Brevet FR2677464A1 — publié le 19921211

La présente invention se rapporte à un perfectionnement à la fourniture de lumière pour un système de formation et de visualisation d'images porteuses d'informations dans le champ de vision d'un opérateur tel qu'un conducteur, un machiniste ou autre. Classiquement, un tel système de formation et de visualisation d'images comprend un ensemble fonctionnel se composant d'une unité de formation d'images reliée d'une part à la source de lumière et d'autre part à un support extérieur sur lequel est projetée l'image virtuelle ou réelle. On connaît par exemple, dans le domaine de l'automobile, la réalisation décrite dans le brevet européen n" 202406. Selon ce brevet, un ensemble optique séparé situé sous le tableau de bord projette une image porteuse d'informations sur un support intermédiaire séparé ou intégré au pare-brise du véhicule. Les principaux inconvénients de cette réalisation sont ceux liés à l'encombrement important de 1' ensemble, à sa configuration d'implantation et ensuite à la nécessité d'adjoindre des moyens supplémentaires pour l'évacuation des calories produites par la source lumineuse nécessairement de puissance importante. Cette nécessité de moyens supplémentaires augmente encore les problèmes d'encombrement et d'implantation peu compatibles avec la place disponible au voisinage des organes de commande du poste de conduite. Une première solution à ces problèmes a consisté à regrouper toutes les fonctions de production de lumière dans un bloc fonctionnel unique distinct et de le déporter par rapport aux autres modules fonctionnels composant le système de formation d'images. Ce bloc fonctionnel distinct de production de lumière est relié par un guide de lumière à une unité de formation d'images, elle-même reliée à une optique mélangeuse par projection ou par câble de transport d'image. Cette réalisation à modules fonctionnels séparés met en oeuvre une source de lumière de puissance importante et nécessite, par conséquent, également des moyens d'évacuation des calories. Si elle permet de régler la question de leur implantation, elle n'apporte aucune solution à leur existence et à leur encombrement car la puissance de la source lumineuse nécessaire reste identique, et la dissipation de la chaleur dans des endroits plus lointains mais exigus représente la meme contrainte qu'auparavant pour le conducteur et tous les organes de la cabine. Cette puissance lumineuse doit, en effet, être suffisante pour que le conducteur distingue sans effort l'image visualisée même lorsque la cabine est placée dans, ou traverse, un lieu ou un environnement à luminosité intense, ou, par exemple, lorsque l'éclairage interne de la cabine est important. Pour perfectionner les dispositifs existants, il est imaginé, conformément à l'invention, d'utiliser la lumière environnante comme source de lumière additionnelle plus ou moins prépondérante, selon les cas, par rapport à la source embarquée. L'invention permet alors de diminuer l'encombrement des moyens fonctionnels d'évacuation de calories et/ou de production de lumière au niveau de la source lumineuse secondaire nécessaire au moins pour la nuit et/ou pour dépanner en cas de défaillance des moyens d'utilisation de lumière environnante ou de la source de lumière environnante. Un autre avantage de l'invention est de limiter la charge de la puissance électrique embarquée. Dans le cas d'une utilisation de la lumière du jour, un avantage est d'apporter un flux important dans le domaine spectral projeté, en particulier supérieur à celui généré par une source de lumière blanche. I1 existe d'autres domaines d'application, par exemple celui de la bureautique, ou de la chirurgie..., où un opérateur consulte un écran projeté devant son champ d'opération au moyen d'un petit appareil qu'il porte sur la tête à la manière de lunettes ou d'une visionneuse de diapositives. Plus particulièrement, on connaît la visualisation d'un écran virtuel par balayage de vingt cinq lignes sur une barrette de diodes électroluminescentes, balayage réalisé par un miroir oscillant. Une limitation de ce type de visualisation est de permettre la formation d'une image unique sur un écran virtuel occupant tout le champ visuel de l'oeil qui est en face de l'image, l'autre oeil de l'opérateur captant le monde extérieur, ce qui ne correspond pas à la vision binoculaire naturelle. En appliquant le principe de l'invention à ce dispositif, un premier avantage est de superposer l'image virtuelle au monde extérieur pour l'oeil en face de l'image, ce qui rétablit la vision binoculaire naturelle sur le monde extérieur. De plus, le système de génération d'informations pourra être binoculaire, puisqu'il n'est plus nécessaire de libérer les yeux de l'opérateur, d'où un meilleur confort et une liberté de choix d'accommodation sur l'image virtuelle ou les scènes extérieures. Ceci permet également de superposer l'image virtuelle à une autre image, par exemple celle d'un moniteur vidéo. Un autre avantage est de supprimer le miroir oscillant, d'où allégement du dispositif, diminution du prix, remplacement du balayage mécanique par un balayage électronique du support d'informations. Les caractéristiques et autres avantages de l'invention sont consignés dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur divers modes d'exécution en référence aux figures suivantes figure 1 : représentation schématique d'un système de formation et de visualisation d'images conforme à l'invention avec blocs fonctionnels séparés figure 2 : représentation schématique d'une cabine de conduite d'un véhicule ferroviaire présentant l'application visée par l'invention figure 3 : représentation schématique d'une autre utilisation en cabine de conduite de véhicule ferro viaire ou automobile figure 4 : représentation schématique d'une utilisa tion pour un opérateur consultant un écran projeté. Pour la bonne compréhension de l'invention, on l'expliquera d'abord à l'aide de l'exemple d'application non limitatif représenté schématiquement sur la figure 1. Sur cette figure, le système de formation et de visualisation d'images 1 comporte un module fonctionnel de formation d'images appelé communément boîte à images 2 reliée à une optique mélangeuse 3 par un câble de transport d'image 4 ou par un chemin optique équivalent. La bote à images 2 a pour fonction de former l'image sur un support physique 5 transparent ou de réflexion. Elle comporte en outre généralement, en sortie, un composant optique de concentration 6 disposé à l'entrée du câble de transport d'image 4, un filtre optionnel 7 et un composant optique d'élargissement 8 disposé à l'entrée de lumière de la boîte à images. La lumière fournie à l'entrée de cette bote à images provenait jusqu'à présent uniquement d'une unité de production de lumière appelée communément boite de lumière 9 comportant une source lumineuse réglable 10, une optique d'injection tel un concentrateur 11, et éventuellement un filtre infrarouge 12, enfermés dans une enceinte 13, refroidie par un groupe aéraulique destiné à évacuer les calories produites. Conformément à l'invention, la lumière est prélevée en plus dans l'environnement du système de formation et de visualisation d'images par une unité fonctionnelle particulière ou module d'injection de lumière, appelé par la suite module d'utilisation 14 de la lumière environnante, dont la fonction est de capter et de transmettre la lumière environnante. Comme source de lumière environnante, on entend toute source de lumière disponible, non limitativement la lumière extérieure de l'habitacle ou de la cabine de conduite, telle que par exemple : lumière du jour, du soleil, celle d'un éclairage public ... la lumière perdue du véhicule telle par exemple pertes de lumière des phares, de la cabine elle-même, et autre... la lumière des autres véhicules. Le module d'utilisation de lumière environnante comporte au moins des moyens de captage, de collecte, de transport et d'injection de la lumière. Des moyens de captage et/ou de collecte 15 sont par exemple un capteur unitaire tel une lentille, des cellules, un panneau de lentilles juxtaposées ... Ces moyens de captage et/ou de collecte sont par exemple disposés sur le toit du véhicule ou sur la lunette arrière d'une automobile ou sur le tableau de bord de l'automobile ou sur le capot, ou intégrés aux phares. Le moyen de transport de lumière depuis les moyens de captage et/ou de collecte peut être un faisceau de fibres optiques ou un guide de lumière 16 équivalent. Sur la figure 1 on a représenté deux guides de lumière amenant parallèlement la lumière à la bote à images 2, l'un, tel que 17, depuis la source 10 interne à la boite de lumière 9 et l'autre, tel que 16, depuis le module d'utilisation de la lumière environnante 14. Dans ce cas de figure, le système de formation et de visualisation d'images 1 comporte en plus une optique mélangeuse 18 des flux lumineux disposée juste avant l'entrée de la boite à images, recevant la lumière des deux guides de lumière et injectant dans la boîte à images l'énergie lumineuse totale. Pour perfectionner encore le dispositif, on peut lui ajouter des moyens de régulation 19 de la puissance de la source lumineuse 10 de la boîte de lumière en fonction de l'intensité de la lumière environnante disponible ou de la différence de luminosité entre la cabine et l'extérieur. Dans ce but, on ajoute des capteurs de luminosité tels que 20 d'intérieur de cabine et d'extérieur de cabine qui fournissent les informations aux moyens de régulation 19 pour réguler la puissance lumineuse de la source 10 de la boîte de lumière, par exemple une ampoule. Bien entendu, il est également possible d'envisager d'autres applications suivant la puissance de lumière nécessaire, par exemple une application non représentée dans laquelle la lumière nécessaire à la boîte à images 2 provient uniquement du module d'utilisation 14 de la lumière environnante une application non représentée dans laquelle la lumière fournie par le module d'utilisation 14 de la lumière environnante est conduite directement à la boîte de lumière, le guide 17 reliant la boîte de lumière 9 à la boîte à images 2 ayant alors pour fonction de conduire l'énergie lumineuse totale. Le système de formation et de visualisation d'images comporte encore de façon classique une optique mélangeuse 3 recevant l'image au moyen d'un câble 4 de transport d'images ou toute liaison équivalente chemin optique ou autre. L'optique mélangeuse comporte, par exemple, un composant de réflexion ou un composant d'optique diffractive disposé dans le champ visuel du conducteur ou du pilote du véhicule de façon à former une image virtuelle d'informations à prendre en compte, venant se superposer au champ visuel. Les avantages du module 14 d'utilisation de la lumière environnante sont importants, notamment encombrement réduit, puissance et coût des composants de la boîte à lumière réduits ou supprimés, groupe de refroidissement réduit voire supprimé, dégagement de calories dans la cabine de pilotage moins important, . diminution de charge sur la puissance électrique embarquée. La figure 2 illustre une utilisation non limitative de l'invention dans la cabine de conduite 21 d'un véhicule ferroviaire, avec une boîte à images 2 et un guide d'images distincts. Le module d'utilisation 14 de la lumière environnante est composé d'une pluralité de capteurs 15 de la lumière extérieure ou énergie lumineuse environnante disponible disposés, par exemple, sur le toit 22 des véhicules. La lumière captée est transportée par un guide 16 logé dans un caisson ou une gaine longeant le plafond du véhicule jusqu'à la boîte à images située dans une armoire technique 23. L'image formée est ensuite transportée jusqu'au tableau de bord 24 par un faisceau de fibres optiques 17 débouchant sur le tableau de bord, puis visualisée par l'optique mélangeuse 3 rapportée sur ou intégrée au pare-brise 25 balayé par un essuie-glace 26. La figure 3 illustre une autre utilisation non limitative de l'invention, dans la cabine de pilotage d'un véhicule ferroviaire, utilisant un autre moyen de transport d'image. Comme précédemment, la lumière environnante disponible est transportée par un guide de lumière jusqu'à un module optique intermédiaire 27 comportant le support d'information 28 et le système concentrateur 29, celui-ci envoyant l'image de l'information sur un système réfléchissant 30 à miroir à 45" d'angle par exemple. L'image de l'information est ainsi envoyée dans un composant optionnel d'intégration 31 en cabine, par exemple un objectif multi-lentilles, puis sur l'optique mélangeuse 3. La figure 4 illustre l'application à la bureautique ou plus généralement à un opérateur consultant un écran projeté devant ou dans son champ d'opération comme représenté en traits pleins. L'opérateur porte sur la tête un bandeausupport 32 formant un ensemble portatif de visualisation qui comporte un générateur d'images 33 et une optique mélangeuse 34 placée indifféremment devant un de ses yeux ou devant ses deux yeux. L'ensemble capteur de lumière 14 séparé pouvant être posé sur le bureau, ou porté par le bandeau-support 32, fournit l'énergie lumineuse au générateur d'images 33 par l'intermédiaire d'un câble 35 de transport de l'énergie lumineuse. Comme variante possible et non représentée de cette application, on peut déporter le générateur d'images 33 et y intégrer ou non les capteurs 15 de lumière ; dans ce cas, le câble a pour fonction de transporter l'image. Bien entendu, le perfectionnement apporté par l'invention peut être utilisé de multiples façons et appliqué à divers modules fonctionnels. REVENDICATIONS 1. Alimentation en lumière pour un système de formation et de visualisation d'images virtuelles ou réelles porteuses d'informations dans le champ de vision d'un opérateur tel qu'un conducteur, un machiniste ou autre, système de formation et de visualisation (1) comportant au moins les unités fonctionnelles de formation, mise en forme d'images (2), et d'optique mélangeuse (3) et une boîte de lumière (9), unités fonctionnelles indifféremment séparées ou regroupées en modules, alimentation caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un module d'utilisation (14) de la lumière environnante disponible comportant des moyens de captage (15) et de collecte de ladite lumière et des moyens (16) pour le transport de l'énergie lumineuse et son injection dans le système de formation et de visualisation d'images virtuelles. 2. Alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système de formation et de visualisation (1) comporte, en outre, une source de lumière embarquée (9). 3. Alimentation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moyen de transport et d'injection ainsi que le guide de lumière (17) provenant de la boîte de lumière (9) sont connectés à une optique mélangeuse (18) de flux lumineux. 4. Alimentation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'optique mélangeuse (18) est placée juste avant l'unité fonctionnelle de formation d'images (2). 5. Alimentation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen de transport et d'injection de lumière est connecté à la source de lumière embarquée (9). 6. Alimentation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de captage et collecte (15) sont formés d'un panneau de lentilles juxtaposées. 7. Alimentation selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le système comporte en outre des moyens de régulation (19) de la puissance lumineuse de la source de lumière de la boîte de lumière (9). 8. Alimentation selon la revendication I, caractérisée en ce que le système de visualisation (1) est un moyen de visualisation binoculaire de l'environnement à optique mélangeuse (34) pour un opérateur consultant un écran projeté. 9. Alimentation selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'optique mélangeuse (34) est supportee par un bandeau porté par l'opérateur et placée devant au moins un des deux yeux de l'opérateur, et en ce qu'un câble de transport de lumière (35) conduit l'énergie lumineuse depuis un ensemble capteur de lumière (15) séparé jusqu a un générateur d'images (33) porté par le bandeau. 10. Alimentation selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'optique mélangeuse (34) est placée devant au moins un des deux yeux de l'opérateur et en ce que le générateur d'images (33) est déporté du bandeau et intègre les capteurs de lumière, le câble de liaison (35) transportant l'image.