Brevet FR2723450A1 — publié le 19960209

APPAREIL POUR AFFICHER UNE IMAGE La présente invention concerne un appareil pour afficher une image d'un objet, comprenant un diviseur de faisceau placé sur un chemin de lumière depuis l'objet, et un écran sélectif en direction placé sur un chemin de lumière provenant de l'objet qui a été transmise ou réfléchie par le diviseur de faisceau. Dans un appareil connu pour afficher une image réelle, décrit dans la demande de brevet PCT WO 82/00911, un objet éclairé est placé en haut d'une boîte rectangulaire à trois côtés. Le côté de la boîte tourné vers l'observateur est ouvert, le côté opposé à l'observateur est opaque, et la base est un écran sélectif en direction de la forme d'une couche de matière rétro-réfléchissante. Un diviseur de faisceau est placé selon un angle de 45 degrés par rapport aux trois côtés, de sorte qu'il fait un angle oblique avec la couche de manière rétro-réfléchissante. Le diviseur de faisceau est ainsi placé sur un chemin de lumière depuis l'objet, et l'écran rétro-réfléchissant est placé sur un chemin de lumière provenant de l'objet qui a été réfléchie par le diviseur de faisceau. Une image réelle (qui peut être tridimensionnelle) apparaît à l'observateur comme suspendue dans l'espace devant le diviseur de faisceau. Un inconvénient de ce dispositif de l'art antérieur est que des images virtuelles et/ou multiples ne sont pas affichées. L'image n'est également pas affichée superposée à une scène vue par un observateur et ne peut donc pas être utilisée dans des applications telles que des collimateurs de pilotage ou des procédés de visée. Selon un premier aspect de l'invention, il est prévu un dispositif tel que défini au paragraphe précédent, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une feuille de transmission optique partiellement réfléchissante, placée sur un chemin de lumière provenant de l'objet qui a été transmise ou réfléchie par le diviseur de faisceau, de sorte qu'une pluralité d'images visibles sont formées à partir de l'objet. Cet appareil donne la possibilité d'afficher une image virtuelle en plus de l'image réelle. L'image virtuelle est en général dans un plan différent de celui de l'image réelle. De préférence, le diviseur de faisceau est un diviseur de faisceau polarisant. Cela peut apporter l'avantage d'une plus grande brillance de l'image. Cela apparaît le plus lorsque de la lumière polarisée est utilisée. De manière avantageuse, l'appareil comprend de plus des moyens pour changer l'orientation de polarisation circulaire de la lumière se déplaçant en direction du diviseur de faisceau d'une orientation droite-gauche à l'autre de manière synchronisée à une modification de l'image en cours de projection. Cela confère l'avantage que deux images différentes peuvent être affichées apparemment simultanément. Selon un autre aspect de l'invention, l'appareil ci-dessus est modifié en remplaçant la feuille de transmission optique partiellement réfléchissante par un miroir. Des modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits, à titre d'exemple seulement, en se référant aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: La figure 1 montre un premier mode de réalisation de l'appareil selon la présente invention; La figure 2 montre un deuxième mode de réalisation; et La figure 3 -montre un troisième mode de réalisation. Sur les figures ci-dessus, des éléments similaires ont autant que possible été repérés avec les mêmes numéros. Sur la figure 1, un appareil pour afficher une image d'un objet (1) à un observateur (8) comprend un écran sélectif en direction (4) fait d'une feuille de rétro- réflecteurs en coins de cube qui est agencée pour faire face à l'image. Un diviseur de faisceau (3) constitué d'une couche de matière à cristaux liquides cholestériques à molécules alignées (dans le cas présent Wacker LC-Silicones CC4053L (vert) fourni par Consortium fur Elektrochemische Industrie GmbH, Munich) est placé à ' par rapport à l'écran rétro-réfléchissant (4) et la lumière provenant de l'objet (1). Des moyens d'affichage (2) sous la forme d'un écran à tube cathodique sont utilisés pour fournir l'objet, dans le cas présent lui-même une image, et la lumière voyage de l'objet (1) à l'écran (4) par l'intermédiaire du diviseur de faisceau (3). Ainsi, le diviseur de faisceau est placé sur un chemin de lumière depuis l'objet, et l'écran sélectif en direction est placé sur un chemin de lumière qui a été transmise par le diviseur de faisceau. Une feuille de transmission optique (5) partiellement réfléchissante, sous la forme d'un miroir semi- argenté, est placée selon un angle oblique (45') par rapport au diviseur de faisceau (3), sur un chemin de lumière provenant de l'objet qui a été réfléchie par le diviseur de faisceau, et est placée perpendiculaire à l'écran (4) sélectif en direction. Dans cet agencement, le miroir semi-argenté peut être vu par l'observateur (8) à travers le diviseur de faisceau. Dans ce mode de réalisation, l'observateur voit une image réelle (7) et une image virtuelle (6). Comme le diviseur de faisceau (3) et le miroir semiargenté (5) sont tous deux partiellement -transparents, l'observateur verra également tout autre objet ou image (10) présent à l'arrière-plan derrière l'appareil. Ainsi, l'appareil peut être utilisé comme collimateur de vol. En général, chaque image est située dans un plan différent. Dans un deuxième mode de réalisation, représenté schématiquement sur la figure 2, la seule différence est que le diviseur de faisceau (3) a été tourné d'un quart de tour autour d'un axe perpendiculaire à la page. Cela donne une image réelle (9) et une image virtuelle (6), avec un espacement plus grand entre elles que les images 6 et 7 de la figure 1. Pour tous les autres aspects, l'appareil est identique dans les deux exemples. Il faut noter cependant que, dans cet exemple, l'orientation droite-gauche des images 6 et 9 est inversée par rapport à celles observées dans le premier exemple ci-dessus. Sur les deux figures, les images réelle et virtuelle sont tournées dans la même direction. Un troisième mode de réalisation est montré sur la figure 3. Dans ce mode de réalisation, des moyens polarisants sont prévus pour changer l'état de polarisation de la lumière projetée en direction du diviseur de faisceau (3). Dans le présent mode de réalisation, cela comprend une plaque retardatrice commutable électriquement (12), constituée d'une cellule ferroélectrique à cristaux liquides entre deux électrodes. Les cristaux liquides présentent une biréfringence Dn et une épaisseur d qui satisfont à l'équation dDn/l = 1/2 o 1 correspond de préférence à la longueur d'onde de réflexion maximale pour les cristaux liquides cholestériques alignés intégrés dans le diviseur de faisceau 3 (dans le cas présent, d vaut environ 1,4 microns et la longueur d'onde de réflexion maximale est d'environ 550 nm). L'appareil comprend également un polariseur circulaire 14 pour polariser circulairement la lumière émise par l'image 1 sur l'écran du tube cathodique 2. Dans cet exemple, il est possible de permuter l'orientation droite- gauche de l'état de polarisation de la lumière arrivant sur le diviseur de faisceau CLC. Cette lumière est substantiellement réfléchie, dans le présent mode de réalisation, lorsqu'elle est polarisée circulairement à gauche, et substantiellement transmise par le diviseur de faisceau lorsqu'elle est polarisée circulairement à droite. La lumière polarisée circulairement à droite qui est transmise par le diviseur de faisceau 3 circule en direction du réseau de rétro-réflecteurs 4. Lors de la réflexion, elle est transformée en une lumière polarisée circulairement à gauche, qui revient en direction du diviseur de faisceau et est alors substantiellement réfléchie par le diviseur de faisceau pour former l'image réelle 9. Si la plaque retardatrice est alors commutée de sorte que la lumière polarisée circulairement à gauche se déplace en direction du diviseur de faisceau, celle-ci est réfléchie en direction de la feuille de transmission optique 5 partiellement réfléchissante. Cette lumière sera partiellement réfléchie par la feuille 5, et est transformée lors de sa réflexion en lumière polarisée à droite, qui revient en direction du diviseur de faisceau et est cette fois-ci transmise pour former une image virtuelle 6 visible par un observateur 8. Si deux images différentes sont affichées une après l'autre sur le tube cathodique 2 et la plaque retardatrice est commutée de manière synchronisée au changement de l'une à l'autre, la lumière de la première image présentera toujours la même orientation droite- gauche de polarisation circulaire et il s'agira d'une orientation différente de celle de la lumière de la deuxième image. Ainsi une image sera toujours rétro-réfléchie et apparaîtra en tant qu'image réelle 9 devant le diviseur de faisceau, alors que l'autre image sera toujours simplement réfléchie par la feuille 5 et formera une image virtuelle derrière le diviseur de faisceau, à une distance apparente à l'observateur 8 différente de celle de la première image. Si l'image du tube cathodique et la plaque retardatrice demi-onde sont toutes deux commutées en synchronisation à une fréquence supérieure à la fréquence de fusion critique pour l'observateur 8 (par exemple 100 Hz), alors l'observateur verra deux images (qui peuvent être différentes ou identiques si le tube cathodique n'est en fait pas commuté ou est commuté pour montrer la même image) à des distances différentes, de façon continue et simultanée. Bien que, dans les exemples précédents, un rétro-réflecteurs à coins de cubes ait été utilisé comme écran sélectif en direction, d'autres écrans rétro-réfléchissants ou auto-collimatants tels que des écrans lenticulaires ou des réseaux de micro-lentilles peuvent être utilisés. Bien qu'un diviseur de faisceau de la forme d'une feuille de cristaux liquides cholestériques à molécules alignées ait été décrit, d'autres diviseurs de polarisation ou diviseurs de faisceau, tels que par exemple un miroir semi-argenté, peuvent être utilisés en alternative dans les exemples ci-dessus montrés sur les figures 1 et 2. Cependant, seuls des diviseurs de polarisation fonctionneront dans l'exemple montré sur la figure 3. L'utilisation d'un miroir semi-argenté réduira toutefois de façon substantielle la brillance apparente des images sur la figure 1 et la figure 2. Bien que, dans les exemples ci-dessus, l'objet ait été fourni par un écran de tube cathodique, tout objet éclairé ou moyen d'affichage d'images, tel que des affichages à cristaux liquides ou des systèmes de projection par transparence, peuvent être utilisés. Dans une modification des modes de réalisation ci-dessus, la feuille de transmission optique partiellement réfléchissante peut être remplacée par un miroir. Ce mode de réalisation ne peut pas être utilisé comme collimateur de vol, car il ne transmet pas la lumière. Un miroir dichroique pourrait également être utilisé en alternative, car celui-ci réfléchira seulement dans un domaine étroit de longueurs d'onde et pourra donc être considéré comme partiellement réfléchissant. Une réflexion de Fresnel depuis une feuille transparente telle que le pare-brise d'un avion ou d'une voiture peut également être utilisée en alternative. La feuille de transmission optique partiellement réfléchissante n'a pas besoin d'être plane. Dans les exemples ci-dessus, la distance de l'objet (1) au diviseur de faisceau détermine la position des images. L'écran sélectif en direction peut être déplacé sans modifier la position des images. Sur la figure 1, le fait de réduire la distance entre l'objet (1) et le diviseur de faisceau (3) conduira les images 6 et 7 à se rapprocher de la feuille de transmission optique (5). Sur la figure 1, le fait de déplacer la feuille de transmission optique partiellement réfléchissante 5 en direction de l'observateur 8 conduira à ce que l'image réelle 7 se rapproche de l'observateur, mais l'autre image ne bougera pas. Sur la figure 2, le fait de déplacer la feuille de transmission optique partiellement réfléchissante 5 en direction de l'observateur 8-conduira l'image réelle à rester à la même place, mais l'image virtuelle 6 à se rapprocher de l'observateur. Dans tous les exemples ci-dessus, le fait d'incliner la feuille 5 ou la feuille 3, ou les deux, conduira les images à changer de positions apparentes. Cet effet permet à l'appareil d'être utilisé pour une visée ou un alignement. R E V E N D I C A T I O N S 1. Appareil pour afficher une image d'un objet, comprenant un diviseur de faisceau placé sur un chemin de lumière depuis l'objet, et un écran sélectif en direction placé sur un chemin de lumière provenant de l'objet qui a été transmise ou réfléchie par le diviseur de faisceau, caractérisé en ce que l'appareil comprend de plus une feuille de transmission optique partiellement réfléchissante, placée sur un chemin de lumière provenant de l'objet qui a été transmise ou réfléchie par le diviseur de faisceau, de sorte qu'une pluralité d'images visibles sont formées à partir de l'objet. 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel la feuille de transmission optique partiellement réfléchissante est remplacée par un miroir. 3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel les images visibles sont superposées sur une scène vue par un observateur à travers le diviseur de faisceau et/ou la feuille de transmission optique partiellement réfléchissante. 4. Appareil selon la revendication 1, comprenant un collimateur de pilotage ou une visualisation tête basse. 5. Appareil selon la revendication 2, comprenant une visualisation tête basse. 6. Appareil selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'écran sélectif en direction comprend un matériau rétro-réfléchissant. 7. Appareil selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le diviseur de faisceau est un diviseur à polarisation. 8. Appareil selon la revendication 7, comprenant de plus des moyens pour changer le sens de polarisation circulaire de la lumière circulant en direction du diviseur de faisceaus d'une orientation droite-gauche à l'autre. 9. Appareil selon la revendication 8, dans lequel l'état de polarisation de la lumière est modifié de manière synchronisée à une variation de l'image en cours de projection. 10. Appareil selon la revendication 9, dans lequel l'état de polarisation de la lumière est varié à une fréquence supérieure à une fréquence de fusion critique pour l'observateur. 11. Appareil selon la revendication 1, dans lequel chacune de la pluralité d'images est située dans un plan respectif.