Brevet FR2679046A1 — publié le 19930115

-A DISPOSITIF DE VISUALISATION TETE HAUTE La présente invention se rapporte à un dispositif de visualisation tête haute. Les dispositifs de visualisation connus du type "tête haute" ("head up") sont généralement encombrants Cet encombrement important n'est pas admissible dans certaines applications (par exemple pour l'automobile). La présente invention a pour objet un dispositif de visualisation du type "tête haute" pour véhicule, qui forme une image virtuelle à une distance de l'ordre de quelques mètres jusqu'à l'infini, et qui soit peu encombrant et peu onéreux et n'ait besoin que d'une source d'images dé faibles dimensions. Le dispositif de visualisation de l'invention comporte une source d'images, un dispositif optique de collimation, et un mélangeur se trouvant dans le champ de vision du conducteur du véhicule, la source étant associée à au moins trois surfaces réfléchissantes disposées de façon à former, en coupe, les côtés d'un polygone dans lequel le faisceau lumineux de la source subit des pliages multiples, le faisceau sortant de ce polygone étant envoyé sur le mélangeur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif optique de collimation est un miroir sphérique. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, au moins une partie des surfaces réfléchissantes est constituée par des miroirs holographiques. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les surfaces réfléchissantes sont formées sur un bloc de verre ou de matériau analogue La (ou les) surface(s) réfléchissante(s) se trouvant sur le trajet entre la surface assurant la collimation et le mélangeur est (sont) semi-réfléchissante(s). Selon un aspect de l'invention, le mélangeur est constitué par une surface du pare-brise du véhicule dans lequel est fixé le dispositif de visualisation, cette surface étant traitée semi-réfléchissante. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif, et illustrée par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue schématique de côté d'un véhicule équipé d'un dispositif de visualisation conforme à l'invention, et la figure 2 est une vue agrandie du dispositif de visualisation de la figure 1. L'invention est décrite ci-dessous en référence à une voiture automobile, mais il est bien entendu qu'elle peut être mise en oeuvre dans d'autres types de véhicules: locomotives, navires, avions Le dispositif de visualisation tête haute de l'invention est chargé de superposer à l'image de l'environnement extérieur du véhicule 1, telle que vue par le conducteur 2, une image virtuelle produite à partir d'une source 3 d'images "locales", c'est-à-dire d'images générées dans le véhicule, par opposition aux images extérieures vues par le conducteur à travers le pare-brise du véhicule Cette image virtuelle peut comporter des indications complémentaires de celles affichées par le tableau de bord 4 du véhicule 1, par exemple des symboles de dépassement de vitesse, des images radar d'obstacles, mobiles ou fixes, par temps de brouillard, des indications par chiffres ou symboles des vitesses des véhicules proches du véhicule 1, des Indications schématiques d'un itinéraire à suivre, etc Ces images virtuelles peuvent être monochromes ou en couleurs. La source d'images 3 peut par exemple être un tube cathodique, un dispositif LED à diodes électroluminescentes ou un dispositif VFD ("Vacuum fluorescent display") Cette source 3 est disposée entre le tableau de bord 4 et le bas du pare-brise 5, de façon à ne pas créer de masque dans la zone de vision extérieure. Face à la source 3, on dispose un premier miroir 6, disposé obliquement par rapport à la surface émettrice (supposée plane) de la source 3, de façon à renvoyer le faisceau issu de la source vers un deuxième miroir 7 disposé au-dessus de la zone comprise entre la source 3 et le miroir 6 Dans l'exemple représenté, le miroir 7 est semi-réfléchissant, mais dans d'autres configurations à nombre de miroirs différent, il pourrait être totalement réfléchissant s'il était disposé différemment Le faisceau lumineux réfléchi par le miroir 7 est renvoyé sur un troisième miroir 8 disposé sous la zone comprise entre la source 3 et le miroir 6 Ce miroir 8 est sphérique et est disposé de façon à réfléchir son faisceau Incident, à travers le miroir semi- réfléchissant 7, vers une surface 9 du pare-brise 5 qui se trouve sensiblement en face des yeux du conducteur 2. La surface 9 est traitée de façon à se comporter en mélangeur optique, c'est-à-dire à superposer l'image renvoyée par le miroir 8 (faisceau lumineux 10) à l'image de l'environnement à l'avant du véhicule l vu par le conducteur 2 (faisceau lumineux 11) Le revêtement de la surface 9 peut simplement être un revêtement semi-réfléchissant La surface 9 peut être la surface intérieure du pare-brise 5 ou bien une surface rapportée sur le pare-brise ou une des feuilles d'un pare- brise feuilleté Le mélangeur ( 9) peut être une glace indépendante; celle-ci pouvant être escamotable (manuellement ou électriquement) et réglable en position pour s'adapter à l'utilisateur. Les miroirs 6, 7, 8 sont avantageusement des miroirs holographiques Ces miroirs sont disposés de façon à former sur la surface 9 une image coflimatée une distance pouvant varier de quelques mètres à l'infini (ou tout au moins à une distance suffisamment grande pouvant être assimilée optiquement à l'infini) de l'image produite par la source 3 A cet effet, le faisceau produit par la source 3 est envoyé sur la sphère 8 qui constitue l'élément de collimation du système optique La distance focale est choisie grande (environ 250 à 300 mm) pour deux raisons: limiter l'ouverture numérique et obtenir ainsi une qualité d'image à un seul miroir sphérique; être compatible avec des sources d'images du type VFD ou LED peu coûteuses et disponibles dans le commerce. Pour faire parcourir une telle distance focale au faisceau issu de la source dans un faible volume, on le "replie" grâce aux miroirs plans 6 et 7 Bien entendu, pour diminuer l'encombrement de cet arrangement de miroirs et/ou augmenter la distance focale, on peut augmenter le nombre de ces miroirs De cette façon, le faisceau 10 arrivant sur la surface 9 est pratiquement à rayons parallèles, tout en formant sur cette surface 9 une image suffisamment grande pour être facilement vue par le conducteur, malgré les faibles dimensions de la source 3 Ainsi, le conducteur n'a pas à faire d'effort d'accommodation pour passer de la vision extérieure à la vision des images de la source 3 formées sur la surface 9. Les miroirs 6, 7, 8 peuvent soit être des miroirs fabriqués séparément, puis fixés sur une structure porteuse, soit être des surfaces réfléchissantes (ou semi-réfléchissante dans le cas du miroir 7 s'il est interposé entre le miroir 8 et la surface 9), soit formées par les faces d'un bloc de verre ou de plastique d'indice approprié Dans le cas présent, ce bloc aurait, en section, sensiblement la forme d'un pentagone, dont le côté correspondant au miroir 8 serait convexe (en vue extérieure) et les miroirs 6 à 8 seraient obtenus par un revêtement approprié. Le dispositif de l'invention, (en particulier l'ensemble de miroirs 6 à 8), est avantageusement réglable en position, de façon à ajuster l'image virtuelle qu'il produit à la taille du pilote. Le mélangeur peut être formé par une surface semi-réfléchissante distincte du pare-brise, avantageusement escamotable et orientable en position pour pouvoir être adaptée à l'utilisateur. RE VEND I CATI ON S 1 Dispositif de visualisation tête haute pour véhicule, comportant une source d'images ( 3), un dispositif optique de collimation ( 8) et un mélangeur ( 9) se trouvant dans le champ de vision du conducteur du véhicule, caractérisé par le fait que la source est associée à au moins trois surfaces réfléchissantes ( 6 à 8) disposées de façon à former, en coupe, les côtés d'un polygone dans lequel le faisceau lumineux de la source subit des pliages multiples, le faisceau sortant de ce polygone étant renvoyé sur le mélangeur, l'une des surfaces réfléchissantes ( 8) assurant la collimation de l'image. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface assurant la collimation est un miroir sphérique ( 8). 3 Dispositif selon 11 une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins une partie des surfaces réfléchissantes est constituée par des miroirs holographiques. 4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les surfaces réfléchissantes sont formées sur un bloc optique. 5 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la (les) surface(s) réfléchissante(s) ( 7) se trouvant sur le trajet entre la surface assurant la collmation ( 8) et le mélangeur ( 9) est (sont) semi-réfléchissante (s). 6 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mélangeur est constitué par une surface du pare-brise ( 5) du véhicule dans lequel est fixé le dispositif de visualisation, cette surface étant traitée semi-réfléchissante. 7 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il peut être orienté de manière à pouvoir ajuster l'image présentée selon la taille du pilote. 8 Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que le mélangeur est constitué par une surface semi-réfléchissante distincte du pare-brise. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la surface semi-réfléchissante est escamotable. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par le fait que la surface semi-réfléchissante est orientable.