Aurélie 28/09/10
 

 

Affichage tête haute : bac S France 09 / 2010

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Le dispositif d’Affichage Tête Haute (ATH) est principalement utilisé dans les avions de chasse et certaines voitures. Il consiste à projeter des informations (valeur de la vitesse instantanée, indication sur la route à
suivre ...), devant le pare-brise d’un véhicule, dans le bas du champ de vision du conducteur. Ces images se superposent au paysage et permettent donc au conducteur de voir les informations fournies sans quitter la  route des yeux.


La première partie de cet exercice montre l’intérêt de ce dispositif d’affichage du point de vue de la sécurité et la deuxième partie en étudie le principe simplifié.

Intérêt du dispositif ATH.
On étudie, au préalable, la lecture de la vitesse affichée au compteur par un conducteur dans un véhicule qui n’est pas équipé du dispositif d’affichage ATH.
L’œil du conducteur est modélisé par l’ensemble constitué de :
- une lentille mince convergente, de centre O, de foyer image F’œil et de distance focale f ’œil réglable, qui représente le système optique convergent de l’œil ;
- un écran plat vertical représentant la rétine, sur laquelle se forme l’image.

L’orbite de l’œil n’étant pas déformable, la distance entre l’écran et la lentille est fixe.
On rappelle qu’un œil normal au repos voit net un objet situé à l’infini.
Le conducteur voit net un objet AB situé à l’infini.
Sur la figure tracer l’image A’B’ de l’objet AB situé à l’infini.
Indiquer, sur la figure, les positions du foyer objet Fœil et du foyer image F’œil de la lentille modélisant l’œil du conducteur.
L'image d'un objet à l'infini se forme dans la plan focal image. L'image nette se forme sur la rétine.

 

 L’expression de la relation de conjugaison pour une lentille mince est :



Que représentent les distances OA, OA’ et OF’ ?
OA : distance lentille-objet ; OA' : distance lentille-image ; OF' : distance focale image.

Définir la vergence C d’une lentille en indiquant son unité.
La vergence est l'inverse de la distance focale image exprimée en mètre. La vergence s'exprime en dioptries ( d).


 

Pour contrôler sa vitesse, le conducteur regarde maintenant le compteur de vitesse situé à une distance d’environ un mètre de son œil.
La valeur de la vergence de la lentille qui modélise l’œil doit-elle augmenter ou diminuer par rapport à sa valeur au repos pour voir nettement le compteur de vitesse ? Justifier.


OA' est constante, l'image nette se forme sur la rétine : C' > C ; la vergence de l'oeil croït.

. La notice d’utilisation d’un afficheur tête haute du commerce donne les informations suivantes :
« En disposant d’informations dans son champ de vision, le conducteur évite ainsi des allers et des retours du regard entre le tableau de bord et la route. L’effet d’éloignement des images projetées lui évite également de réadapter constamment sa vue à des changements de distance. Dispensé de ces deux actions, le conducteur gagne alors environ une seconde d’attention ... »
            D’après la notice d’utilisation d’un afficheur tête haute du commerce

Quelle distance parcourt une voiture roulant à la vitesse de 120 km/h pendant la « seconde d’attention »  perdue lors d’un aller-retour du regard ?

d = v t avec v = 120 /3,6 ~33 m/s et t = 1s ; d ~33 m.
En déduire l’intérêt principal de l’affichage tête haute.
Le conducteur évite des allers et des retours du regard entre le tableau de bord et la route ; il évite également de réadapter constamment sa vue à des changements de distance.
Le conducteur sera donc plus attentif à ce qui se passe sur la route.





Principe de l'affichage tête haute.
La technologie embarquée sur les automobiles actuelles fonctionne avec un dispositif optique situé derrière le tableau de bord qui projette des informations au-delà du pare-brise, le conducteur ayant l’illusion que ces dernières se trouvent à l’extérieur de la voiture, à environ 1 mètre par rapport au bas du pare-brise.
Principe de l’affichage tête haute, d’après un site Internet

L’ensemble du dispositif optique installé dans le tableau de bord est constitué :
-       d’une source lumineuse à diodes affichant la valeur de la vitesse, considérée dans l’exercice comme l’objet lumineux AB ;

-       d’une lentille mince convergente de distance focale f ’.
Sur la figure 3 de l'annexe schématisant le dispositif, on a représenté l’image A1B1, de l’objet AB donnée par la lentille.
        
Tracer la marche de deux rayons issus de B permettant de construire l’image B1.


         Définir le grandissement g de la lentille. Sa valeur algébrique est-elle positive ou négative ? Sa valeur absolue est-elle supérieure ou inférieure à 1 ?

La valeur algébrique du grandissement est négative, car l'objet et l'image sont de sens contraire.
L'image est plus grande que l'objet : la valeur absolue du grandissement est supérieure à 1.








Réflexion sur le pare-brise.

L’image A1B1 de la partie précédente est ensuite réfléchie vers le pare-brise. Pour simplifier le problème, on peut considérer que le pare-brise se comporte pour A1B1 comme un miroir plan, incliné de 45° par rapport à la verticale Oz.
 
Quel rôle joue A1B1 pour le miroir plan ?
A1B1 joue le rôle d'objet pour le miroir plan.

  Sur la figure, placer l’image A’B’ de A1B1, donnée par le miroir plan. Justifier.
L'image A'B' et l'objet
A1B1 sont symétriques par rapport au plan du miroir.

 

On voudrait faire en sorte que les indications de l’affichage tête haute soient plus grandes. Sans faire de calcul, quelle solution proposeriez-vous ?

Diminuer la distance objet-lentille; cette distance doit rester supérieure à la distance focale de la lentille, sinon celle-ci  fonctionnerait en loupe.




 

 

 

 

 

 

 

 










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