Brevet FR2711808A1 — publié le 19950505

DISPOSITIF DE PROJECTION SUR UN SUPPORT COMMUN D'IMAGES DESTINEES A DES OBSERVATEURS DIFFERENTS La présente invention se rapporte à un dispositif de projection sur un support commun d'images destinées à des observateurs différents. Les systèmes de projection à zone d'intérêt sont utilisés dans les simulateurs pour permettre à un observateur, généralement situé dans une cabine, d'observer une image dont la résolution est variable: la résolution est élevée dans la zone d'observation et faible autour. Ces systèmes exploitent les caractéristiques physiologiques de l'oeil qui perçoit une résolution élevée au centre mais dont le pouvoir séparateur se dégrade en allant vers la périphérie. La zone d'observation est elle-même définie comme étant: - soit la direction du regard mesuré par un oculomètre ou un pupillomètre; - soit, en faisant alors une approximation, comme étant la direction de la tête. Dans ce dernier cas, on exploite le fait que dans 80% à 90% du temps l'oeil et la tête ont la même direction. De tels systèmes ont fait l'objet de dépôts de nombreux brevets. Ces systèmes se classent en deux catégories: Dans la première catégorie, le système comprend (figure 1): - une sphère i de grand diamètre (par exemple 6 à 12 m) servant d'écran de projection; - une cabine 2 dans laquelle prend place le pilote; - un système de projection 3, à tête de projection 3A mobile selon deux axes, capable de projeter une image en tout point de la sphère. Ce système projette deux images soit au moyen de deux projecteurs indépendants soit au moyen de deux projecteurs et d'un mélangeur optique, ce qui permet d'avoir une seule tête de projection. Ces images (figure 2) sont issues d'un générateur d'images 4. La première de ces images est une image grand champ basse résolution (image de fond 5) et la deuxième une image petit champ haute résolution (image 6 dite de zone d'intérêt); - un système 7 de détection de la direction d'observation, relié au calculateur 4, qui détecte soit la direction de la tête, soit la direction du regard. Dans ce dernier cas (figure 3), le système comprend un détecteur de position de tête 8 qui donne la direction absolue de la tête, associé à un oculomètre 9 qui détecte la position relative de la pupille par rapport à la tête; - un dispositif d'asservissement 10 piloté par un calculateur 11 qui permet, en agissant sur la tête 3A, de déplacer les images et de les présenter dans la direction d'observation. Le fonctionnement d'un tel système est le suivant: le détecteur de tête ou de regard détecte la direction d'observation. Cette direction est envoyée au calculateur 11 qui pilote, via l'asservissement 10, le dispositif de projection de façon telle que celui-ci projette les deux images mélangées dans la direction d'observation. L'observateur a toujours ainsi une image de haute résolution dans sa direction d'observation et une image basse résolution autour, suffisante en vision périphérique. Le calculateur envoie également les consignes adéquates au générateur d'images afin que les images calculées correspondent à la direction d'observation. Dans la deuxième catégorie, le système comprend (figure 4): - une sphère 12 de grand diamètre servant d'écran de projection; - une cabine 13 dans laquelle prend place le pilote; - un système de projection composé: - d'un ou plusieurs projecteurs de fond à tête de projection fixe 14a, b, ... projetant sur la totalité de la sphère, ou au moins sur une demisphère, une image grand champ basse résolution; -d'un ou plusieurs projecteurs 15a, 15b de zone d'intérêt à tête de projection mobile selon deux axes, projetant une image haute résolution dans la direction d'observation; - un générateur d'images 16 qui calcule les différentes images; - un système 17 de détection de la direction d'observation identique à celui décrit pour les systèmes conformes à la première catégorie; - un dispositif d'asservissement 18 piloté par un calculateur 19 qui permet de déplacer l'image haute résolution et de la présenter dans la direction d'observation. Le fonctionnement d'un tel système est le suivant: le détecteur 17 de tête ou de regard détecte la direction d'observation. Cette direction est envoyée au calculateur 19 qui pilote via l'asservissement 18 le dispositif de projection de zone d'intérêt de façon telle que celui-ci envoie l'image haute résolution dans la direction d'observation. L'image haute résolution est soit superposée à l'image de fond à basse résolution, soit incrustée dans celle-ci. Dans ce cas, le calculateur envoie également au générateur d'images les consignes nécessaires pour qu'une zone noire apparaisse dans l'image du fond à l'endroit où sera projetée la zone d'intérêt. L'observateur a toujours ainsi une image de haute résolution dans sa direction d'observation et, autour, une image basse résolution suffisante en vision périphérique. Le calculateur envoie également les consignes adéquates au générateur d'images afin que les images calculées envoyées aux différents projecteurs correspondent à la direction d'observation. Ces systèmes ont un fonctionnement satisfaisant lorsqu'il y a un seul observateur dans la sphère. Lorsqu'il y a deux observateurs, le système ne donne plus satisfaction. En effet, soit une seule zone d'intérêt est projetée dans la direction d'observation de l'un des observateurs et alors le deuxième observateur a une image haute résolution qui ne correspond pas à sa propre direction d'observation, soit deux zones d'intérêt sont projetées et alors il y a une gêne physiologique pour chaque observateur provoquée par la zone d'intérêt de l'autre observateur, puisque chaque observateur perçoit alors sa propre image à haute résolution dans la direction de son regard et une deuxième image mobile à haute résolution ailleurs. La présente invention a pour objet un dispositif de projection sur écran, en particulier sur une sphère-écran pour plusieurs observateurs ou groupes d'observateurs, d'images comportant, pour chaque observateur, ou groupe d'observateurs au moins une partie qui ne puisse être observée que par cet observateur ou groupe d'observateur sans gêner l'autre ou les autres observateurs ou groupes d'observateurs. De préférence, la partie d'image visible par un observateur est asservie à sa direction d'observation. De façon avantageuse, les images projetées comportent une partie à grand champ visuel et faible définition, et une partie, dite "zone d'intérêt", à faible champ visuel et haute définition, cette dernière étant, le cas échéant, asservie à la direction d'observation de l'observateur (ou des observateurs) correspondant(s). Le dispositif de projection conforme à l'invention sur un support commun d'images destinées à des observateurs ou groupes d'observateurs différents, comportant au moins un projecteur, est caractérisé par le fait que chaque chemin optique des images destinées à un observateur ou groupe d'observateurs comporte un dispositif polariseur, les différents dispositifs polariseurs ayant des polarisations différentes, et les observateurs étant munis de moyens de sélection de polarisation correspondants 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: - les figures 1 à 4, déjà mentionnées, sont des schémas simplifiés de dispositifs de projection de l'art antérieur; - la figure 5 est une vue de côté simplifiée d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de projection conforme à l'invention pour deux observateurs, à têtes de projection mobiles d'images à grand champ visuel et d'images à faible champ visuel; -la figure 6 est un schéma explicatif du fonctionnement du dispositif de la figure 5; - la figure 7 est une vue de côté simplifiée d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de projection conforme à l'invention pour deux observateurs, à tête de projection grand angle fixe et tête de projection faible champ mobile; -la figure 8 est un schéma explicatif du fonctionnement du dispositif de la figure 7, et - la figure 9 est une vue de côté d'une variante de réalisation d'un dispositif de projection conforme à l'invention. L'invention est décrite cidessous en référence à un simulateur à sphère-écran de projection, tel qu'un simulateur d'aéronef, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à une telle application, et qu'elle peut être mise en oeuvre dans différents systèmes de projection multi-observateurs, projetant des images dont au moins une partie n'est pas destinée à la totalité des observateurs, et, ce, avec un écran pouvant avoir des formes diverses. Le dispositif de projection schématiquement représenté en figure 5 comporte essentiellement, d'une part, une sphère-écran de projection 20 renfermant une reproduction 21 de cabine d'avion dans laquelle peuvent prendre place deux observateurs (pilote et copilote par exemple) 22, 23 qui peuvent être l'un derrière l'autre ou côte à côte, et deux systèmes de projection 24, 25. Les casques de ces observateurs comportent un dispositif 22A, 23A respectivement, de localisation de la direction de leur tête ou de leur regard. Dans ce dernier cas, de façon analogue à celle, représentée en figure 3, le dispositif de localisation comprend un dispositif 8 de détection de position de la tête (donnant la direction absolue de l'orientation de la tête) associé à oculomètre 9 qui détecte la position relative de la pupille par rapport à la tête. Le dispositif de projection de la figure 5 comporte d'autre part un générateur d'images 26 envoyant des images aux systèmes de projection 24 et 25, et un dispositif 27 d'asservissement de filtres polariseurs (décrits ci-dessous). Le dispositif 27 est piloté par un calculateur 28 relié au générateur 26 et coopérant avec les dispositifs 22A, 23A. Bien entendu, la sphère 20 etlou la cabine 21 peuvent être supportées par un dispositif (non représenté) leur imprimant des mouvements, d'amplitude limitée, à un ou plusieurs degrés de liberté, les mouvements de la cabine pouvant être indépendants ou non de ceux de la sphère. Un tel dispositif d'animation est bien connu en soi et ne sera pas décrit. Chacun des deux systèmes de projection 24, 25 comprend essentiellement un projecteur d'images grand champ à faible définition (respectivement 29, 30), un projecteur d'images faible champ haute définition (respectivement 31, 32), un mélangeur (33, 34 respectivement), mélangeant les images des deux projecteurs correspondants, et une tête de projection (respectivement 35, 36). Les deux têtes de projection sont mobiles en site et en gisement sous la commande du générateur 26 agissant sur le dispositif d'asservissement 27. Les têtes de projection 35, 36 comportent chacune un conduit optique (respectivement 37, 38) à l'extrémité duquel est disposée une optique de projection appropriée (39, 40 respectivement). On dispose en un endroit approprié de chaque conduit 37, 38, par exemple près du mélangeur correspondant (33, 34), un filtre polariseur (respectivement 41, 42), mobile en rotation autour de l'axe optique du conduit. Ces filtres 41, 42 sont mus chacun par un moteur (non représenté) commandé par le dispositif d'asservissement 27. Par ailleurs, chaque observateur est muni de lunettes (respectivement 43, 44), dont les verres comportent un filtre polarisant ne laissant passer qu'une seule direction de polarisation, par exemple pour le premier observateur, la polarisation verticale, et pour le second la polarisation horizontale. Par exemple, comme représenté de façon très simplifiée en figure 6, on projette sur l'écran 20 deux images circulaires se composant chacune de deux parties concentriques, la partie intérieure 45 46 représentant l'image faible champ à haute résolution (zone d'intérêt), et la couronne 47, 48 entourant cette partie intérieure représentant l'image grand champ à basse résolution. Dans l'exemple représenté sur le dessin les deux images peuvent avoir divers emplacements relatifs sur l'écran 20: elles peuvent aussi bien n'avoir aucun point commun, ou bien se chevaucher de façon plus ou moins importante. Selon un autre exemple, non représenté, leur partie à grand champ peut être commune (et dans ce cas elle n'a besoin d'être projetée que par l'un des deux projecteurs), et leurs parties à haute résolution, indépendantes entre elles, peuvent se chevaucher ou non. Bien entendu, les formes des parties à haute résolution peuvent être quelconques, et leurs emplacements par rapport aux parties correspondantes à basse résolution peuvent être quelconques. Chaque image peut comporter une ou plusieurs parties à haute résolution (par exemple une zone d'intérêt pour une ou plusieurs cibles différentes évoluant dans cette zone d'intérêt), la partie à basse résolution pouvant être commune ou non. Selon une variante, chaque image ne comporte qu'une partie unique, qui peut être à haute ou basse résolution. Le fonctionnement du dispositif de la figure 5 est le suivant. Les détecteurs de direction de tête (direction en site et en gisement et avantageusement, en roulis, c'est-à-dire en rotation autour de la direction d'observation) etlou de regard détectent la direction d'observation de chacun des observateurs. Les données relatives à cette direction sont envoyées au calculateur 28 qui pilote, via l'asservissement 27, les deux dispositifs de projection de façon telle que chacun d'eux envoie les deux parties d'image mélangées (partie à grand champ et partie à faible champ) dans la direction d'observation de l'observateur correspondant. Le calculateur 28 commande également les rotations des deux filtres polariseurs 41, 42, de façon que la direction de polarisation de chacune des deux images projetées soit la même que celle de la polarisation des lunettes correspondantes. Dans l'exemple simplifié de la figure 6, I'observateur portant les lunettes 43 ne voit que l'image (45+47), tandis que l'autre observateur portant les lunettes 44 ne voit que l'image (46+48). Ainsi, aucun des deux observateurs n'est gêné par les images relatives à l'autre observateur. Bien entendu, le calculateur 28 commande le générateur d'images 26 pour que celui-ci produise des images correspondant à la direction d'observation de chacun des deux observateurs. L'invention n'est pas limitée à l'utilisation du dispositif de projection par deux observateurs. On peut envisager soit plusieurs observateurs devant observer chacun une image différente, soit plusieurs groupes d'observateurs, les observateurs d'un même groupe observant la même image, et chaque groupe observant une image différente. On a représenté en figure 7, un mode de réalisation pour lequel les têtes de projection de zones d'intérêt sont mobiles. Le dispositif de projection de la figure 7, destiné à deux observateurs, comporte essentiellement une sphère-écran 49 renfermant une cabine simulée 50, dans laquelle prennent place les deux observateurs et un système de projection 51. Le système de projection 51 comprend un dispositif de projection 52 à tête de projection fixe, destiné à l'image de fond et commun aux deux observateurs. Ce dispositif de projection 52 comporte un ou plusieurs projecteurs. Dans le cas représenté sur le dessin, ce dispositif 52 comprend deux projecteurs 53, 54, I'un (53) sensiblement orienté vers l'avant (dans la direction d'observation normale), et l'autre (54) vers l'arrière, ce, de façon à projeter des images sur la quasi totalité de la face intérieure de la sphère 49, c'est-à-dire sur environ 360C horizontalement et verticalement. Le système 51 comprend également un dispositif 55 de projection de zones d'intérêt à têtes de projection mobiles. Le dispositif 55 comporte deux projecteurs 56, 57 orientés vers l'avant et deux projecteurs 58, 59 orientés vers l'arrière. Les projecteurs 53, 54 comportent chacun une tête de projection fixe 53A, 54A se composant avantageusement d'un conduit optique 53B, 54B se terminant par un objectif grand angle (type "fish eye" par exemple) 53C, 54C. Les projecteurs 56 à 59 comportent chacun une tête de projection mobile 56A à 59A comprenant un conduit optique mobile en site et en gisement 56B à 59B dans lequel est inséré un filtre polariseur 56C à 59C mobile en rotation (mû par un moteur non représenté) autour de l'axe optique de la conduite correspondante, ce conduit se terminant par une optique standard 56D à 59D (par exemple une optique photographique de focale comprise entre 50 et 135 mm). Les images haute résolution produites par le projecteur 55 sont superposées aux images grand champ produites par les projecteurs 52. Chaque observateur est muni d'un dispositif 60 de détection de la direction d'observation. Ce dispositif détecte la direction de la tête (en site, gisement et roulis), etlou la direction du regard, et dans ce dernier cas, le dispositif de détection est similaire à celui représenté en figure 3. Le dispositif de la figure 7 comporte également, par exemple à l'extérieur de la sphère 49, un dispositif 61 d'asservissement piloté par un calculateur 62 qui est par ailleurs relié à un générateur d'images 63. Le générateur 63 est relié, de façon non représentée, aux différents projecteurs 52 et 55. Le dispositif d'asservissement 61 commande les mouvements des conduits optiques 56B à 59B et l'orientation des filtres polariseurs 56C à 59C. Le fonctionnement du dispositif de la figure 7 est le suivant. Les projecteurs 52 projettent sur l'écran 49 une image de fond non polarisée 64 de grandes dimensions (qui a été symbolisée en figure 8 par une simple surface circulaire). Un projecteur de l'ensemble 55, par exemple le projecteur 56, relatif à un premier observateur, projette sur l'écran 49 une image de zone d'intérêt polarisée 65, nettement plus petite que l'image 64. Un autre projecteur de l'ensemble 55, par exemple le projecteur 57, relatif à un deuxième observateur, projette sur l'écran 49 une image de zone d'intérêt polarisée 66, également nettement plus petite que l'image 64. Sur la figure 8, les images 65 et 66 sont superposées à l'image 64 et sont figurées par des surfaces circulaires qui s'intersectent légèrement, mais il est bien entendu que les formes, dimensions et positions relatives des images 65 et 66 peuvent être quelconques. Les polarisations des images 65 et 66 sont différentes: si elles sont rectilignes, elles sont avantageusement perpendiculaires entre elles, et si elles sont circulaires, elles sont de directions opposées. Les détecteurs 60 détectent la direction d'observation des observateurs correspondants. Cette information est communiquée au calculateur 62 qui pilote, via le dispositif d'asservissement 61, I'orientation (en site et en gisement) des objectifs des conduits optiques 56B à 59B (ou seulement de certains d'entre eux, si tous les projecteurs de l'ensemble 55 ne sont pas utilisés), ainsi que l'orientation des filtres 56C à 59C. Les lunettes du premier observateur sont référencées 67, et celle du second 68 (figure 8). L'orientation (en rotation autour de l'axe optique du conduit optique correspondant) des filtres 56C et 57C est commandée de façon que la direction de polarisation de l'image 65 soit la même que celle des lunettes 67, et que la direction de la polarisation de l'image 66 soit la même que celle des lunettes 68. Par conséquent, le premier observateur ne voit que la zone d'intérêt 65 superposée à l'image de fond 64, et le second observateur ne voit que la zone d'intérêt 66 superposée à l'image de fond 64. Bien entendu, le calculateur 62 commande le générateur d'images 63 de façon que les images des zones d'intérêt 65 et 66 correspondent effectivement à la direction d'observation du premier et du second observateur, respectivement. On a représenté en figure 9 une variante du dispositif de l'invention. Pour cette variante, on n'a représenté que les casques des observateurs et leurs lunettes, les dispositifs de projection pouvant être soit ceux de la figure 5, soit ceux de la figure 7. Sur cette figure 9, on a représenté le casque 69 du premier observateur, sur lequel est fixé un dispositif 70 de détection de direction d'observation. Les lunettes 71 de ce premier observateur sont munies de filtres polarisants à direction de polarisation fixe, par exemple verticale. Le casque 72 du second observateur est muni d'un dispositif 73 de détection de direction d'observation. Les lunettes 74 du second observateur comportent, pour chacun des deux verres, un filtre polariseur rotatif (75, 76). Ces filtres sont entraînés en rotation par des micromoteurs 75A, 76A respectivement, fixés sur la monture des lunettes. Les images projetées pour être vues uniquement par le premier observateur ont une direction de polarisation linéaire parallèle à celle de ses lunettes 71. Cet asservissement de la direction de polarisation des images est mis en oeuvre par le calculateur (28 ou 62) coopérant avec le dispositif d'asservissement correspondant (27 ou 61), et agissant sur l'orientation des filtres polariseurs correspondants (41 et 42 ou 56C et 58C) en fonction des informations d'inclinaison de tête (roulis) fournies par le détecteur 70. Le détecteur 73 détermine l'inclinaison (en roulis) de la tête du deuxième observateur, et communique sa valeur au calculateur correspondant (28 ou 62) qui commande, via le dispositif d'asservissement (27 ou 64) I'orientation des filtres 75, 76 de ses lunettes, afin que la direction de la polarisation des filtres 75, 76 soit perpendiculaire à celle des filtres des lunettes 71. De plus, ledit dispositif d'asservissement commande l'orientation des filtres de projection (41 et 42 ou 56C et 58C) pour que leur direction de polarisation soit parallèle à celle des filtres des lunettes correspondantes. Ainsi, on optimise le fonctionnement du dispositif de projection en assurant une constante perpendicularité entre les directions de polarisation des zones d'intérêt relatives aux deux observateurs, ainsi qu'entre les directions de polarisation des filtres de leurs lunettes (les directions de polarisation des filtres de projection étant constamment parallèles à celles des filtres correspondants des lunettes), ce qui évite la formation d'images fantômes (images destinées à l'un des observateurs et légèrement visibles par l'autre observateur lorsque les directions de polarisations ne sont pas perpendiculaires). Selon une variante, les filtres de vision ne sont pas disposés sur des lunettes, mais sur des visières portées par les observateurs (par exemple des visières fixées sur des casques). Lorsque chaque zone d'intérêt est destinée à un groupe d'observateurs, il ne peut, bien entendu, être question d'asservir sa position aux différentes directions d'observation des membres de ce groupe. Dans ce cas, on peut soit choisir l'un des membres comme "pilote" de l'asservissement, soit établir la direction moyenne d'observation. De façon avantageuse, la sphère-écran de projection est recouverte d'un revêtement conservant la polarisation des images projetées sur elle. REVENDICATIONS 1. Dispositif de projection sur un support commun d'images destinées à des observateurs ou groupes d'observateurs différents comportant au moins un projecteur, caractérisé par le fait que chaque chemin optique (37, 38, 56B à 59B) des images destinées à un observateur ou groupe d'observateurs comporte un dispositif polariseur (41, 42, 56C à 59C), les différents dispositifs polariseurs ayant des polarisations différentes, et les observateurs étant munis de moyens de sélection de polarisation correspondants (43, 44, 67, 68, 71, 74). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif polariseur est inséré dans un conduit optique (37, 38, 56B à 59B) disposé entre un projecteur (29 à 32, 55) et son optique de projection (39, 40, 56D à 59D). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens de sélection de polarisation comportent des filtres polariseurs. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de sélection de polarisation sont disposés sur des lunettes (67, 68, 71, 74). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de sélection de polarisation sont disposés sur une visière. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les images projetées comportent une partie de fond à grand champ (47, 48, 64) pouvant être vue par tous les observateurs et des zones d'intérêt (45, 46, 65, 66) à faible champ destinées chacune à un observateur ou groupe d'observateurs différent. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la position de chaque zone d'intérêt est asservie à la direction d'observation de l'observateur ou du groupe d'observateurs correspondant. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les polarisations des dispositifs polariseurs sont linéaires. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les polarisations des dispositifs polariseurs sont circulaires. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les dispositifs polariseurs des chemins optiques sont mobiles en rotation autour de l'axe optique de ces chemins. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la position angulaire des dispositifs polariseurs est commandée par un calculateur (28, 62) coopérant avec un dispositif de détection d'orientation de la tête des observateurs (22a, 23a, 60). 12. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisé par le fait que les filtres polariseurs des moyens de sélection de polarisation d'au moins l'un des observateurs sont mobiles en rotation. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le support commun de projection (20, 49) est muni d'un revêtement conservant la polarisation.