Brevet FR2680016A1 — publié le 19930205

VISUEL GRAND CHAMP COLLIMATE A MIROIR SPHERIQUE OU ELLIPTIQUE, EN PARTICULIER POUR SIMULATEUR La présente invention se rapporte à un visuel grand champ collimaté à miroir sphérique ou elliptique, en particulier pour simulateur. Le principe des systèmes visuels collimatés à miroir sphérique consiste à former une image sur la sphère focale du miroir. Dans les systèmes communément utilisés dans les simulateurs, cette image peut être formée sur un écran. Avec ces systèmes, le champ vertical est de 400 à 600 maximum, et le diamètre du miroir est de 6 à 7,5 m, ceci pour limiter les erreurs de collimation et les "dipvergences" à des valeurs acceptables. Si l'on voulait augmenter le champ visuel de façon significative, il faudrait augmenter les dimensions verticales de l'écran et du miroir sphérique, mais on augmenterait alors notablement les défauts optiques du visuel (défauts de convergence et de "dipvergence" c'est-à-dire un défaut se produisant lorsque des rayons lumineux issus d'un même point arrivent à un observateur avec une inclinaison différente dans des plans verticaux différents, déformations géométriques, ...). La présente invention a pour objet un visuel collimaté à miroir sphérique dont le champ vertical soit nettement plus grand que celui des systèmes classiques précités, et ce, sans pratiquement en augmenter les défauts optiques. Le visuel conforme à l'invention, du type à au moins un projecteur à balayage du type télévision, à miroir sphérique ou elliptique et écran sphérique ou elliptique comporte sur au moins une partie de la face convexe de l'écran, un film de matériau à états optiques commutables transparent/diffusant, et sur au moins une partie de la face concave de l'écran, un film polariseur à au moins deux zones à polarisations différentes, I'une de ces zones étant celle située au-dessus du champ de l'utilisateur et éclairée par le(s) projecteur(s), et l'autre zone étant à la fois éclairée par le projecteur et vue par l'utilisateur portant un dispositif de vision à deux polarisations commutables en synchronisme avec le balayage du (des) projecteur(s) lorsque ce balayage passe de l'une des zones précitées à l'autre. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est un schéma simplifié d'un visuel conforme à l'invention; - la figure 2 est un schéma simplifié d'une variante du visuel de la figure 1; - la figure 3 est un schéma simplifié d'un visuel conforme à l'invention, implanté dans un simulateur d'avion d'armes, et - la figure 4 est un schéma simplifié d'une autre variante du visuel de l'invention. L'invention est décrite ci-dessous en référence à un visuel à miroir et écran sphérique, mais il est bien entendu qu'ils peuvent être elliptiques. Le visuel à grand champ vertical schématiquement représenté en figure 1 comporte essentiellement un dispositif de projection à un ou plusieurs projecteurs (plusieurs projecteurs pour couvrir un grand champ horizontal), seul un projecteur 1 étant représenté sur la figure, un miroir sphérique 2 et un écran 3. Le point d'observation d'un utilisateur (en position moyenne) a été représenté en 4, à proximité du centre du miroir 2, en-dessous de ce centre. L'écran 3 comporte, dans le sens vertical, trois zones différentes, référencées 3a à 3c de haut en bas. Les zones sont délimitées de la facon suivante. Pour cela, on a tracé sur la figure les délimitations 5 marquant la limite supérieure du faisceau du projecteur 1, le faisceau 6 joignant l'observateur 4 au bord supérieur de l'écran 3, le faisceau 7 joignant l'observateur 4 au bord supérieur du miroir 2, la limite inférieure 8 du faisceau du projecteur 1, et le faisceau 9 joignant l'observateur 4 aux bords inférieurs du miroir 2 et de l'écran 3. La zone 3a de l'écran 3 est comprise entre limites 6 et 7, la zone 3b entre les limites 7 et 8, et la zone 3c entre les limites 8 et 9. L'écran 3 comporte un support sphérique 3E en matériau transparent, par exemple du plexiglas sur la face convexe duquel on colle un film PDLC 10 ("Polymer Dispersed Liquid Crystal"), et sur la face concave duquel on colle un film polariseur "P" il dans la zone 3a, et un film polariseur "S"12 dans la zone 3b et éventuellement un film polariseur "P" dans la zone 3c (cette zone 3c n'a pas absolument besoin de polariseur, mais afin de garder à tout l'écran 3 une transmission homogène, il est préférable de le recouvrir entièrement de film PDLC, (par exemple tel que celui produit par la firme TALIQ Corporation) et de film polariseur. Le film PDLC commence à être utilisé dans divers domaines, et on se contentera d'en résumer ici les principales caractéristiques : ce film est constitué de micro-gouttes de cristal liquide dispersées dans un polymère en film. Les deux faces de ce film sont recouvertes d'une mince couche d'un alliage électriquement conducteur et transparent ("ITO" = oxyde d'étain et d'indium). Ces deux couches d'alliage forment les électrodes de commande du film PDLC. En l'absence de champ électrique, les micro-gouttes de cristal liquide sont orientées de façon aléatoire, et la lumière frappant le film est réfléchie dans toutes les directions. Le film a alors des propriétés de diffusion de la lumière translucide.En présence d'un champ électrique, les micro-gouttes de cristal liquide s'orientent dans la direction du champ électrique, et la lumière peut traverser le film PDLC sans aucune réflection. Ce film est alors transparent. La commutation diffusant = = = > transparent s'effectue en environ 2 à 3 ms, et la commutation en sens inverse en environ 5ms. Le rendement en transmission du film PDLC est supérieur à 85 %. Dans le cas du visuel de la figure 1, le film PDLC 10 n'est jamais soumis à un champ électrique dans la zone 3a où il est diffusant, et est soumis à un champ électrique dans les zones 3b et 3c où il est alors transparent, tant que le projecteur 1 ne le balaye pas, et ce champ électrique est inhibé dans la zone 3b dès que le projecteur le balaye. L'observateur 4 porte un dispositif de vision 13 à polarisations commutables, supporté par exemple par une visière de casque ou des lunettes. Ce dispositif 13, couvre au moins tout le champ vertical du visuel, c'est-à-dire celui compris entre les limites 6 et 9. Ce dispositif 13 du genre de ceux utilisés pour la vision stéréoscopique, comporte un support transparent sur lequel on fixe un film polariseur commutable, dont la polarisation peut être commutée "S" ou "P". Cette commutation est synchronisée avec le balayage (balayage genre télévision) du projecteur 1 de la façon suivante : tant que le faisceau du projecteur balaye la zone 3a, le dispositif 13 est commuté en polarisation inverse de celle de la zone 3a, c'est-à-dire en polarisation "S", et lorsque le faisceau arrive dans la zone 3b, le dispositif 13 est commandé en polarisation inverse, c'est-à-dire "P". Bien entendu, il est possible de permuter les polarisations des films il et 12 (11 = "S" et 12 = "P") et on commande alors inversement la polarisation du dispositif 13 ("P" pour 3a et "S" pour 3b). Ainsi, lorsque le projecteur 1 balaye la zone 3a, les rayons réfléchis par le film 10 vers l'observateur traversent le polariseur 17 de type "P" et sont éliminés par le dispositif 13 qui est alors polarisé "S". Par contre, les rayons collimatés, réfléchis par le miroir 2, sont polarisés "S" après avoir traversé le polariseur 12 et sont donc vus par l'observateur. Lorsque le projecteur 1 balaye la zone 3b, le film 10 ne reçoit plus de champ électrique dans cette zone, et devient diffusant. Les rayons du projecteur 1 réfléchis vers l'observateur par ce film devenu diffusant sont polarisés "S" après le passage du polariseur 12 et sont éliminés par le dispositif 13 alors polarisé "P". La commutation transparent diffusant du film PDLC dans la zone 3b et la commutation de la polarisation "S" "P" du dispositif 13 s'effectue, dans le cas d'un balayage à 100 Hz, toutes les 10 ms, ce qui est nettement en-deça des possibilités du film PDLC et du polariseur 13. Dans la zone 3c, le film PDLC, s'il se prolonge jusque dans cette zone, est constamment transparent. On peut également prolonger le film 12 jusque dans cette zone. Pour augmenter le champ vertical, on peut, comme représenté en figure 2, rajouter au-dessus du dispositif de la figure 1 un dispositif similaire. Sur cette figure 2, les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont affectés des mêmes références numériques, et les éléments complémentaires, similaires à ceux de la figure 1, sont affectés des mêmes références auxquelles on a rajouté un ""'. Ainsi, les éléments complémentaires comportent essentiellement un miroir 2', un écran 3' et un projecteur 1'. La zone 3c n'existe pas dans les éléments complémentaires. Le miroir (2+2') et l'écran (3 + 3') peuvent être avantageusement elliptiques. Les projecteurs 1 et 1' sont commandés en parallèle: ils balaient d'abord les zones 3a et 3a', puis les zones 3b et 3b', respectivement. Le film 11' est à polarisation "P", dans la zone 3a' et le film 12' est à polarisation "S" dans la zone 3b'. Le film 10' n'est pas soumis à un champ électrique dans la zone 3a', et est soumis à un champ électrique dans la zone 3b' tant que cette zone n'est pas balayée par le projecteur 1', ce champ électrique étant inhibé dès que cette zone est balayée par le projecteur 1'. On a schématiquement représenté en figure 3 l'implantation du visuel de l'invention dans un simulateur d'avion d'armes. Dans ce cas, le champ vertical est d'environ 800 + 400 par rapport à un plan horizontal passant par les yeux de l'observateur. Le champ horizontal est d'environ 1800. Le visuel utilisé est celui représenté en figure 1. La cabine simulée de pilotage 14 est disposée devant le miroir 2, de façon que le bord inférieur de l'écran 3 soit juste au-dessus de la verrière de la cabine et que l'observateur puisse voir latéralement le bord inférieur du miroir 2, comme dans la réalité, où le "nez" de la cabine de pilotage cache la partie inférieure du champ vertical F, mais où la verrière permet de voir latéralement un champ vertical assez étendu vers le bas (jusqu'à environ -40 par rapport à un plan horizontal passant par les yeux de l'observateur). Pour obtenir un champ horizontal d'environ 1800, on dispose trois projecteurs au-dessous de la cabine 14, à l'arrière de l'observateur. Le rayon du miroir 2 est d'environ 2m, et celui de l'écran 3 est d'environ îm. Dans le cas de simulateurs d'avions civils ou d'hélicoptères, comportant deux observateurs distants d'environ 1m l'un de l'autre, il est préférable d'augmenter le rayon du miroir (à environ 3,5m) afin de limiter les erreurs de collimation et d'autres défauts optiques ("dipvergence"). On a représenté en figure 4 un autre mode de réalisation, comportant essentiellement un miroir sphérique 15, un écran sphérique 16, et des projecteurs 17, 18 et/ou 19, disposés derrière le miroir 15. Les formes et dimensions du miroir 15 et de l'écran 16 peuvent être les mêmes que pour le mode de réalisation des figures 1 et 2. Le projecteur 17 est disposé au-dessus du bord supérieur du miroir 15, et éclaire la partie supérieure 1 6a de l'écran 16 (partie similaire à la partie 3a de l'écran 3). Le projecteur 18 est disposé au-dessous du bord inférieur du miroir 15 et éclaire la partie inférieure 1 6b de l'écran 16 (partie similaire à la partie 3b de l'écran 3). Le balayage de l'écran se faisant de haut en bas, le projecteur 17 assure le début du balayage, puis le projecteur 18 prend le relais pour balayer le bas de l'écran. L'écran 16 peut, comme dans le cas des figures 1 et 2, se prolonger vers le bas, pour que son bord inférieur soit, pour l'observateur 20, sensiblement aligné avec le bord inférieur du miroir 15, ceci afin de lui présenter une vue la plus homogène possible du miroir 15. Ce prolongement est référencé 1 6c sur la figure 4. Selon une variante, on dispose derrière le miroir 15, à peu près à mi-hauteur, un projecteur 19 (représenté en trait interrompu), et face à son objectif, dirigé vers la partie 16b, on réalise une ouverture 21 commutable. Cette ouverture peut par exemple être une portion de miroir basculante (par exemple solidaire du cadre mobile d'un galvanomètre) ou un dispositif électro-optique commandé (par exemple un dispositif à cristaux liquides commandé de façon à être réfléchissant ou transparent). Comme dans le cas des modes de réalisation des figures 1 à 3, L'écran 16 est revêtu sur sa face convexe d'un film PDLC, qui est diffusant dans la zone 1 6a et commuté transparent/diffusant dans la zone 1 6b lorsque le projecteur 18 (ou 19) prend le relais du projecteur 17. La face concave de l'écran 16 est revêtue d'un film polariseur "P" dans la zone 16a et d'un film polariseur "S" dans la zone 16b, et l'observateur porte une visière ou des lunettes 22 à polarisation commutable "S" ou "P" selon que l'écran est éclairé par le projecteur 17 ou le projecteur 18 (ou 19). Bien entendu, pour augmenter le champ vertical, on peut utiliser, dans le sens vertical, trois projecteurs à la fois disposés aux emplacements des projecteurs 17, 19 et 18 et éclairant respectivement le haut, le milieu et le bas de l'écran (plus étendu verticalement que l'écran 16), et dans ce cas, dans la zone de l'écran balayée par le projecteur actif, le film PDLC est diffusant, et le film polariseur est commuté "P", alors que dans les zones non balayées, on a la situation inverse. Bien entendu, pour couvrir un large champ horizontal, on dispose autour du miroir 15 plusieurs projecteurs 17, plusieurs projecteurs 18 et/ou plusieurs projecteurs 19. REVENDICATIONS 1. Visuel grand champ collimaté du type à au moins un projecteur (1) à balayage du type télévision, à miroir sphérique (2) et écran sphérique (3), caractérisé par le fait qu'il comporte sur au moins une partie de la face convexe de l'écran un film (10) de matériau à état optiques commutables diffusant/transparent, et sur au moins une partie de la face concave de l'écran un film polariseur à au moins deux zones (11,12) à polarisations différentes (P, S), I'une de ces zones (3a) étant celle située au-dessus du champ de l'observateur et éclairée par le(s) projecteur(s) (1) et l'autre zone (3b) étant à la fois éclairée par le projecteur et vue par l'utilisateur, I'utilisateur portant un dispositif de vision (13) à deux polarisations (S, P) commutables en synchronisme avec le balayage du projecteur lorsque ce balayage passe de l'une des zones précitées à l'autre. 2. Visuel grand champ collimaté du type à au moins un projecteur (1) à balayage du type télévision, à miroir elliptique (2) et écran elliptique (3), caractérisé par le fait qu'il comporte sur au moins une partie de la face convexe de l'écran un film (10) de matériau à état optiques commutables diffusant/transparent, et sur au moins une partie de la face concave de l'écran un film polariseur à au moins deux zones (11,12) à polarisations différentes (P, S), I'une de ces zones (3a) étant celle située au-dessus du champ de l'observateur et éclairée par le(s) projecteur(s) (1) et l'autre zone (3b) étant à la fois éclairée par le projecteur et vue par l'utilisateur, I'utilisateur portant un dispositif de vision (13) à deux polarisations (S, P) commutables en synchronisme avec le balayage du projecteur lorsque ce balayage passe de l'une des zones précitées à l'autre. 3. Visuel selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le matériau à états optiques commutables est un film PDLC ("polymer Dispersed Liquid Crystal"). 4. Visuel selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la partie du film (10) recouvrant la face convexe de l'écran, éclairée par le projecteur et vue par l'observateur est transparente tant qu'elle n'est pas balayée par le projecteur et devient diffusante lorsque ce balayage l'atteint. 5. Simulateur caractérisé par le fait qu'il comporte un visuel selon l'une des revendications précédentes.