Brevet FR2780519A1 — publié le 19991231

La présente invention se rapporte à un dispositif de collimation à coefficient de transmission amélioré. Les dispositifs tels que les visuels de casque comportent généralement un collimateur associé à une source d'images synthétiques (tube cathodique ou écran à cristaux liquides). On a représenté en figure 1 un tel collimateur 1. Ce collimateur 1 comporte essentiellement une lame semi-réfléchissante 2 disposée à 45 par rapport à l'axe de visée de l0 l'utilisateur. Un miroir sphérique semi-réfléchissant 4 est disposé au- delà de la lame 2, son axe optique étant confondu avec l'axe 3. Une source d'images est disposée latéralement, de telle sorte que son axe optique 6 soit perpendiculaire à l'axe 3 et intersecte ce dernier sur le plan de la lame 2, du côté du miroir 4. Un dispositif optique 7 est disposé sur l'axe 6, entre la source 5 et la lame 2. Avec le dispositif 1, l'observateur ne perçoit que 25 % de l'intensité lumineuse des scènes extérieures (50 % de pertes à la traversée du miroir 4 et 50 % à la traversée de la lame 2), et il ne perçoit que 12,5 % de l'intensité lumineuse des images de la source 5 (50 % de pertes à la réflexion sur la lame 2, puis 50 % de pertes à la réflexion sur le miroir 4 et % à la traversée de la lame 2). La présente invention a pour objet un dispositif de collimation du type précité qui présente une plus faible atténuation de la lumière de la source d'images que le dispositif connu précité, tout en ayant un bon contraste, et qui ne soit pas plus complexe et plus onéreux que le dispositif connu. Le dispositif de collimation conforme à l'invention, du type à lame à 45 suivie d'un miroir sphérique semi-réfléchissant, et comportant une source d'images, est caractérisé en ce que la lame à 45 comporte un film DBEF et qu'elle est associée à un dispositif optique polarisant de façons différentes les rayons lumineux arrivant sur elle en provenance directe de la source d'images et ceux réfléchis par le miroir sphérique après réflexion sur la lame à 45 . Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le dispositif à deux polarisations différentes comporte une lame quart d'onde accolée au film DBEF, du côté du miroir sphérique. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le dispositif à deux polarisations différentes comporte une lame quart d'onde disposée devant la face concave du miroir sphérique. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de deux modes de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1, déjà mentionnée ci-dessus est une vue schématique d'un collimateur de l'art antérieur, et - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques de deux modes de réalisation d'un collimateur conforme à l'invention. Le collimateur optique 8 représenté en figure 2 comporte, sur l'axe de visée 8A de l'observateur 9, une lame semi-réfléchissante 10 à sélection de polarisation en film DBEF, inclinée à 45 par rapport à cet axe, à laquelle est accolée une lame quart d'onde 11. Le film DBEF, fabriqué par la Société " 3M " a la propriété de réfléchir des ondes lumineuses polarisées linéairement d'une sorte (de polarisation " S " dans le présent exemple) et de laisser passer celles ayant l'autre polarisation linéaire (polarisation " P " dans le présent exemple). La lame quart d'onde 11 est disposée du côté de la lame 10 opposé à l'observateur 9. L'ensemble des lames 10 et 11 a la propriété de réfléchir des ondes lumineuses à polarisation circulaire d'une sorte (polarisation circulaire droite dans le présent exemple) et de laisser passer celles ayant l'autre sorte de polarisation circulaire (gauche, dans le présent exemple). Devant la lame 11, on dispose un miroir sphérique semi- réfléchissant 12, dont l'axe optique se confond avec l'axe 8. La source d'images 13 est disposée de façon que son axe optique 14 soit perpendiculaire à l'axe 8 et coupe ce dernier sur la face libre de la lame 11, en un point 15. Cette source d'images est, dans le présent exemple, un tube cathodique, relié à un générateur d'images réelles et/ou synthétiques (non représenté). Devant la source 13, on dispose une optique 18, de façon que l'axe optique du dispositif 18 soit confondu avec l'axe 14. Le fonctionnement du collimateur décrit ci-dessus est le suivant. Les rayons lumineux issus de la source 13 sont polarisés circulairement à droite en étant réfléchis par l'ensemble des lames 10 + 11 vers le miroir sphérique 12. Ce miroir les réfléchit en modifiant leur polarisation: ils deviennent polarisés circulairement à gauche, et peuvent donc traverser l'ensemble des lames 10 + 11 en direction de l'observateur 9. Après avoir traversé la lame 10, les rayons lumineux sont polarisés linéairement " P ". Les rayons lumineux provenant de l'environnement extérieur traversent le miroir semi-réfléchissant 12, puis traversent l'ensemble des lames 10 + 11 et parviennent à l'observateur 9 avec une polarisation linéaire " P ". On notera que l'image virtuelle de la source 13 est formée sur la sphère focale 19 du miroir 12, entre la lame 10 et l'observateur 9, et qu'une image virtuelle intermédiaire 20 est formée sur l'axe 14, entre l'optique 18 et la lame 11. La luminosité des rayons lumineux est atténuée de moitié à la traversée du miroir 12 ou à la réflexion sur le miroir 12. D'autre part, la luminosité des rayons provenant de l'extérieur ou de la source 13, en lumière naturelle non polarisée, est atténuée de moitié à la traversée des lames 10-11. Par conséquent, aussi bien les rayons provenant de la source 13 que ceux provenant de l'extérieur arrivent à l'observateur avec une luminosité égale à pratiquement 25 % de leur luminosité initiale. Si la source 13 est constituée par un écran à cristaux liquides, celui- ci étant généralement muni d'un polariseur linéaire, il suffit alors d'adjoindre à la source 13 une lame quart d'onde (17) pour obtenir des rayons polarisés circulairement à droite qui sont réfléchis pratiquement sans atténuation par l'ensemble des lames 10 + 11. Ceci augmente le rendement lumineux du collimateur vis-à-vis des images de la source 13 (en considérant la luminosité des rayons sortant de l'écran), ce rendement étant alors de %. On notera également que le contraste du dispositif de l'invention est amélioré par rapport à celui de l'art antérieur parce qu'il n'y a pas de rétro-réflexion des rayons lumineux de la source 13 par la lame à 45 . Le contraste peut encore être amélioré en évitant la réflexion par les lames 10 + 11 vers la source 13, des rayons lumineux provenant de l'extérieur, ceci en ajoutant devant la face convexe du miroir sphérique semi-réfléchissant 12, un polariseur circulaire 16 qui ne laisse passer que les rayons polarisés circulairement à gauche qui sont transmis par les lames 10 + 11. Dans le cas o l'on n'a pas besoin de voir des scènes extérieures, mais uniquement des images provenant de la source 13, on remplace le miroir sphérique semi-réfléchissant par un miroir sphérique, dont le coefficient de réflexion est pratiquement de 100 %, et le rendement lumineux passe à pratiquement 50 % si la source est un tube cathodique, et à pratiquement 100 % si elle est un écran à cristaux liquides (muni d'un polariseur interne). O10 On a représenté en figure 3 un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention, qui reprend une partie des éléments du dispositif 8 de la figure 2, les éléments similaires à ceux de la figure 2 étant affectés des mêmes références numériques. Dans ce dispositif 21 de la figure 3, on dispose une lame quart d'onde 23 devant la face concave du miroir 12, perpendiculairement à l'axe 8. La lame 10 n'est accolée à aucune lame. Le fonctionnement du dispositif 21 est similaire à celui du dispositif 8 de la figure 2. Les rayons lumineux 24 de la scène extérieure traversent le miroir 12, la lame 23 et la lame 10, pour arriver avec une polarisation linéaire " P " à l'observateur 9. Les rayons lumineux issus de la source 13 sont polarisés linéairement " S " en se réfléchissant sur la lame vers le miroir 12. Après réflexion sur le miroir 12 et traversée de la lame 23, ces rayons sont polarisés linéairement " P " et peuvent donc traverser la lame 10 pour arriver à l'observateur 9. Comme dans le cas du dispositif 8 de la figure 2, on peut remplacer le tube cathodique 13 par un écran à cristaux liquides, ce qui augmente le rendement lumineux vis-à-vis des images de la source 13, ce rendement étant alors de 50 %. Bien entendu, il est possible d'utiliser un film DBEF réfléchissant non pas les rayons polarisés " S ", mais ceux polarisés " P ", et on change en conséquence les polariseurs 16 (qui devient un polariseur circulaire à droite) et 22 (qui devient un polariseur " S "). On notera également que comme pour le dispositif 8, le contraste du dispositif de l'invention est amélioré par rapport à celui de l'art antérieur parce qu'il n'y a pas de rétro-réflexion des rayons lumineux de la source 13 par la lame à 45 . Ce contraste peut encore être amélioré en évitant la réflexion par la lame 10 à 45 vers la source 13, des rayons lumineux provenant de l'extérieur ceci en ajoutant devant le miroir sphérique semi- réfléchissant 12 un polariseur linéaire " P " 22 qui ne laisse passer que les rayons polarisés " P " qui sont transmis par la lame 10. REVENDICATIONS 1. Dispositif de collimation, du type à lame à 45 (10) suivie d'un miroir sphérique (12) semi-réfléchissant, et comportant une source d'images (13), caractérisé en ce que la lame à 45 comporte un film DBEF et qu'elle est associée à un dispositif optique (11-12-17 ou 12,23) polarisant de façons différentes les rayons lumineux arrivant sur elle en provenance directe de la source d'images (13) et ceux réfléchis par le miroir sphérique (12) après réflexion sur la lame à 45 . 2. Dispositif selon la revendication 1, avec une source d'images constituée par un tube cathodique, caractérisé en ce que le dispositif à deux polarisations différentes comporte une lame quart d'onde (11) accolée au film DBEF, du côté du miroir sphérique. 3. Dispositif selon la revendication 1, avec une source d'images constituée par un écran à cristaux liquides comportant son propre polariseur linéaire, caractérisé en ce que le dispositif à deux polarisations différentes comporte une lame quart d'onde (17) disposée devant la source d'images, et une autre lame quart d'onde (11) accolée au film DBEF, du côté du miroir sphérique. 4. Dispositif selon la revendication 1, avec une source d'images constituée par un tube cathodique, caractérisé en ce que le dispositif à deux polarisations différentes comporte une lame quart d'onde (23) disposée devant la face concave du miroir sphérique. 5. Dispositif selon la revendication 1, avec une source d'images constituée par un écran à cristaux liquides comportant son propre polariseur linéaire, caractérisé en ce que le dispositif à deux polarisations différentes comporte une lame quart d'onde (23) disposée devant la face concave du miroir sphérique (12). 6. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, devant la face convexe du miroir sphérique un polariseur circulaire (16). 7. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre devant la face convexe du miroir sphérique un polariseur linéaire (22). 8. Dispositif de collimation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le miroir sphérique semi- réfléchissant est remplacé par un miroir sphérique réfléchissant.