Brevet FR2670438A1 — publié le 19920619

La présente invention concerne un combinateur pour un système collimateur de pilotage et, en particulier, un pare-brise d'automobile remplissant la fonction de combinateur pour un système collimateur de pilotage et ayant une configuration en forme de coin pour éliminer la formation d'images doubles. Un système collimateur de pilotage est un dispositif de visualisation qui affiche des informations pour un observateur tandis que celui-ci voit simultanément le monde réel autour de l'affichage et à travers celui-ci. Des systèmes collimateurs de pilotage sont souvent incorporés dans des habitacles d'avions pour que le pilote puisse surveiller des informations de vol. Plus récemment, ces systèmes ont été utilisés dans des véhicules terrestres tels que des voitures, des camions ou similaires. L'affichage est généralement placé de sorte qu'en examinant les informations de fonctionnement du véhicule, l'observateur n'ait pas à jeter un coup d'oeil vers le bas en direction du tableau de bord du véhicule et à éloigner son regard du champ de vision à l'avant du véhicule, comme cela est normal pour un conducteur. Un système collimateur de pilotage comprend d'une manière générale un système de projection d'affichage, un collimateur et un combinateur. Le système de projection comprend une source lumineuse qui projette les informations de service à travers le collimateur, lequel aligne généralement les rayons lumineux projetés. La lumière collimatée est ensuite réfléchie à partir du combinateur, qui est dans le champ de vision du conducteur. De cette manière, des informations importantes concernant le véhicule, comme par exemple des informations relatives au carburant et à la vitesse du véhicule, sont affichées dans le champ de vision du conducteur à travers le pare-brise et permettent au conducteur de maintenir en toute sécurité son regard sur le inonde réel, tout en voyant en même temps les informations affichées. Les images réfléchies de l'affichage peuvent être focalisées en un point situé quelque part entre le devant immédiat du véhicule et l'infini optique. Des pare-brises feuilletés ou stratifiés ont été utilisés comme combinateur dans un système collimateur de pilotage pour réfléchir une image d'affichage, selon ce qui est enseigné dans le brevet US n 2 264 044 (Lee). Toutefois, il a été observé qu'une image secondaire est réfléchie par la surface extérieure du pare-brise. Cette image secondaire est superposée à la première image, mais décalée par rapport à celle-ci et elle réduit la clarté totale de l'image. Il serait avantageux de disposer, pour un collimateur de pilotage, d'un pare-brise qui joue le râle de combinateur et qui donne une image d'affichage claire, sans qu'il soit nécessaire d'incorporer des composants supplémentaires sur ou dans le pare-brise. Le brevet US n 1 871 877 (Buckman) décrit un système d'affichage comportant une feuille de verre qui est montée sur le pare-brise ou sur le tableau de bord et qui réfléchit des informations d'instruments vers le conducteur. Le brevet US n 2 264 044 Le brevet US n 2 641 152 (Mihalakis) décrit un dispositif de projection pour véhicule, dans lequel des informations d'instruments sont réfléchies par un écran réfléchissant sur la surface intérieure du pare-brise du véhicule. La surface réfléchissante est dépolie et peut être en métal, en verre ou en matière plastique. Le brevet US n 2 750 833 (Gross) décrit un système d'affichage optique propre à éliminer les images doubles qui sont produites dans des viseurs du type à réflecteur tels qu'utilisés dans des installations de visée pour les canons d'un avion. Un faisceau lumineux collimaté est polarisé et séparé en deux branches de rayons. Puis l'une des deux branches de rayons est éliminée. Le brevet US n" 3 276 813 (Shaw, Jr.) décrit un système d'affichage pour véhicules à moteur qui utilise un revêtement très réfléchissant sur la surface intérieure du pare-brise du véhicule pour réfléchir des informations d'instruments vers le conducteur. Le brevet US n" 3 446 916 Les brevets US n" 3 554 722, 3 591 261 et 3 647 285 (Harvey et al.) > décrivent une structure de fenêtre à double vitrage qui élimine les dessins de frange gênants produits dans cette structure lorsqu'un verre flotté d'épaisseur non uniforme est utilisé. La structure de fenêtre comprend une paire de feuilles espacées de verre flotté dont l'une ou l'une et l'autre ont une section décroissante entre un bord épais et un bord opposé mince. Lorsque les deux feuilles de verre ont une section décroissante, elles sont disposées de telle manière qu'un bord épais de l'une des feuilles de verre soit placé au-dessus d'un bord mince de la feuille de verre opposée. Le brevet US n" 3 899 241 (Nalobîcky, Jr. et al.) décrit un pare-brise destiné à être utilisé dans un avion et comprenant un revêtement réfléchissant transparent sur la surface intérieure dans la partie centrale du champ de vision vers l'avant, de façon à former une zone de réception d'image de vision. Des informations concernant le véhicule sont réfléchies par le revêtement réfléchissant vers le conducteur du véhicule. Les brevets US n" 3 940 204 Le brevet US n" 4 261 635 (Freeman) décrit un système collimateur de pilotage comprenant un combinateur holographique disposé à l'intérieur du pare-brise du véhicule. L'hologramme est dans une position sensiblement orthogonale, à mi-distance le long d'un axe entre la position de l'oeil de l'observateur et l'optique de projection, de façon à dévier la lumière d'une image produite par l'optique de projection vers l'oeil de l'observateur avec un minimum d'aberration de champ. Le brevet US n" 4 398 799 (Swift) décrit un système collimateur de pilotage qui enregistre simultanément la vue de la scène extérieure par le pilote et l'affichage projeté, en réfléchissant la scène extérieure et l'affichage superposé à partir d'un miroir monté sur le casque du pilote et en enregistrant la vue réfléchie avec une caméra montée sur le casque du pilote. Le brevet US n" 4 613 200 (Hartman) décrit un système collimateur de pilotage qui utilise deux éléments optiques holographiques parallèles pour réfléchir des informations d'instruments vers le conducteur du véhicule. L'un des éléments fait partie du pare-brise du véhicule ou y est fixé. Le brevet US n" 4 711 544 (Iino et al.) décrit un systéme d'affichage pour un véhicule, dans lequel des informations d'instruments sont réfléchies par la glace avant du véhicule de telle sorte que l'affichage d'image puisse être formé dans une position désirée, dans l'alignement de la ligne de vision du conducteur sans faire obstacle à la vision du conducteur vers l'avant. La présente invention propose, pour un système collimateur de pilotage, un pare-brise qui réduit le degré de formation d'images doubles qui se produisent lorsqu'un pare-brise feuilleté est utilisé comme combinateur dans le système d'affichage. Le pare-brise joue le rôle de combinateur pour le système collimateur de pilotage sans nécessiter que des éléments ou composants supplémentaires soient incorporés sur ou dans l'ensemble de pare-brise. Le pare-brise selon la présente invention est realisé de telle manière que ses grandes surfaces extérieures opposées soient non parallèles et orientées l'une par rapport à l'autre de sorte qu'une image projetée par une source d'affichage et réfléchie par une première grande surface du parebrise soit pratiquement superposée à la même image provenant de la même source et réfléchie par la grande surface opposée du pare-brise. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le pare-brise comprend une paire de couches de verre fixées l'une à l'autre par une feuille intermédiaire de matière thermoplastique dont l'épaisseur s'amincit de l'un de ses bords à son bord opposé. La configuration à section décroissante de la couche intermédiaire peut être obtenue en coulant la couche intermédiaire dans la configuration désirée ou en soumettant ladite couche intermédiaire a un étirage différentiel pour lui donner la forme désirée.Lorsque les couches de verre et la couche intermédiaire de section décroissante sont assemblées et contre-collées en une structure unitaire feuilletée, les grandes surfaces opposées de la structure feuilletée sont non parallèles et déportées d'un angle prédéterminé, de telle sorte que les images qui proviennent de la source d'affichage et qui sont réfléchies par des grandes surfaces opposées de la structure feuilletée soient pratiquement superposées l'une à l'autre. La fig. 1 est un schéma d'un système collimateur de pilotage pour un véhicule. La fig. 2 est une vue partielle en coupe à plus grande échelle, correspondant à la fig. 1 et représentant un collimateur de pilotage utilisant un pare-brise de l'état de la technique. La fig. 3 est une vue partielle en coupe à plus grande échelle, correspondant à la fig. i et représentant un collimateur de pilotage utilisant un pare-brise présentant les caractéristiques de la présente invention. La fig. 4 est une vue en coupe éclatée d'une variante de réalisation de l'invention. La présente invention concerne l'élimination de la formation d'images doubles dans un système collimateur de pilotage qui utilise un pare-brise d'automobile comme combinateur, mais il est bien entendu que la présente invention peut être appliquée à tout type de combinateur présentant une structure feuilletée où la formation d'images doubles doit être éliminée. D'après ce qui est représenté sur la fig. 1, le système collimateur de pilotage 10 comprend un parebrise 12 de véhicule à moteur, une source d'image 14 et un ensemble de projection 16, de préférence monté immédiatement au-dessous de la surface supérieure du tableau de bord 18 du véhicule et disposé entre la source d'image 14 et le pare-brise 12. Des rayons lumineux, qui émanent de la source d' image 14, sont projetés sur le pare-brise 12, qui sert de combinateur selon ce qui sera décrit ultérieurement, et ils sont réfléchis dans le champ de vision du conducteur 20 du véhicule.Les rayons lumineux projetés sur le pare-brise 12 sont collimatès de façon à créer une image virtuelle en avant de la voiture, de préférence à une distance de 3 à 15 m (10 à 50 ft.) environ en avant du pare-brise 12. Bien que cela ne constitue pas une limitation de la présente invention, la source d'image 14 est de préférence un dispositif d'affichage par transmssion à cristal liquide tLCD) qui est convenablement illuminé pour projeter des rayons lumineux porteurs d'informations, à travers 1 l'ensemble de projection 16, sur le pare-brise 12 en un lieu situé dans la ligne de visée directe du conducteur, tout en permettant une vision périphérique du monde réel extérieur tandis que le conducteur 20 surveille l'affichage. Il est envisageable que d'autres lieux de vision dannent aussi un affichage de surveillance efficace sur le pare-brise du véhicule.L'image affichée tenon représentée) peut comprendre des symboles numériques ou graphiques indiquant par exemple la vitesse du véhicule, le niveau de carburant, le nombre de tours du moteur, la température, et des symboles d'avertissement. L'exposé qui suit sera axé sur l'utilisation d'un pare-brise de l'état de la technique comme combinateur dans un système collimateur de pilotage qui projette une image & une distance finie en avant du pare-brise. En particulier, pour se référer à la fig. 2, le pare-brise 30 représente un ensemble dont les grandes surfaces opposées intérieure et extérieure sont parallèles l'une à l'autre. Plus précisément, le pare-brise 30 comprend une couche de verre extérieure 32 unie à une couche de verre intérieure 34 par une couche intermédiaire 36.Par le fait que l'épaisseur de la couche intermédiaire 36 est bien uniforme et que les grandes surfaces opposées de chaque couche de verre sont sensiblement parallèles l'une à l'autre, c'est-à-dire que la surface interne 37 de la couche 32 est parallèle à sa surface externe 38 et que la surface interne 39 de la couche 34 est parallèle à sa surface externe 40, la grande surface externe 38 de la couche de verre 32 est parallèle à la grande surface externe 40 de la couche de verre 34 après que les couches de verre 32, 34 et la couche intermédiaire 36 ont eté contre-collees pour constituer une structure unitaire feuilletée. Bien que cela ne constitue pas une limitation de l'invention, on admettra à des fins d'illustration dans l'exposé qui suit que les surfaces 38 et 40 sont planes.Toutefois, ces surfaces peuvent ne pas être planes, comme on le verra ultérieurement. Pour continuer à se référer à la fig. 2, un rayon lumineux A issu de la source d'image 14 est dirigé le long de la ligne 42 et une partie de la lumière est réfléchie par la surface 40 de la couche 34, le long de la ligne 44 vers l'oeil 46 du conducteur 20 du véhicule. D'autres rayons lumineux issus de la source 14 sont dirigés le long d'autres lignes. Par exemple, un rayon B est dirigé le long de la ligne 48 et réfléchi par la surface 40 le long de la ligne 50. Toutefois, le rayon B le long de la ligne 50 n'est pas dirigé vers l'oeil 46, ce qui fait qu'il ne sera pas perçu par l'observateur 20. Une partie du rayon lumineux B qui est dirigé le long de la ligne 48 pénétrera dans le pare-brise 30 et sera réfractée le long de la ligne 52. L'écart angulaire entre les lignes 48 et 52 dépend de l'angle de réfraction au passage du rayon lumineux de l'air à la couche de verre 34. A son tour, l'angle de réfraction dépend en partie de l'angle d'incidence du rayon B sur la surface 40 et des densités relatives de l'air et du verre.Le rayon B traverse les couches du pare-brise 30 et une partie du rayon lumineux B est réfléchie par la surface 38 de la couche 32 le long de la ligne 54. On supposera que l'indice de réfraction de la couche intermédiaire 36 est le même que celui des couches de verre 32 et 34, de sorte que les rayons lumineux ne subissent pas de déformation en passant à travers les couches du pare-brise 30 le long des lignes 52 et 54. Une partie du rayon lumineux B quitte le pare-brise 30 à la surface 40 de la couche de verre 34, où la direction de la lumière est modifiée de nouveau en conséquence de la différence d'indices de réfraction entre le parebrise 30 et l'air, selon ce qui a été exposé précédemment, et elle est dirigée le long de la ligne 56 vers l'oeil 46. Par le fait que les rayons lumineux A et B reçus par l'oeil 46 en provenance de la source d'image 14 suivent deux lignes différentes, à savoir les lignes 44 et 56, l'observateur 20 percevra deux images décalées, alors qu'il n'y a en fait qu'une seule source d'image 14. La première image 58, ou image virtuelle, est l'image vue par l'observateur 20 à partir de la lumière dirigée le long de la ligne 44. La seconde image 60 est l'image vue par l'observateur 20 à partir de la lumière dirigée le long de la ligne 56.Lorsque l'observateur regarde les deux images, l'image virtuelle 58 paraîtra plus brillante que la seconde image 60, car une plus grande partie de la lumière issue de la source d'image 14, initialement dirigee le long de la ligne 42, sera dirigée le long de la ligne 44, en comparaison de la quantité de lumière qui est initialement dirigée le long de la ligne 48 et qui est finalement dirigée le long de la ligne 56 vers l'observateur 20. Cette situation, consistant à voir deux images décalées, est ordinairement appelée dédoublement d'image ou formation d' image fantôme et se produit lorsque les surfaces extérieures du pare-brise, c'est-à-dire les surfaces 38 et 40 du pare-brise 30 > sont parallèles l'une à l'autre. Afin de réduire le degré de dédoublement d'image dans le pare-brise 30, il est prévu selon la présente invention de modifier la structure du pare-brise. Bien que cela ne constitue pas une limitation de la présente invention, d'après la fig. 3 qui illustre une forme de réalisation préférée de la présente invention, le parebrise 130 comprend une couche de verre extérieure 132 unie à une couche de verre intérieure 134 par une couche intermédiaire 136 entre les grandes surfaces internes 137 et 139 des couches 132 et 134 respectivement. La couche intermédiaire 136 est fabriquée de telle manière qu'il y ait un amincissement progressif de son épaisseur, c'est-à-dire que la matière de la couche intermédiaire diminue progressivement d'épaisseur de l'un de ses bords à son bord opposé.En conséquence de cette forme "en coin" de la couche intermédiaire, lorsque les composants du pare-brise sont assemblés et contre-collés, la grande surface extérieure 138 de la couche de verre 132 et la grande surface extérieure 140 de la couche de verre 134 sont non parallèles. Il a été constaté qu'en sélectionnant le degré de divergence mutuelle des couches de verre 132 et 134 du pare-brise 130, il est possible de réduire la formation d'une image double que l'on observe en cas d'utilisation d'un parebrise tel que représenté sur la fig. 2 comme combinateur. L'angle de coin effectif X nécessaire pour réduire la formation d'une image double dépend en partie de l'épaisseur du pare-brise, des matériaux du parebrise et des positions et orientations relatives de la source d'image 14, du pare-brise 130 et du conducteur 20 du véhicule.Bien que cela ne représente pas une limitation de la présente invention, la couche intermédiaire 136 peut être coulée en place de manière å produire l'angle de coin X désiré. A titre de variante, la couche intermédiaire 136 peut être soumise à un étirage différentiel d'une quelconque manière connue dans la technique, notamment de la façon décrite dans le brevet US n 4 201 351 (Tolliver) et dans le brevet US n" 4 554 713 Pour se référer encore à la fig. 3, le rayon lumineux A' issu de la source d'image 14 est dirigé le long de la ligne 142 et réfléchi par la surface 140 le long de la ligne 144 vers l'oeil 46 de l'observateur. Un autre rayon lumineux B' est dirigé le long de la ligne 148 et, comme an l'a indiqué précédemment, une partie du rayon lumineux est réfléchie par la surface 140 le long de la ligne 150, de sorte qu'elle n'est pas perçue par l'observateur 20. La partie restante du rayon B' est réfractée à travers les couches de verre 132, 134 et la couche intermédiaire 136 le long de la ligne 152, de façon semblable à ce qui a été indiqué précédemment > puis elle est réfléchie partir la surface 138 de la couche de verre 132 le long de la ligne 154 et réfractée en quittant le pare-brise 130 vers l'oeil 46 de l'observateur.Toutefois, à la différence du pare-brise 30 de la fig. 2 où la ligne 56 suivie par le rayon B a une orientation différente de celle de la ligne 44 suivie par le rayon A, l'angle de coin X sur la fig. 3 est tel que la lumière réfractée provenant du rayon lumineux B' sort du pare-brise 130 le long de la ligne 144, c'est-à-dire qu'elle est superposée à la lumière du rayon h' réfléchi par la surface 140 de la couche de verre 134. En conséquence, les images vues par l'observateur 20 et résultant des rayons lumineux A' et B' sont superposées l'une à l'autre, ce qui fait qu'il n'y a qu'une seule image 158. Il convient de noter que dans un pare-brise, les surfaces 138 et 140 des couches de verre 132 et 134 respectivement ne sont souvent pas planes, mais ont plutôt une forme courbe. Toutefois, le degré de courbure relative du pare-brise 130 dans la petite région utilisée comme combinateur est relativement faible, ce qui fait que la région constituant la partie combinateur du pare-brise 130 est presque plane. En outre, si cela est nécessaire en raison d'une courbure excessive du pare-brise dans la zone servant de combinateur, il est possible de déformer l'image issue de la source d'image 14, par exemple en incorporant des systèmes de lentilles supplémentaires (non représentés) dans l'ensemble de projection 16 (représenté seulement sur la fig. 1) pour compenser la courbure des surfaces du pare-brise. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le pare-brise 130 comprend des couches de verre de 2,3 mm (0, 090 in.) d'épaisseur et deux couches intermédiaires de polyvinylbutryle. Chaque couche intermédiaire a primitivement une épaisseur de 0,05 mm de la couche intermédiaire, pour une différence d'épaisseur combinée d'environ 0,152 mm (0, 006 in.) du haut en bas lorsque ces couches sont incorporées dans le pare-brise 130. Pour se référer à la fig. 1, il a été constaté qu'un pare-brise ainsi construit, monté dans un véhicule avec un angle d'installation Y d'environ 30" et un angle d'incidence Z d'environ 65 entre le pare-brise 12 et les rayons lumineux issus de la source d'image, réduisait de façon significative le degré de formation d'image double dans un système collimateur de pilotage, en comparai-son d'un pare-brise classique n'ayant pas la forme d'un coin. Alors que la configuration de pare-brise 130 de la présente invention telle que représentée sur la fig. 3, comprend deux feuilles de verre dont chacune a des grandes surfaces opposées généralement parallèles et une couche intermédiaire de section décroissante, il est évident pour l'homme de l'art, sur la base des enseignements de la présente description, que d'autres configurations de pare-brise peuvent être utilisées pour donner une. configuration de pare-brise en forme de coin semblable à celle qui est représentée sur la fig. 3.En particulier, pour se référer à la fig. 4, l'une ou l'une et l'autre des couches de verre 232 et 234 peuvent présenter une section décroissante, de telle sorte que quand l'ensemble 230 est contre-collé pour former une structure unitaire feuilletée avec utilisation d'une couche intermédiaire non étirée 236, les surfaces opposées 238 et- 240 du pare-brise 230 soient non parallèles et soient orientées l'une par rapport à l'autre de manière à éliminer la formation d'image double. Il est en outre envisageable qu'une seule ou plusieurs couches intermédiaires de section décroissante soient utilisées en combinaison avec une ou plusieurs couches de verre de section décroissante, de sorte que l'ensemble contre-collé final donne la structure de pare-brise ayant la configuration requise pour réduire la formation d'image double. Les formes de l'invention qui ont été décrites dans le présent mémoire représentent des formes de réalisation préférées et différentes variantes de celles-ci, présentées à titre dtillustration. Il est bien entendu que diverses modifications peuvent y être apportées sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Glace feuilletée comprenant. une première couche rigide (132); une seconde couche rigide (134); caractérisée par des moyens (1S6) pour fixer ladite première couche à ladite seconde couche de telle manière que les grandes surfaces externes opposées (138,140) de ladite glace 2.- Glace feuilletée comprenant: une première couche (132) présentant des grandes surfaces opposées interne C137) et externe (138); une seconde couche (134) présentant des grandes surfaces opposées interne (139) et externe caractérisée par des moyens (136) pour fixer ladite grande surface interne C14) et réfléchie par ladite surface externe 3.- Glace selon la revendication 2, caractérisee en ce que lesdites grandes surfaces desdites première et seconde couches (132 et 134) sont non planes. 4.- Glace selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite surface externe C138 ou 140) de chacune desdites couches (132 et 134) est parallèle à ladite surface interne 5.- Glace selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdites couches (132 et 134) sont des couches de verre et lesdits moyens de fixation (136) sont une feuille de section décroissante en une matière thermoplastique. 6.- Glace selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites grandes surfaces desdites première et seconde couches (132 et 134) sont non planes. 7.- Glace selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'une au moins desdites couches (132 et 134) a une épaisseur progressivement décroissante. 8.- Glace selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdites couches (132 et 134) sont en verre et lesdits moyens de fixation 9.- Glace selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdites grandes surfaces desdites première et seconde couches (132 et 134) sont non planes. 10.- Glace selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite feuille 11.- Système collimateur de pilotage pour un véhicule, comprenant: des moyens (14) pour projeter un affichage désiré, et un pare-brise (130), caractérisé en ce que le pare-brise a des première et seconde grandes surfaces opposées (138, 140) non parallèles, orientées l'une par rapport à l'autre de sorte qu'une image projetée par lesdits moyens d'affichage et réfléchie par ladite première grande surface (138) dudit pare-brise soit pratiquement superposée à ladite image réfléchie par ladite seconde grande surface (140) dudit pare-brise C130). 12.- Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites grandes surfaces opposées (138 et 140) dudit pare-brise tel30) sont non planes. 13.- Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit pare-brise cl30) comprend des première et seconde couches (132 et 134) transparentes et rigides, et des moyens (136) pour unir ensemble lesdites première et seconde couches pour former une structure unitaire. 14.- Système selon la revendication 13 > caractérisé en ce que les grandes surfaces opposées (137 et 138 ou 139 et 140) de chacune desdites couches (132 et 134) sont pratiquement parallèles l'une à l'autre. 15.- Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdites couches transparentes (132 et 134), sont des couches de verre et lesdits moyens d'union 16.- Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdites grandes surfaces desdites première et seconde couches (132 et 134) sont non planes. 17.- Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'une au moins desdites couches (132 et 134) a une épaisseur progressivement décroissante. 18.- Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que lesdites couches transparentes 19.- Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que lesdites grandes surfaces desdites première et seconde couches (132 et 134) sont non planes. 20.- Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que ladite feuille