sur un ou plusieurs substrats tels que le filtre à polarisation circu- laire Dans une autre exécution, tout l'ensemble filtrant peut être un assemblage de pièces séparées ou plaquées les unes sur les autres La surface avant de l'ensemble filtrant comporte de préférence un revê- tement anti-réflexion. Dans certaines applications, il peut ne pas être nécessaire d'arrêter largement le rayonnement infrarouge Dans ces conditions, on peut omettre le filtre IR 16. En utilisant le terme "dichroique" on comprend tout filtre qui transmet du rayonnement dans une bande donnée de longueurs d'ondes et qui réfléchit le rayonnement aux longueurs d'ondes extérieures à cette bande Ceci englobe les filtres qui opèrent en dehors de la gamme des longueurs d'ondes visibles, tels que les filtres de bord. Le dispositif selon l'invention n'est pas limité à des dispositifs d'affichage utilisables avec des lunettes de vision nocturne, mais il pourrait aussi être utilisé dans d'autres applications d'affichage o l'on veut avoir un filtre hautement sélectif tel que, par exemple, un filtre passe-bande triple utilisable avec des affichages à tube cathodique en couleurs. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'affichage comportant un organe d'affichage et un filtre polarisant à polarisation circulaire placé devant l'organe d'affichage pour réduire le rayonnement réfléchi par des surfaces situées derrière le filtre polarisant, caractérisé en ce que le dispositif comporte un filtre dichroique ( 14) placé entre l'organe d'affichage ( 8) et le filtre polarisant ( 18) et en ce que le filtre dichroique ( 14) est agencé pour transmettre du rayonnement dans une première gamme de longueurs d'ondes et réfléchir du rayonnement dans une seconde gamme de longueurs d' ondes. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre d'arrêt ( 16) placé du côté opposé à l'organe d'affichage ( 8) par rapport au filtre dichroïque ( 14) et en ce que le filtre d'arrêt ( 16) est agencé pour réduire la transmission du rayonnement dans des longueurs d'ondes réfléchies par le filtre dichroique ( 14). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre d'arrêt ( 16) est placé entre le filtre dichroïque ( 14) et le filtre polarisant ( 18). 4 Dispositif selon rune des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe d'affichage ( 8) est formé de diodes luminescentes ( 12). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les diodes luminescentes ( 12) émettent une lumière verte avec un pic d'émission autour de 570 nm et en ce que le filtre dichroïque ( 14) transmet le rayonnement à 570 nm et réfléchit le rayonnement aux longueurs d'ondes comprises entre 620 nm et 780 nm. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre d'arrêt ( 16) agencé pour empêcher la transmission du rayon- nement aux longueurs d'ondes supérieures à 750 nm. 7 Dispositif selon l'une des revendications précédentes et destiné à être utilisé avec un appareil d'aide à la vision nocturne qui amplifie de la lumière de faible intensité dans une gamme prédéterminée de longueurs d'ondes, caractérisé en ce que le filtre dichroïque ( 14) réfléchit le rayonnement dans une gamme de longueurs d'ondes englo- bant ladite gamme prédéterminée de longueurs d'ondes. 8 Dispositif selon la revendication 7, comportant un filtre d'arrêt placé du côté opposé à 1 ' organe d'affichage par rapport au filtre dichroique, caractérisé en ce que le filtre d'arrêt ( 16) est agencé pour réduire la transmission du rayonnement dans ladite gamme prédéterminée de longueurs d'ondes. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite gamme prédéterminée de longueurs d'ondes s'étend entre 620 nm et 930 nm, en ce que le filtre dichroique ( 14) est agencé pour réfléchir le rayonnement aux longueurs d'ondes de 620 nm à 780 nm et en ce que le filtre d'arrêt ( 16) est agencé pour empêcher la transmission du rayonnement aux longueurs d'ondes supérieures à 750 nm.