Brevet FR2702299A1 — publié le 19940909

SYSTEME DE VISUALISATION L'invention concerne un système de visualisation applicable notamment à un système de visualisation couleur à haute définition. Les systèmes de visualisation en couleur ont actuellement de nombreuses applications : télévision; ordinateurs portables, viseurs de caméscopes, etc. Toutefois, ces systèmes ne conviennent à la visualisation d'images ou d'informations exigeant une résolution angulaire très fine, inférieure typiquement à deux minutes d'arc (rappelons que la résolution angulaire de l'oeil est de l'ordre de la minute d'arc) sous un champ de vision élevé (environ 60 ), ce qui correspond à des définitions de l'ordre de 2 000 x 2 000 points image couleur; c'est notamment le cas des cartes géographiques.A titre d'exemple, une carte routière de FIGN au 1:100 000ème présente une résolution d'environ 100 clam ; un système de visualisation comprenant 2 000 x 2 000 points image couleur permettrait donc de visualiser sans perte d'information un morceau de carte de 200 x 200 mm2, correspondant sur le terrain à 20 x 20 km2. Cette limitation est d'ordre technologique, et apparaît encore plus difficile à franchir quand il s'agit de dispositifs compacts dans lesquels on veut engendrer l'image sur des écrans de diagonale 10 à 50 mm; ce type d'application nécessiterait en effet de pouvoir fabriquer des écrans polychromes compacts comprenant typiquement 4 millions de points image couleur, c'est-à-dire au moins trois fois plus de points élémentaires monochromes. Dans le cas d'un écran de diagonale 30 mm, le pas des points image couleur devrait donc être inférieur à 10 lm, valeur difficilement envisageable avec la technologie actuelle et son évolution prévisible. A titre d'exemple, sont fabriqués actuellement des écrans polychromes à cristaux liquides nématiques et transistors en couches minces de diagonale environ 30 mm, comportant 740 x 230 points image élémentaires, correspondant à un pas de 85 lm pour les lignes et de 35 Fum pour les colonnes, soit une résolution angulaire des triplets couleur, ramenée à un champ de vision de 60 , de l'ordre de 15'. Dans les écrans monochromes à cristaux liquides nématiques et transistors en couches minces, le pas des points image peut atteindre 35 ,um dans une direction (lignes ou colonnes), ce qui correspond, dans le cas d'un écran de diagonale 30 mm vu sous un champ de 60 , à une résolution angulaire de l'ordre de 5'. Par contre, pour des écrans monochromes à cristaux liquides ferroélectriques, le pas des points image peut atteindre des valeurs nettement plus faibles, jusqu'à 10 lm dans les deux directions, soit une résolution angulaire de l'ordre de 2'. L'invention propose une méthode qui, tout en restant compatible avec la technologie existante et son évolution prévisible, permet de résoudre ce problème en séparant les éléments de haute résolution des éléments de faible résolution. Cette méthode est applicable en particulier à la présentation de cartographie et d'images de synthèse. L'invention concerne donc un système de visualisation caractérisé en ce qu'il comprend au moins un premier dispositif de visualisation polychrome émettant une image couleur et un deuxième dispositif de visualisation monochrome émettant une image monochrome superposée à l'image couleur. Egalement, I'invention concerne un système de visualisation caractérisé en ce qu'il comprend au moins un premier et un deuxième dispositifs de visualisation disposés en série, le deuxième dispositif de visualisation modulant la lumière transmise par le premier dispositif de visualisation. Plus précisément dans un tel système de visualisation le dispositif affichant une image monochrome a une meilleure définition que le dispositif affichant une image polychrome. C'est ainsi que le système de visualisation est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un premier dispositif de visualisation polychrome émettant une image couleur et un deuxième dispositif de visualisation monochrome émettant une image monochrome superposée à l'image couleur. Selon des modes de réalisation préférés, les dispositifs de visualisation sont des écrans à cristal liquide et le dispositif de visualisation monochrome est un écran à cristal liquide ferroélectrique. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui sont données à titre d'exemple non limitatif. Les figures annexées représentent: - les figures la et lb, des exemples de réalisation simplifiés du système de visualisation selon l'invention; - les figures 2 et 3, des exemples de réalisation détaillés du système de l'invention utilisant à titre d'exemple des cellules à cristaux liquides. En se reportant aux figures la et lb on va tout d'abord décrire de façon générale le système de l'invention. Selon la figure la, ce système comporte deux dispositifs de visualisation V1, V2 qui affichent chacun une image. La lumière F1, F2 provenant de ces affichages est couplée dans un dispositif de couplage de telle sorte que la sortie F3 affiche la superposition des deux images V1 et V2. Les dispositifs de visualisation peuvent être des dispositifs soit de type émissifs (tels que écrans à rayons cathodiques) soit de type fonctionnant par éclairement à l'aide d'une ou plusieurs sources auxiliaires (tels que écrans à cristaux liquides). Les deux dispositifs V1, V2 peuvent émettre de la lumière à des longueurs d'ondes différentes. Par exemple, I'un des dispositifs émet une image polychrome tandis que l'autre émet une image monochrome. Comme cela sera expliqué ultérieurement, selon une réalisation préférée de l'invention l'image monochrome aura une définition plus grande que celle de l'image polychrome. La figure lb représente un mode de réalisation de l'invention dans lequel les deux dispositifs de visualisation V1 et V2 sont placés en série éventuellement séparées par un objectif O (figure lc). Le dispositif V2 fonctionne sous éclairement par la lumière provenant du dispositif V1. Le dispositif V1 peut être de type émissif ou fonctionner par éclairement. La superposition de l'image qu'il affiche avec l'image que doit afficher le dispositif V2 se fait directement dans le dispositif V2, celui-ci modulant la lumière émise par le dispositif V1. L'objectif O est choisi et dissocié de façon à ajuster le grandissement et la mise au point de l'image présentée par le dispositif V1. Selon une réalisation préférée, le dispositif V1 affiche une image à plusieurs couleurs. Le dispositif V2 en modulant la lumière émise par V1, réalise un masquage de certaines parties de l'image de V1. Cela revient à superposer une image polychrome et une image monochrome. Si on n'utilise pas d'objectif O, le dispositif V2 est accolé à la face d'affichage du dispositif VI de façon à ce que les points images du dispositif V2 soient mis en correspondance avec des points image du dispositif V1. On va maintenant décrire l'invention de façon plus détaillée en l'appliquant à la visualisation couleur. Plus précisément l'invention propose une méthode de visualisation compatible avec la technologie actuelle et son évolution prévisible, susceptible de fournir des images polychromes à grand champ de vision et haute densité d'information par superposition d'une image monochrome de forte définition à une image polychrome de définition plus faible. Cette méthode consiste à superposer optiquement les images de deux écrans, I'un, polychrome, I'autre, monochrome. Cette superposition peut être additive ou soustractive, les écrans peuvent être soit de type non émissif (cellule à cristaux liquides fonctionnant en réflexion ou en transmission), soit de type émissif (tubes cathodiques, écrans électroluminescents, panneaux de diodes électroluminescents, plasma etc). L'écran monochrome offrant une définition plus élevée que l'écran polychrome, la superposition des deux images fournira à l'observateur une image globale, comportant des éléments monochromes et des éléments polychromes. Cette image globale aura une définition plus élevée que celle de l'écran polychrome seule. La différence sera particulièrement sensible dans le cas d'une image dont l'essentiel de l'information (alphanumérique et graphique notamment) est contenu dans la partie monochrome et dont le reste de l'information est contenu dans des plages polychromes plus ou moins étendues. C'est en particulier le cas des cartes géographiques dans lesquelles contours et légendes, généralement monochromes, contiennent l'essentiel de l'information, alors que les zones colorées offrent surtout un confort visuel supplémentaire et correspondent même souvent à une information redondante. L'ensemble de la superposition des deux images peut être observé soit en vision directe soit à travers un système optique permettant à la fois le grandissement et l'observation à une distance virtuelle confortable pour l'oeil ; ce système optique peut être soit un système oculaire classique (éventuellement binoculaire), soit un système à éléments multiples non centrés fournissant une pupille de sortie étendue et offrant une grande latitude de position du regard de l'utilisateur. Si l'on souhaite rendre indiscernable à l'oeil la forme des points image, les images peuvent être rendues légèrement floues, soit par défocalisation par rapport au système optique soit par insertion d'une surface dépolie Dans le cas d'une défocalisation différente pour les deux écrans, la différence de grandissement ainsi occasionnée peut être compensée en ajustant la taille des deux images Un exemple de configuration selon l'invention réalisée avec des cellules à cristaux liquides est montré sur la figure 2. L'écran polychrome 1 est constitué par une cellule à cnstaux liquides nématiques avec transistors en couches minces comprenant par exemple 4s ) x 400 points image couleur ; ce type d'écran, dont la technologie est blen maitnsée, permet d'obtenir de façon reproductible un grand nombre de teintes colorees L'écran monochrome 2 est constitué par une cellule à cristaux liquides ferroélectriques avec par exemple 1600 x 1600 points image ; cette technologie permet d'obtenir une forte définition, mais est actuellement moins bien adaptée à l'obtention de teintes colorées. Ces deux cellules sont réalisables par les technologies actuelles dans des dimensions diagonales comprises entre 50 et 200 mm environ. Dans cet exemple, nous considérons plus particulièrement le cas de cellules de diagonale 50 mm, envisageant de pouvoir réduire cette taille à moins de 30 mm grâce à l'évolution de la technologie. Les deux cellules, placées chacune entre polariseurs 3, 3', 3" convenablement orientés, sont observées en transmission grâce à une source de lumière 4, qui peut être soit la lumière du jour, soit une lumière artificielle ; la superposition ainsi observée est donc de type soustractif. La superposition des deux images est observée à l'aide d'un système binoculaire 5 composé d'oculaires grand champ ( > 600) de focale 40 mm environ. L'écran monochrome 6 est situé de préférence dans le plan focal des oculaires 5. L'écran polychrome est à une faible distance derrière ce plan ; la légère défocalisation qui en résulte permet de rendre indiscernables les points élémentaires de l'image polychrome. Une électronique d'adressage 7 envoie aux cellules les signaux correspondant respectivement à la partie polychrome et à la partie monochrome de l'image ; les images, enregistrées dans une mémoire optique ou magnétique, sont fournies par le lecteur 8 sous forme d'un signal transmis à l'électronique d'adressage 7 par l'intermédiaire d'une interface 9. L'écran monochrome présente une échelle de teintes de gris numérique ou analogique, grâce à une technique de modulation de moyenne temporelle ou d'intensité, intégrée dans l'électronique d'adressage. La figure 3 représente une variante de réalisation de l'invention. Dans ce système, on a prévu des écrans à cristaux liquides 1, 2 éclairés par des sources 10, 11 à travers des polariseurs 3, 3'. La superposition des images est faite de façon additive par une optique de renvoi, par exemple une lame semi-réfléchissante voire un cube séparateur de polarisations 12. Entre le cube 12 et les écrans 1, 2, il est possible de prévoir des objectifs non représentés. Selon une autre variante non représentée chaque ensemble "sourcepolariseur-écran à cristal" peut être remplacé par un dispositif d'affichage d'image d'une nature différente. Si, comme c'est le cas des cartes géographiques, l'image monochrome présente une faible densité d'informations, on peut alors profiter, dans cette deuxième configuration, de la bonne transmission de l'écran monochrome pour augmenter la luminosité du dispositif. Cette augmentation se fera, certes, au détriment de la saturation des couleurs puisque la plupart des zones colorées de l'écran couleur apparaîtront superposées à la lumière blanche transmise par l'écran monochrome. Toutefois les images du type cartes géographiques présentant généralement des teintes peu saturées, cette perte de saturation ne sera pas forcément gênante. Dans ces deux types de configuration, on peut prévoir pour des applications telles que celles de jumelles décrites dans la Demande de Brevet nO 91 13491 que l'écran couleur soit escamotable, ce qui permettrait de visualiser l'image monochrome seule ou superposée à d'autres images, par exemple, des paysages. L'invention apporte une solution simple pour permettre la réalisation de systèmes de visualisation compacts polychromes de forte définition. En utilisant la technologie actuelle, la méthode proposée permet de visualiser confortablement, sous un champ large, des images présentant à la fois une grande finesse de détails et des plages colorées. A titre indicatif, une bonne carte routière présente une résolution d'environ 100 clam. Avec la méthode proposée par l'invention, compte tenu des technologies actuelles, la résolution effectivement perçue du système d'écrans superposés peut atteindre 20 clam; ainsi, un tel système d'écrans de surface 50 x 50 mm2 permettra de présenter autant d'informations qu'une portion de surface 250 x 250 mm2 de la carte routière (soit environ deux "plis", soit une surface de terrain de 400 km2 pour une carte à l'échelle 1:100 000ème). La quantité d'informations serait au moins divisée par un facteur 3 dans le cas d'un système de visualisation comportant un seul écran polychrome de 50 x 50 mm2. REVENDICATIONS 1. Système de visualisation caractérisé en ce qu'il comprend au moins un premier dispositif de visualisation polychrome (V1) émettant une image couleur et un deuxième dispositif de visualisation monochrome (V2) émettant une image monochrome superposée à l'image couleur. 2. Système de visualisation caractérisé en ce qu'il comprend au moins un premier et un deuxième dispositifs de visualisation disposés en série, le deuxième dispositif de visualisation modulant la lumière transmise par le premier dispositif de visualisation. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux dispositifs de visualisation sont disposés en série, l'un des dispositifs de visualisation modulant la lumière transmise par l'autre dispositif de visualisation. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de couplage (12) recevant la lumière émise par les deux dispositifs. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les dispositifs de visualisation ont des caractéristiques de définitions différentes. 6. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier dispositif affiche une image polychrome. 7. Système selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le dispositif affichant une image monochrome a une meilleure définition que le dispositif affichant une image polychrome. 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dispositif de visualisation comporte à écran à cristal liquide (1, 2) éclairé par une lumière polarisée et que le dispositif de couplage (12) est un coupleur de polarisations. 9. Système selon l'une des revendications 2 ou 6, caractérisé en ce que le deuxième dispositif de visualisation est un écran à cristal liquide (2) disposé entre deux polariseurs (3', 3"). 10. Système selon l'une des revendications 2 ou 6, caractérisé en ce que le premier dispositif de visualisation (V1) est un dispositif de type émissif ou non émissif. 11. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier dispositif de visualisation est un écran à cristal liquide (1) situé entre un polariseur (3) et l'un des polariseurs (3') du deuxième dispositif de visualisation. 12. Système selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le deuxième dispositif de visualisation est un écran à cristal liquide ferroélectrique. 13. Système selon l'une des revendications 8 ou 11, caractérisé en ce que le premier dispositif de visualisation est un écran à cristal liquide nématique. 14. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une optique d'observation des images (5) affichées par les dispositifs de visualisation, l'un des deux dispositifs de visualisation étant placé dans le plan focal de ladite optique. 15. Système selon l'une des revendications 7 ou 14, caractérisé en ce que le dispositif affichant une image monochrome est placé dans le plan focal de ladite optique. 16. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque transparente dépolie permettant d'introduire un flou dans la vision des images. 17. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux dispositifs sont séparés par un objectif. 18. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de couplage est séparé de l'un au moins des dispositifs par un objectif.