Brevet FR2790113A1 — publié le 20000825

DISPOSITIF DE PROJECTION A HAUTE LUMINOSITE ET FAIBLE POIDS, EN PARTICULIER POUR SIMULATEURS DE PILOTAGE. La présente invention se rapporte à un dispositif de projection à haute luminosité et faible poids, en particulier pour simulateurs de pilotage. Dans les simulateurs d'avions, et en particulier d'avions gros porteurs, on utilise pour la restitution de l'environnement visuel du pilote des projecteurs à tubes à rayons cathodiques à balayage mixte télévision/calligraphique. Le balayage mixte est indispensable car, d'une part, le balayage télévision est nécessaire pour restituer les images de paysage, tandis que, d'autre part, seul le balayage calligraphique permet d'obtenir des points très lumineux (par arrêt du balayage) et de faible diamètre nécessaires à la simulation des feux de pistes d'atterrissage. Lorsque l'on essaie de restituer les feux avec le balayage de type télévision, leur luminosité est insuffisante car le temps d'éclairage des points lumineux est beaucoup plus court qu'en balayage calligraphique. En outre, le diamètre des feux, en balayage télévision, est beaucoup plus important, car il faut décrire chaque feu avec au moins quatre pixels pour éviter toute atténuation des feux situés entre deux lignes de balayage. Le poids d'un projecteur à balayage mixte télévision/calligraphique équipé de tubes à rayons cathodiques ayant, par exemple, une diagonale de 9 pouces, nécessaire pour obtenir la luminosité requise, est d'environ 200 kg. Ce poids très élevé entraîne un important moment d'inertie du projecteur par rapport au centre de la plate-forme mobile (en effet, les projecteurs sont éloignés du centre de cette plate-forme); ce qui oblige à surdimensionner les structures supportant les projecteurs, ainsi que la plate-forme. Pour réduire le coût de la plate-forme et des structures, il est indispensable de réduire le poids des projecteurs. D'autre part, on constate sur les projecteurs à tubes à rayons cathodiques une dérive de la convergence, qui nécessite des retouches fréquentes du réglage de convergence pour maintenir une qualité d'image optimale. La présente invention a pour objet un dispositif de faible poids pour la projection sur écran d'images à haute luminosité, pouvant restituer un environnement visuel tel que celui d'un simulateur de pilotage, en particulier de pilotage d'avions gros porteurs, avec une qualité d'image optimale, aussi bien pour des images diurnes que crépusculaires ou nocturnes, et dont le poids soit nettement inférieur à celui des projecteurs connus (par exemple 50 kg au lieu de 200 kg). Le dispositif de projection conforme à l'invention, pour la projection d'images sur un écran comporte au moins un ensemble composé d'un projecteur à un seul tube monochrome à rayons cathodiques et d'un projecteur à valve de lumière et adressage matriciel, les images projetées sur l'écran par ces deux projecteurs étant superposées en coïncidence, le projecteur à tube à rayons cathodiques projetant des images sensiblement ponctuelles, et l'autre projecteur projetant des images d'environnement. Selon une caractéristique de l'invention, pour la projection d'images d'un simulateur de pilotage, le projecteur à adressage matriciel est équipé d'un atténuateur commandé, et l'autre projecteur comporte un tube à phosphores monochromes, de préférence blancs, et est équipé d'un filtre chromatique commutable. La présente inventions sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, dont la figure unique est un schéma simplifié d'un dispositif de projection conforme à l'invention. L'invention est décrite ci-dessous en référence à un dispositif de projection pour simulateur de pilotage d'avions gros porteurs, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à cette seule application, et qu'elle peut être mise en oeuvre pour d'autres applications: simulateurs divers, dispositifs de projection pour équipements autres que les simulateurs, etc.... Sur la figure unique du dessin, on n'a représenté qu'un seul ensemble 1 de deux projecteurs, mais il est bien entendu que le dispositif de l'invention peut comporter plusieurs ensembles disposés côte à côte et/ou les uns au-dessus des autres afin d'obtenir des images projetées à très grand champ horizontal et/ou vertical, l'écran de projection étant dimensionné en conséquence. Lorsqu'il y a plusieurs ensembles, ils sont synchronisés tous ensemble et leurs images projetées sont traitées de façon à se raccorder parfaitement sur l'écran de projection, et, le cas échéant, corrigées géométriquement, cela de façon connue en soi. L'ensemble 1 comporte deux projecteurs 2,3 dont les images sont projetées en superposition et en coïncidence sur un écran sphérique 4. La coïncidence est comprise au sens o les images de feux de pistes d'atterrissage (projetées par le projecteur 3) doivent s'incruster à leur emplacement exact dans les images de paysage environnant (projetées par le projecteur 2). Le projecteur 2 est du type à valve de lumière ("light valve" en anglais), et à adressage matriciel, et il peut être soit un projecteur LCD (à matrice à cristaux liquides) soit un projecteur DMD ("Digital Mirror Device", c'est à dire un projecteur à micro-miroirs en disposition matricielle). Ces projecteurs LCD ou DMD sont plus lumineux (500 à 1000 lumens ANSI pour des projecteurs standard) que ceux à tubes à rayons cathodiques (250 lumens ANSI pour un projecteur à tubes de 9 pouces) et plus légers (5à 15 kg) que ces derniers (90 kg pour un projecteur à tubes de 9 pouces). Le seul problème avec les projecteurs LCD ou DMD est qu'ils n'ont pas de mode équivalent au balayage calligraphique des projecteurs à tubes à rayons cathodiques, ce qui ne leur permet pas de reproduire des images de feux avec une luminosité suffisante. Pour cette raison, le dispositif de l'invention associe ces deux types de projecteurs. Le projecteur 2 est d'un modèle standard, d'un poids inférieur à 15 kg. Il est équipé classiquement d'une optique de projection 5 devant laquelle on place un atténuateur commandé 6, par exemple du type à cristaux liquides, ou bien purement mécanique. En variante, cet atténuateur peut être disposé en amont de l'optique 5, à l'intérieur du projecteur 2. Le projecteur 3 est un projecteur à un seul tube 7 à rayons cathodiques à phosphore blanc. Devant le tube 7, à l'intérieur du boîtier du projecteur, on dispose un filtre chromatique commutable 8. Ce filtre est destiné à conférer aux images de feux de pistes projetées par le projecteur 3 les couleurs spécifiques appropriées, à savoir: rouge, vert, bleu, orange et blanc. Ce filtre est par exemple un modèle à cristaux liquides ferroélectriques et polariseurs dichroïques, à commutation très rapide (temps de commutation inférieur à 200 ps). Le projecteur 3 est équipé, comme le projecteur 2, d'une optique de projection 9. En variante, le filtre 8 peut être disposé en aval de l'optique 9. L'atténuateur 6 est réglé de la façon suivante. Pour la restitution d'images de vol en plein jour, il est complètement ouvert, et n'apporte donc aucune atténuation à ces images. Pour la restitution des images nocturnes ou crépusculaires, I'atténuateur est réglé avec une image amont blanche à luminosité maximale (c'est à dire que les cellules l0 modulatrices de lumière du projecteur LCD ou DMD sont complètement ouvertes), afin que la luminosité des images crépusculaires ou nocturnes ne dépasse jamais une valeur maximale réaliste. De cette façon, on conserve aux images nocturnes ou crépusculaires la dynamique totale de luminance permise par les cellules modulatrices des projecteurs LCD ou DMD, et on réduit de façon importante le niveau du noir, jusqu'à une valeur réaliste. Pour obtenir un champ visuel horizontal suffisant (par exemple de 60 ), il est nécessaire de raccorder horizontalement les images de plusieurs projecteurs (trois projecteurs pour obtenir 60 par exemple). Le champ visuel vertical est d'environ 40 . Cela nécessite un contrôle précis des distorsions géométriques de projection de chaque projecteur, en particulier dans la zone de raccordement des images de ces projecteurs. A cet effet, on ajoute un dispositif de correction des distorsions géométriques de projection, dispositif qui peut être intégré dans le projecteur ou dans la source d'images ou dans un circuit électrique disposé entre la source d'images et les projecteurs. Selon un aspect de l'invention, on désature les couleurs des feux monochromes de pistes en superposant un feu blanc à ces feux monochromes. Les feux monochromes sont adressés couleur par couleur, et tracés séquentiellement, pendant la durée totale d'une trame de l'image, ce qui permet de maintenir le spot de ce tube immobile suffisamment longtemps pour augmenter la luminosité de chaque point et compenser la luminosité moindre des phosphores blancs par rapport à celle des phosphores rouges, verts et bleus des tubes cathodiques trichromes de l'art antérieur, et de compenser l'atténuation introduite par le filtre commutable 8. De même que pour les projecteurs 2, une correction des distorsions géométriques de projection est nécessaire pour raccorder les images de plusieurs projecteurs 3, mais aussi pour superposer au bon endroit les feux lumineux sur l'image projetée par les projecteurs 2. Une telle correction peut être facilement réalisée, de façon connue en soi, dans les projecteurs 3. Du fait que le projecteur 3 ne comporte qu'un seul tube 0 monochrome à rayons cathodiques, il ne peut présenter aucune dérive de convergence (qui ne peut se produire qu'avec des projecteurs tri-tubes RVB). REVENDICATIONS 1 - Dispositif de projection à haute luminosité et faible poids pour la projection sur un écran d'images comportant des points plus lumineux que leur environnement, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble composé d'un projecteur (3) à un seul tube monochrome à rayons cathodiques (7) et d'un projecteur (2) à valve de lumière et adressage matriciel, les images projetées sur l'écran (4) par ces deux projecteurs étant superposées en coïncidence, le projecteur à tube à rayons cathodiques projetant des images sensiblement ponctuelles, et l'autre projecteur projetant des images d'environnement. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le projecteur à valve de lumière est du type à modulateur à cristaux liquides (LCD). 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le projecteur à valve de lumière est du type à matrice de miroirs (DMD). 4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube à rayons cathodiques est à phosphore blanc. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, pour la projection d'images diurnes, nocturnes et crépusculaires, caractérisé en ce que le projecteur à valve de lumière comporte un atténuateur variable (6). 6 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes pour la projection de points lumineux de couleurs différentes, caractérisé en ce que le projecteur à tube à rayons cathodiques comporte un filtre coloré commutable (8). 7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est le dispositif de visualisation d'un simulateur de pilotage.