EP1543379A1 - Boite a lumiere a haute luminance pour visualisations - Google Patents

Boite a lumiere a haute luminance pour visualisations

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Publication number
EP1543379A1
EP1543379A1 EP03792430A EP03792430A EP1543379A1 EP 1543379 A1 EP1543379 A1 EP 1543379A1 EP 03792430 A EP03792430 A EP 03792430A EP 03792430 A EP03792430 A EP 03792430A EP 1543379 A1 EP1543379 A1 EP 1543379A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light box
fluorescent tubes
layer
light
tubes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03792430A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Louis Thales I.P. LESCOURRET
Serge Thales I.P. EDIAR
Thomas Thales I.P. ESPAIGNET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP1543379A1 publication Critical patent/EP1543379A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133604—Direct backlight with lamps

Definitions

  • the field of the invention is that of light boxes used for lighting display screens with an optical valve, in particular for liquid crystal matrix screens.
  • the field of application is more particularly that of collimated visualizations known as Head Up or Head
  • a Medium Head Visualization or a Head Up Viewer essentially comprises an electronic screen for presenting information, a collimating optic generally comprising several optical groups and mirrors making it possible to arrange the different optical groups in the size of the cockpit.
  • FIG. 1 represents the block diagram of a Medium Head Visualization 2 with its display screen 1, its collimation optics 3, its fallback mirrors 4. The collimated image is returned to the eye 5 of the pilot.
  • the angled shape of the collimation optics makes it possible to have the Medium Head Visualization 2 under a Head Up Viewfinder, not shown in FIG. 1.
  • the display screen must have, among other things, 4 main characteristics which are:
  • uniformity U is defined as follows:
  • Lmax Maximum and minimum luminances measured on the screen for a given luminance.
  • the emission cone corresponds to the solid angle in which the luminance remains greater than half of its maximum value.
  • the ideal solid emission angle is around 30 degrees. Below this value, the pilot will no longer have a sufficiently bright image in the entire area of possible movement of his head; beyond this value, part of the light energy emitted is lost.
  • Medium Head Visualizations are devices with an optical valve, and more particularly with liquid crystal matrix screens. As indicated in FIG. 2, these devices essentially comprise an optical valve 6 operating in transmission and a light box 7.
  • the light box comprises a mechanical structure 8, a lighting device 9, generally composed of cylindrical fluorescent tubes and optical devices 10 making it possible to homogenize the light flux coming from the lighting device 9.
  • the image is formed by modulation of the light coming from the lighting device 9 by the display screen 6.
  • Lighting sources are generally arranged in a single layer. These are, for example, long cylindrical fluorescent tubes (typically: 100 mm) and small diameter (typically: 3 mm), generally with cold cathode (in English: Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL).
  • Fluorescent tubes have the advantages of having an optimal conversion efficiency of electrical energy into light energy, of having a spectral distribution of the emitted light well suited to this type of display and of having a long service life.
  • the sources have a high intrinsic luminance, of the order of 40,000 cdnrf 2 for fluorescent tubes; the maximum luminance remains difficult to reach. Indeed, on the one hand, part of the light is lost inside the box by diffusion and absorption and, on the other hand, the screen has a very weak intrinsic transmission, of the order of a few for hundred. In the end, less than one percent of the light emitted by the sources contributes to the luminance of the image.
  • a first possible solution consists in increasing the luminance of the sources by increasing their supply current; a few milliamps for a fluorescent tube. Unfortunately, the lifetime of the sources in this case drops significantly when the current is increased and, beyond a certain intensity value, the efficiency of the sources stabilizes and then decreases.
  • the heart of the invention is to arrange the light sources no longer in a single layer but in several superimposed layers. This multiplies the number of sources present in the light box while maintaining sufficient spacing between the different sources. This increases the photometric performance of the light box, and in particular the maximum possible luminance, while maintaining a correct lifetime of the sources.
  • the invention advantageously applies when the lighting sources are fluorescent tubes.
  • the subject of the invention is a light box for an optical valve display screen comprising lighting comprising several light sources, said box comprising at least one mechanical structure, said structure comprising an upper housing, side walls and a bottom, the optical valve being positioned in said upper housing, characterized in that said light sources are distributed in several superposed layers, said planes of the layers being mutually parallel and parallel to the plane of the optical valve.
  • the axes of the fluorescent tubes of each layer are then parallel to each other, equidistant from a first distance and located in the same layer plane.
  • the axes of the fluorescent tubes of a first layer are parallel to the axes of the fluorescent tubes of a second layer successive to the first layer, said axes of said first layer being offset in a direction perpendicular to that of the axes of the tubes. a second distance equal to half the first distance.
  • the optimal position of the fluorescent tubes is to offset the tubes by one layer relative to the tubes of the successive layer. This gives both the best efficiency and the best luminance homogeneity.
  • two successive layers are separated by a third distance approximately equal to the first distance.
  • This arrangement makes it possible to fill the space occupied by the fluorescent tubes as best as possible while retaining a constant inter-tube distance for all the fluorescent tubes which is sufficient to avoid the effects of breakdown.
  • the first distance is approximately equal to the maximum diameter of the fluorescent tubes, the space of the light box is optimally occupied. By placing itself above the box, we then only see a uniformly lit area, the spaces between the tubes of the upper layer of tubes being exactly lit by the tubes of the immediately lower layer.
  • the number of light sources decreases arithmetically between two successive layers, the maximum number of sources being placed on the side of the bottom of the light box.
  • the layer located at the bottom of the box can include seven fluorescent tubes, the next layer six tubes, the next five, ...
  • This arrangement makes it possible to obtain narrower and better adapted solid emission angles. at the solid viewing angle of the pilot.
  • fluorescent tubes have a quasi-Lambertian emission diagram poorly suited to applications of collimated visualizations. This arrangement makes it possible to create narrower angular emission lobes.
  • the axes of the fluorescent tubes of a first layer and the axes of the fluorescent tubes of a second layer successive to the first layer are perpendicular to each other. This particular arrangement makes it possible to obtain a uniform lighting surface whatever the angle from which the viewing screen is viewed.
  • At least two different and independent electrical supplies supply the different layers of light sources.
  • a power supply supplies at most three light sources.
  • at least one layer of light sources is supplied by two different and independent electrical supplies.
  • the set of two consecutive periods constitutes a feeding cycle.
  • the cycle is repeated at a given frequency.
  • the ratio of the duration of the first period to the total cycle time gives the percentage of the light flux emitted by the source.
  • the duration of the activation period becomes too short for low luminances. Indeed, on the one hand, it becomes difficult to control the ignition of sources if the ignition times are too short and on the other hand, scintillation phenomena (Flicker) appear.
  • a solution consists, firstly, in completely cutting off the supply of certain layers of light sources and / or in cutting off the supply of certain light sources in the same layer in order to reduce luminance dynamics. On the sources still activated, the time modulation is then retained to reach the very low luminance levels.
  • the luminance of the screen obtained by the light sources still supplied is at most equal to approximately 10% of the maximum possible luminance on said screen.
  • the structure of the light box comprises two mechanical sub-assemblies, the first sub-assembly comprises the upper part of the side walls and the upper housing, the second sub-assembly comprises the lower part of the side walls and the bottom, the light sources being positioned in the second sub-assembly, the first sub-assembly being made of a thermal insulating material and the second sub-assembly being made of a material which is good conductor of heat.
  • This arrangement makes it possible to best isolate the display screen from the heat given off by the light sources.
  • a plate of transparent material coated with at least one conductive heat treatment separates the two mechanical sub-assemblies and isolates the light sources from the display screen.
  • heating of the optical valve due to the lighting sources is detrimental to the proper functioning of the latter, it in particular reduces the transmission of the optical valve when the latter is a liquid crystal matrix.
  • heating due to the lighting tubes can reach 60 degrees for a conventional light box.
  • a thermal barrier placed in the light box between the light sources and the display screen makes it possible to greatly reduce heating.
  • a plate of transparent material covered with a conductive material completes this function.
  • the conductive treatment is, for example, of ITO type (Indium and Titanium Oxide).
  • the light box includes optical elements of the spectral optical filter or optical diffuser or optical deflector type.
  • the lighting sources are fluorescent tubes, the ends of the fluorescent tubes being coated in an electrically insulating and heat-conducting material, said ends being inserted into the bottom of the box, said bottom being made of a material which is also conductive. heat.
  • the thermal conductivity of the tubes is optimized by coating the ends of the fluorescent tubes in an electrically insulating and heat-conducting material, the bottom of the light box being made of a material which is also heat-conducting, such as aluminum.
  • the outer part of the bottom of the box has ventilation fins associated with a forced ventilation system.
  • the display screen with optical valve is an active matrix with liquid crystals used for collimated display devices of the Head-Up Viewer or Head-up Display type.
  • FIG. 1 shows the classic diagram of a medium head type display.
  • FIG. 2 shows an exploded view of a display screen with optical valve and its associated light box according to the prior art.
  • FIG. 3 shows a general view of the principle of the arrangement of the lighting tubes according to the invention.
  • FIG. 4 shows a first alternative embodiment of said arrangement according to the invention.
  • FIG. 5 shows a second alternative embodiment of said arrangement.
  • FIG. 7 shows a first sectional view of the light box according to the invention.
  • FIG. 8 shows a second sectional view of the light box according to the invention.
  • FIG. 3 represents the general arrangement of the light sources in the case of fluorescent tubes 92 according to the invention. They are organized in 91 superimposed layers. Each layer is made up of several fluorescent cylindrical tubes. The axes 93 of said tubes of each layer are located in a common plane, are mutually parallel and equidistant. The layer planes 91 are mutually parallel and parallel to the plane of the optical valve 6.
  • Figure 4 shows a first variant of the general arrangement of Figure 3.
  • the axes 93 of the fluorescent tubes 92 of the different layers 91 are all mutually parallel.
  • the tubes 92 of the same layer are separated by a distance A and the tubes of a first layer are offset by a distance B from the tubes of the successive layer.
  • Two successive layers are separated by a distance C.
  • the distance B is equal to half of A.
  • the distance C is approximately equal to A.
  • Figure 5 shows a second variant of the general arrangement.
  • the axes 93 of the tubes of two successive layers 91 are perpendicular.
  • FIG. 6 shows a variant of the arrangement described in FIG. 4.
  • the number of fluorescent tubes decreases arithmetically between each layer 91.
  • the greatest number of tubes 92 is located near the bottom of the light box.
  • FIG. 7 represents a sectional view of the display screen 1 according to the invention in the case where the light sources are fluorescent tubes.
  • the display screen 1 mainly comprises an optical valve 6 and a light box 7.
  • the light box 7 essentially comprises a mechanical structure composed of two sub-assemblies 81 and 82.
  • the sub-assembly 81 constitutes the bottom and the lower part of the side walls of said box. It has in its internal part a reflective and diffusing coating 84. Several layers of tubes 92 according to one of the arrangements described in Figures 3, 4, 5 and 6 are housed inside this part.
  • the sub-assembly 81 has in its external part ventilation fins 83 associated with a forced ventilation system 85. This sub-assembly is made of a material which is a good conductor of heat such as aluminum.
  • the subassembly 82 constitutes the upper part of the side walls of the light box.
  • This sub-assembly is mainly made of a material which is a poor conductor of heat, it can in particular be made of material of the NORYL type. It has at its upper part a housing in which the optical valve 6 is housed. Between the fluorescent tubes 92 and the optical valve 6, optical devices 10 and 11 are arranged.
  • the device 10 is intended to improve the distribution of light energy falling on the optical valve.
  • Said device 10 is an optical diffuser which may in particular be of the holographic or micro-prism type.
  • the device 11 is intended to form a thermal barrier between the fluorescent tubes and the optical valve. It consists of a plate of transparent material covered with an ITO type conductive treatment.
  • a closing porthole 71 located above the optical valve, protects it from external aggressions, fluids and dust.
  • the arrows in the figure indicate the direction of propagation of the light coming from the fluorescent tubes.
  • FIG. 8 represents a variant of FIG. 7.
  • a blade 87 has been added between the two sub-assemblies 81 and 82.
  • the device 87 is intended to form an additional thermal barrier between the fluorescent tubes 92 and the optical valve 6. It consists of a plate of transparent material covered with an ITO type conductive treatment. The arrows in the figure indicate the direction of the evacuation of the heat emitted by the tubes 92.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne les boîtes à lumière (7) à tubes fluorescents (92) utilisées pour l'éclairage des écrans de visualisation à valve optique (6), notamment pour les écrans matriciels à cristaux liquides. Le domaine d'application est plus particulièrement celui des visualisations collimatées dites Tête Haute ou Tête Moyenne utilisées sur aéronefs. L'invention consiste à améliorer les propriétés photométriques desdites boîtes à lumière (niveaux de luminances, homogénéité d'éclairage, cône d'émission lumineux) par une disposition nouvelle des tubes fluorescents (92) répartis en plusieurs couches superposées. On multiplie ainsi le nombre de tubes fluorescents présents dans la boîte à lumière tout en maintenant des échauffements acceptables. On augmente alors les performances photométriques de la boîte à lumière tout en conservant une durée de vie correcte des tubes.

Description

BOITE A LUMIERE A HAUTE LUMINANCE POUR VISUALISATIONS
Le domaine de l'invention est celui des boîtes à lumière utilisées pour l'éclairage des écrans de visualisation à valve optique, notamment pour les écrans matriciels à cristaux liquides. Le domaine d'application est plus particulièrement celui des visualisations collimatées dits Tête Haute ou Tête
Moyenne utilisées sur aéronefs.
Dans le domaine aéronautique, une partie des informations concernant le pilotage ou la navigation est présentée sur des dispositifs de visualisation électronique collimatés. Ces informations sont présentées, soit en superposition sur le paysage extérieur, le système est appelé alors Viseur Tête Haute (en terminologie anglaise : HUD pour Head-Up Display) ; soit sans superposition sur l'extérieur, on parle, dans ce cas, de Visualisation Tête Moyenne ou de Visualisation Tête Moyenne Collimatée (TMC). La Visualisation Tête Moyenne peut-être intégrée sous un Viseur Tête Haute de façon à obtenir une continuité dans les images collimatées. Grâce à la présentation d'images collimatées, le pilote passe ainsi de la vision du paysage extérieur à la vision des informations sans temps d'accommodation visuelle. Une Visualisation Tête Moyenne ou un Viseur Tête Haute comprend essentiellement un écran électronique de présentation des informations, une optique de collimation comprenant en général plusieurs groupes optiques et des miroirs permettant de disposer les différents groupes optiques dans l'encombrement du cockpit. A titre d'exemple, la figure 1 représente le schéma de principe d'une Visualisation Tête Moyenne 2 avec son écran de visualisation 1 , son optique de collimation 3, ses miroirs de repli 4. L'image collimatée est renvoyée vers l'œil 5 du pilote. La forme coudée de l'optique de collimation permet de disposer la Visualisation Tête Moyenne 2 sous un Viseur Tête Haute, non représenté sur la figure 1. L'écran de visualisation doit posséder, entre autres, 4 caractéristiques principales qui sont :
• Une luminance maximale élevée pour les utilisations de jour, de l'ordre de 600 cdm"2 ; • Une luminance minimale très faible pour les utilisations de nuit, de l'ordre de 0.1 cdm"2 , notamment en cas d'utilisation de la visualisation avec des jumelles à intensificateur de lumière ;
• Une uniformité de luminance excellente. En général, l'uniformité U est définie de la façon suivante :
U = (Lmax — L min) ' (Lmax + L. min)
Avec Lmax, L min : Luminances maximales et minimales mesurées sur l'écran pour une luminance donnée.
On tolère, en général, des valeurs d'uniformité inférieures à 50%, cette valeur pouvant être réduite à 20% pour certaines applications.
• Un cône d'émission lumineuse bien défini. Le cône d'émission correspond à l'angle solide dans lequel la luminance reste supérieure à la moitié de sa valeur maximale. L'angle solide d'émission idéal se situe autour de 30 degrés. En dessous de cette valeur, le pilote n'aura plus une image suffisamment lumineuse dans toute la zone de déplacement possible de sa tête ; au-delà de cette valeur, une partie de l'énergie lumineuse émise est perdue.
Actuellement, les écrans de visualisation utilisés pour les
Visualisations Tête Moyenne sont des dispositifs à valve optique, et plus particulièrement à écrans matriciels à cristaux liquides. Comme il est indiqué sur la figure 2, ces dispositifs comprennent essentiellement une valve optique 6 fonctionnant en transmission et une boîte à lumière 7. La boîte à lumière comporte une structure mécanique 8, un dispositif d'éclairage 9, généralement composé de tubes fluorescents cylindriques et des dispositifs optiques 10 permettant d'homogénéiser le flux lumineux provenant du dispositif d'éclairage 9. L'image est formée par modulation de la lumière provenant du dispositif d'éclairage 9 par l'écran de visualisation 6. Les sources d'éclairage sont généralement disposées en une seule couche. Ce sont, par exemple, des tubes fluorescents cylindriques de grande longueur (typiquement : 100 mm) et de faible diamètre (typiquement : 3 mm), généralement à cathode froide (en anglais : Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL). Les tubes fluorescents présentent les avantages d'avoir un rendement de conversion de l'énergie électrique en énergie lumineuse optimal, de posséder une répartition spectrale de la lumière émise bien adaptée à ce type d'afficheur et d'avoir une durée de vie élevée.
Bien que les sources aient une luminance intrinsèque élevée, de l'ordre de 40 000 cdnrf2 pour les tubes fluorescents ; la luminance maximale reste difficile à atteindre. En effet, d'une part, une partie de la lumière est perdue à l'intérieur de la boîte par diffusion et absorption et, d'autre part, l'écran a une transmission intrinsèque très faible, de l'ordre de quelques pour cent. En finale, moins de un pour cent de la lumière émise par les sources contribue à la luminance de l'image.
Une première solution possible consiste à augmenter la luminance des sources en augmentant leur courant d'alimentation ; quelques milliAmpères pour un tube fluorescent. Malheureusement, la durée de vie des sources chute dans ce cas de façon importante lorsque l'on augmente le courant et, au-delà d'une certaine valeur d'intensité, le rendement des sources se stabilise puis décroît.
Une autre solution consiste à multiplier les sources de la couche d'éclairage. Cependant, l'inévitable resserrement des sources a plusieurs inconvénients majeurs. Par exemple, des couplages électromagnétiques se créent entre les tubes lorsqu'ils sont trop voisins. Classiquement, l'espace inter-tubes doit être supérieur ou égal au diamètre d'un tube élémentaire. Ces couplages peuvent entraîner des claquages entre électrodes dans certaines conditions d'environnement aéronautiques comme de faibles pressions et de fort taux d'humidité. D'autre part, bien que les sources de lumière soient à rendement élevé, près de 80% de l'énergie électrique consommée par les sources est perdue en chaleur ; cette énergie thermique devient très difficile à évacuer dès lors que les sources sont confinées dans un espace étroit. Or, toute élévation de température des sources au-delà d'une certaine température provoque généralement une chute de leur rendement de conversion. L'invention propose de pallier ces différents inconvénients. Le cœur de l'invention est de disposer les sources d'éclairage non plus dans une couche unique mais dans plusieurs couches superposées. On multiplie ainsi le nombre de sources présentes dans la boîte à lumière tout en conservant des espacements suffisants entre les différentes sources. On augmente alors les performances photométriques de la boîte à lumière, et en particulier la luminance maximale possible, tout en conservant une durée de vie correcte des sources. L'invention s'applique avantageusement lorsque les sources d'éclairage sont des tubes fluorescents.
Plus précisément, l'invention a pour objet une boîte à lumière pour écran de visualisation à valve optique comprenant un éclairage comportant plusieurs sources de lumière, ladite boîte comprenant au moins une structure mécanique, ladite structure comportant un logement supérieur, des parois latérales et un fond, la valve optique étant positionnée dans ledit logement supérieur, caractérisée en ce que lesdites sources de lumière sont réparties en plusieurs couches superposées, lesdits plans des couches étant parallèles entre eux et parallèle au plan de la valve optique.
Il existe différents types de sources de lumière possibles, comme, par exemple, les diodes électroluminescentes. Ce principe s'applique néanmoins avantageusement aux sources de lumière de type tubes fluorescents de forme cylindrique, les axes des tubes fluorescents de chaque couche sont alors parallèles entre eux, équidistants d'une première distance et situés dans un même plan de couche. Avantageusement, les axes des tubes fluorescents d'une première couche sont parallèles aux axes des tubes fluorescents d'une seconde couche successive à la première couche, lesdits axes de ladite première couche étant décalés dans une direction perpendiculaire à celle des axes des tubes d'une seconde distance égale à la moitié de la première distance. En effet, si les tubes fluorescents d'une première couche sont situés juste sous les tubes d'une seconde couche de tubes fluorescents, une partie du rayonnement desdits tubes de ladite première couche sera perdue par absorption par les tubes de la seconde couche. Pour minimiser cet effet, la position optimale des tubes fluorescents est de décaler les tubes d'une couche par rapport aux tubes de la couche successive. On obtient ainsi à la fois le meilleur rendement et la meilleure homogénéité de luminance.
Avantageusement, deux couches successives sont séparées d'une troisième distance environ égale à la première distance. Cette disposition permet de remplir au mieux l'espace occupé par les tubes fluorescents tout en conservant pour tous les tubes fluorescents une distance inter-tube constante et suffisante pour éviter les effets de claquage. Si la première distance est environ égale au diamètre maximal des tubes fluorescents, l'espace de la boîte à lumière est occupée de façon optimale. En se plaçant au-dessus de la boîte, on ne voit plus alors qu'une zone uniformément éclairée, les espaces situés entre les tubes de la couche supérieure de tubes étant exactement éclairés par les tubes de la couche immédiatement inférieure.
Avantageusement, le nombre de sources de lumière décroît de façon arithmétique entre deux couches successives, le nombre maximal de sources étant placé du côté du fond de la boîte à lumière. A titre d'exemple, la couche située au fond de la boîte peut comporter sept tubes fluorescents, la couche suivante six tubes, la suivante cinq, ... Cette disposition permet d'obtenir des angles solides d'émission plus étroits et mieux adaptés à l'angle solide de visualisation du pilote. En effet, les tubes fluorescents ont un diagramme d'émission quasi-lambertien mal adapté aux applications de visualisations collimatées. Cette disposition permet de créer des lobes angulaires d'émission plus étroits.
Avantageusement, les axes des tubes fluorescents d'une première couche et les axes des tubes fluorescents d'une seconde couche successive à la première couche sont perpendiculaires entre eux. Cette disposition particulière permet d'obtenir une surface d'éclairage homogène quel que soit l'angle sous lequel est vu l'écran de visualisation.
Avantageusement, au moins deux alimentations électriques différentes et indépendantes alimentent les différentes couches de sources de lumière. Dans un mode particulier de réalisation, une alimentation électrique alimente au plus trois sources de lumière. Dans un second mode de réalisation, au moins une couche de sources de lumière est alimentée par deux alimentations électriques différentes et indépendantes. Ces dispositions ont plusieurs avantages. D'une part, la panne d'une des alimentations des sources de lumière n'entraîne pas la perte totale de l'éclairage, on sécurise ainsi le dispositif de visualisation. D'autre part, la dynamique de l'éclairage est très importante, voisine de 6000. Pour obtenir une variation de l'éclairage des sources de lumière, les sources sont, en général, alimentées par une intensité modulée temporellement (principe dit de Puise Width Modulation : PWM). Ainsi, pendant une première période de temps donnée, l'alimentation est activée, puis coupée pendant une seconde période. L'ensemble des deux périodes consécutives constitue un cycle d'alimentation. Le cycle se reproduit à une fréquence donnée. Le rapport de la durée de la première période sur le temps total de cycle donne le pourcentage du flux lumineux émis par la source. Lorsque l'on cherche à atteindre de grande dynamique de luminance, la durée de la période d'activation devient trop faible pour les luminances basses. En effet, d'une part, il devient difficile de contrôler l'allumage des sources si les durées d'allumage sont trop courtes et d'autre part, des phénomènes de scintillation (Flicker) apparaissent. Pour réduire l'amplitude de modulation, une solution consiste, dans un premier temps, à couper complètement l'alimentation de certaines couches de sources de lumière et/ou à couper l'alimentation de certaines sources de lumière d'une même couche pour réduire la dynamique de luminance. Sur les sources encore activées, on conserve alors la modulation temporelle pour atteindre les très faibles niveaux de luminance. Pour obtenir une solution optimisée, la luminance de l'écran obtenue par les sources de lumière encore alimentées est au plus égale à environ 10% de la luminance maximale possible sur ledit écran.
Avantageusement, la structure de la boîte à lumière comporte deux sous-ensembles mécaniques, le premier sous-ensemble comprend la partie supérieure des parois latérales et le logement supérieur, le second sous-ensemble comprend la partie inférieure des parois latérales et le fond, les sources de lumière étant positionnés dans le second sous-ensemble, le premier sous-ensemble étant réalisé dans un matériau isolant thermique et le second sous-ensemble étant réalisé en matériau bon conducteur de la chaleur. Cette disposition permet d'isoler au mieux l'écran de visualisation de la chaleur dégagée par les sources de lumière. Pour améliorer encore cet isolement, une plaque de matériau transparent et revêtue d'au moins un traitement conducteur de la chaleur sépare les deux sous-ensembles mécaniques et isole les sources de lumière de l'écran de visualisation. En effet, un échauffement de la valve optique dû aux sources d'éclairage est préjudiciable au bon fonctionnement de celle-ci, il diminue en particulier la transmission de la valve optique lorsque celle-ci est une matrice à cristaux liquides. Par exemple, sans précautions particulières, échauffement dû aux tubes d'éclairage peut atteindre 60 degrés pour une boîte à lumière classique. Une barrière thermique disposée dans la boîte à lumière entre les sources de lumière et l'écran de visualisation permet de diminuer fortement échauffement. Une plaque de matériau transparent recouvert d'un matériau conducteur complète cette fonction. Dans l'exemple précédent, on obtient ainsi une élévation de température réduite à 20 degrés au prix d'une perte de lumière réduite. Le traitement conducteur est, par exemple, de type ITO (Oxyde d'Indium et de Titane). Pour améliorer soit la répartition spectrale, soit la répartition spatiale du rayonnement lumineux émis, la boîte à lumière comporte des éléments optiques de type filtre optique spectral ou diffuseur optique ou déviateur optique.
Avantageusement, les sources d'éclairage sont des tubes fluorescents, les extrémités des tubes fluorescents étant enrobées dans un matériau isolant électrique et conducteur de la chaleur, lesdites extrémités étant insérées dans le fond de la boîte, ledit fond étant réalisé dans un matériau également conducteur de la chaleur. Pour éviter un échauffement trop important des tubes fluorescents, il est nécessaire d'évacuer au mieux l'énergie calorique émise. On optimise la conductibilité thermique des tubes en enrobant les extrémités des tubes fluorescents dans un matériau isolant électrique et conducteur de la chaleur, le fond de la boîte à lumière étant réalisé dans un matériau également conducteur de la chaleur, comme par exemple l'aluminium. La partie externe du fond de la boîte comporte des ailettes de ventilation associée à un système de ventilation forcée. Avantageusement, l'écran de visualisation à valve optique est une matrice active à cristaux liquides utilisée pour des dispositifs de visualisation collimatée de type Viseur Tête Haute ou Visualisation Tête Moyenne. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 représente le schéma classique d'une visualisation de type Tête Moyenne.
- la figure 2 représente une vue éclatée d'un écran de visualisation à valve optique et de sa boîte à lumière associée selon l'art antérieur.
- la figure 3 représente une vue générale du principe de la disposition des tubes d'éclairage selon l'invention. - la figure 4 représente une première variante de réalisation de ladite disposition selon l'invention.
- la figure 5 représente une seconde variante de réalisation de ladite disposition.
- la figure 6 représente une troisième variante de réalisation de ladite disposition.
- la figure 7 représente une première vue en coupe de la boîte à lumière selon l'invention.
- la figure 8 représente une seconde vue en coupe de la boîte à lumière selon l'invention.
La figure 3 représente la disposition générale des sources de lumière dans le cas de tubes fluorescents 92 selon l'invention. Ils sont organisés en couches 91 superposées. Chaque couche est composée de plusieurs tubes cylindriques fluorescents. Les axes 93 desdits tubes de chaque couche sont situés dans un plan commun, sont parallèles entre eux et équidistants. Les plans de couche 91 sont parallèles entre eux et parallèles au plan de la valve optique 6.
La figure 4 montre une première variante de la disposition générale de la figure 3. Les axes 93 des tubes fluorescents 92 des différentes couches 91 sont tous parallèles entre eux. Les tubes 92 d'une même couche sont séparés d'une distance A et les tubes d'une première couche sont décalés d'une distance B des tubes de la couche successive. Deux couches successives sont séparées d'une distance C. Dans un premier mode particulier de réalisation, la distance B est égale à la moitié de A. dans un second mode de réalisation, la distance C est environ égale à A.
La figure 5 montre une seconde variante de la disposition générale. Dans cette variante, les axes 93 des tubes de deux couches 91 successives sont perpendiculaires.
la figure 6 montre une variante de la disposition décrite en figure 4. Dans cette variante, le nombre de tubes fluorescents décroît de façon arithmétique entre chaque couche 91. Le plus grand nombre de tubes 92 est situé près du fond de la boîte à lumière.
La figure 7 représente une vue en coupe de l'écran de visualisation 1 selon l'invention dans le cas où les sources de lumière sont des tubes fluorescents. L'écran de visualisation 1 comprend principalement une valve optique 6 et une boîte à lumière 7. La boîte à lumière 7 comprend essentiellement une structure mécanique composée de deux sous- ensembles 81 et 82.
Le sous-ensemble 81 constitue le fond et la partie inférieure des parois latérales de ladite boîte. Il comporte dans sa partie interne un revêtement réflectif et diffusant 84. Plusieurs couches de tubes 92 selon l'une des dispositions décrites en figures 3, 4, 5 et 6 sont logés à l'intérieur de cette partie. Le sous-ensemble 81 comporte dans sa partie externe des ailettes de ventilation 83 associée à un système de ventilation forcée 85. Ce sous-ensemble est réalisé dans un matériau bon conducteur de la chaleur comme l'aluminium.
Le sous-ensemble 82 constitue la partie supérieure des parois latérales de la boîte à lumière. Ce sous-ensemble est principalement constitué d'un matériau mauvais conducteur de la chaleur, il peut être notamment réalisé en matériau de type NORYL. Il comporte à sa partie supérieure un logement dans laquelle se loge la valve optique 6. Entre les tubes fluorescents 92 et la valve optique 6, des dispositifs optiques 10 et 11 sont disposés. Le dispositif 10 est destiné à améliorer la répartition d'énergie lumineuse tombant sur la valve optique. Ledit dispositif 10 est un diffuseur optique qui peut être notamment de type holographique ou à micro-prismes. Le dispositif 11 est destiné à former une barrière thermique entre les tubes fluorescents et la valve optique. Il est constitué d'une plaque d'un matériau transparent recouvert d'un traitement conducteur de type ITO. Un hublot de fermeture 71 , situé au-dessus de la valve optique la protège des agressions extérieures, des fluides et de la poussière. Les flèches sur la figure indiquent le sens de la propagation de la lumière venant des tubes fluorescents.
La figure 8 représente une variante de la figure 7. une lame 87 a été ajoutée entre les deux sous-ensembles 81 et 82. Le dispositif 87 est destiné à former une barrière thermique supplémentaire entre les tubes fluorescents 92 et la valve optique 6. Il est constitué d'une plaque d'un matériau transparent recouvert d'un traitement conducteur de type ITO. Les flèches sur la figure indiquent le sens de l'évacuation de la chaleur émise par les tubes 92.

Claims

REVENDICATIONS
1. Boîte à lumière (7) pour écran de visualisation (1) à valve optique (6) comprenant un éclairage (9) comportant plusieurs tubes fluorescents de forme cylindrique (92), ladite boîte comprenant au moins une structure mécanique (8), ladite structure comportant un logement supérieur, des parois latérales et un fond, la valve optique (6) étant positionnée dans ledit logement supérieur, les tubes fluorescents étant répartis en plusieurs couches superposées (91), lesdits plans des couches étant parallèles entre eux et parallèle à la valve optique (6), les axes (93) des tubes fluorescents de chaque couche étant parallèles entre eux, équidistants, séparés d'une première distance (A) et situés dans un même plan de couche, caractérisé en ce que la distance (C) séparant deux couches successives vaut environ la distance (A).
2. Boîte à lumière selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les axes (93) des tubes fluorescents (92) d'une première couche sont parallèles aux axes (93) des tubes fluorescents (92) d'une seconde couche successive à la première couche, lesdits axes de ladite première couche étant décalés dans une direction perpendiculaire à celle des axes des tubes de ladite seconde couche d'une seconde distance (B) égale à la moitié de la distance (A).
3. Boîte à lumière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première distance (A) est environ égale au diamètre maximal des tubes fluorescents.
4. Boîte à lumière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le nombre de tubes fluorescents (92) décroît de façon arithmétique entre deux couches successives, le nombre maximal de tubes fluorescents étant placé du côté du fond de la boîte à lumière.
5. Boîte à lumière selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les axes (93) des tubes fluorescents (92) d'une première couche et les axes (93) des tubes fluorescents (92) d'une seconde couche successive à la première couche sont perpendiculaires entre eux.
6. Boîte à lumière, selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu' au moins une première et une seconde alimentation électrique différentes et indépendantes alimentent les différentes couches de tubes fluorescents (92).
7. Boîte à lumière, selon la revendication 6, caractérisée en ce qu' au moins la première alimentation électrique alimentent au plus trois tubes fluorescents (92).
8. Boîte à lumière selon la revendication 7, caractérisée en ce que la luminance de l'écran obtenue par les tubes fluorescents alimentés par la première source d'alimentation est au plus égale à environ 10% de la luminance maximale possible sur ledit écran.
9. Boîte à lumière, selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, au moins une couche de tubes fluorescents (92) est alimentée par deux alimentations électriques différentes et indépendantes.
10. Boîte à lumière, selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure mécanique (8) de la boîte à lumière (7) comporte deux sous-ensembles mécaniques (81 , 82), le premier sous- ensemble (81) comprend la partie supérieure des parois latérales et le logement supérieur, le second sous-ensemble (82) comprend la partie inférieure des parois latérales et le fond, les tubes fluorescents (92) étant positionnés dans le second sous-ensemble (82), le premier sous-ensemble (81) étant réalisé dans un matériau isolant thermique et le second sous- ensemble (82) étant réalisé en matériau bon conducteur de la chaleur.
1 1. Boîte à lumière, selon la revendication 10, caractérisée en ce que la structure mécanique (8) de la boîte à lumière (7) comporte des éléments optiques (10, 11) de type filtre optique spectral ou diffuseur optique ou déviateur optique.
12. Boîte à lumière, selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'une plaque de matériau transparent (87) et revêtue d'au moins un traitement conducteur de la chaleur sépare le premier sous-ensemble mécanique (81) du second sous-ensemble mécanique (82).
13. Boîte à lumière selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que les extrémités des tubes fluorescents (92) sont enrobées dans un matériau isolant électrique et conducteur de la chaleur, lesdites extrémités étant insérées dans le fond de la boîte, ledit fond étant réalisé dans un matériau également conducteur de la chaleur.
14. Boîte à lumière selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la partie externe du fond de la boîte comporte des ailettes de ventilation (83) associée à un système de ventilation forcée (85).
15. Boîte à lumière selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la valve optique (6) est une matrice active à cristaux liquides.
16. Dispositif de visualisation collimatée de type viseur Tête Haute ou Viseur Tête Moyenne caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'affichage (1) comprenant une boîte à lumière (7) selon l'une des revendications précédentes.
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