Brevet FR2780540A1 — publié le 19991231

La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'affichage de type électro-optiques, pour véhicules automobiles, notamment sous forme de tableaux de bord. De nombreux tableaux de bord pour véhicules automobiles ont déjà été proposés. Cependant depuis de nombreuses années les tableaux de bord pour véhicules automobiles n'ont pas évolué de façon notable. Ainsi la plupart des tableaux de bord pour véhicules automobiles comprennent un boîtier encastré dans la planche de bord, supportant un module d'affichage et qui loge les moyens de commande de celui-ci. On a certes essayé de faire évoluer le style de ces tableaux de bord, par exemple en proposant des systèmes de projection sur la vitre avant des véhicules automobiles du genre "vision tête moyenne ou vision tête haute". Cependant pour l'instant ces tentatives n'ont pas été concrétisées dans la production en série. La présente invention a maintenant pour but de proposer un nouveau style de dispositif d'affichage pour véhicule automobile. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif d'affichage comprenant: - un module de commande adapté pour générer au moins un signal électromagnétique (lumineux) modulé par un signal de commande d'affichage, et - un module d'affichage indépendant qui comporte au moins une cellule électro-optique d'affichage, au moins un élément photorécepteur apte à détecter le signal électromagnétique (lumineux), un circuit de traitement apte à démoduler le signal de commande à partir du signal électromagnétique (lumineux) reçu sur l'élément photorécepteur, un circuit de commande sensible au signal de commande démodulé et apte à piloter la cellule électro-optique, l'élément photorécepteur étant en outre adapté pour générer un signal d'alimentation électrique du circuit de traitement, du circuit de commande et de la cellule électro-optique. Comme on le comprendra à la suite de la description détaillée qui va suivre, la présente invention permet ainsi de réaliser un module d'affichage dépourvu de liaison filaire d'alimentation et de commande avec l'extérieur. Le module d'affichage peut en effet être alimenté et piloté intégralement par le signal électromagnétique modulé reçu sur l'élément photorécepteur. Grâce à cette disposition, la présente invention permet de faciliter et diversifier l'implantation du dispositif d'affichage. Elle permet notamment de disposer le dispositif d'affichage en tout lieu du véhicule, sans exiger son encastrement dans la planche de bord, comme cela était jusqu'ici exigé pour dissimuler les liaisons filaires d'alimentation. En outre les moyens conformes à la présente invention, qui seront décrits dans le détail par la suite, permettent de réaliser les moyens de commande sous de faibles dimensions, tout en autorisant un affichage performant et peu coûteux. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un système d'affichage conforme à la présente invention, - la figure 2 représente une variante de ce système sous forme de blocs fonctionnels électroniques, - les figures 3a et 3b illustrent schématiquement deux variantes de la structure d'un étage émetteur d'un module de commande conforme à la présente invention, - la figure 4 représente schématiquement un mode de réalisation des moyens de traitement intégrés dans un module d'affichage, - la figure 5 représente schématiquement la structure d'un circuit démodulateur conforme à la présente invention, - la figure 6 représente le chronogramme de différents signaux prélevés sur ce circuit démodulateur, et - la figure 7 représente schématiquement la structure d'une variante d'un circuit démodulateur conforme à la présente invention. On retrouve sur les figures 1 et 2 un système d'affichage conforme à la présente invention, comprenant un module de commande 100 et un module d'affichage 200 indépendant du module de commande 100. Par " indépendant " on entend que le module d'affichage 200 est physiquement séparé du module de commande 100 et qu'il n'est pas relié à celui-ci par une liaison filaire, mais qu'il ne reçoit des informations en provenance de ce module de commande 100 que par l'intermédiaire du flux reçu en provenance du module de commande 100, sur l'élément photorécepteur. Le module de commande 100 est adapté pour générer au moins un signal lumineux électromagnétique modulé par un signal de commande d'affichage. Selon un mode de réalisation préférentiel, ce module de commande comporte une carte de circuit imprimé 110 qui porte un circuit intégré ou microprocesseur 112 connu en soi, adapté pour générer un signal électrique de commande d'affichage destiné au module 200. Le module de commande 100 comporte également au moins un moyen émetteur 120 piloté par le signal de commande issu du circuit 112 et adapté pour transformer ce signal électrique de commande en un signal électromagnétique. De préférence le moyen émetteur 120 est composé d'une structure 122 faisant office de boite à lumière apte à diriger et/ou confiner un flux lumineux émis, vers le module d'affichage 200, et d'au moins un photoémetteur 124. Dans le cadre de la présente invention, le ou les photoémetteur(s) 124 est (sont) de préférence formé(s) de diode(s) électroluminescente(s) ou LED. Ce type d'émetteur présente notamment l'avantage d'une longue durée de vie et se prête bien à une modulation. En variante cependant il peut s'agir de tous moyens équivalents. Le moyen émetteur 120 est conçu pour générer d'une part un flux lumineux (premier signal) adapté pour assurer l'alimentation électrique du module d'affichage 200, et d'autre part un flux modulé (deuxième signal) adapté pour assurer la commande de l'affichage. Ces deux types de signaux peuvent être générés à l'aide d'un photoémetteur 124 unique (le flux lumineux de base émis par celui-ci correspondant au premier signal et étant utilisé pour l'alimentation électrique du module d'affichage 200 tandis que la modulation de ce flux de base correspond au second signal et assure la commande d'affichage) ou à l'aide de photoémetteurs multiples respectivement dédiés à ces deux fonctions. On a ainsi illustré sur la figure 2, deux diodes LED 124a connectées en série et adaptées pour générer un flux d'éclairage assez puissant pour assurer l'alimentation électrique du module d'affichage 200 à l'aide de moyens qui seront décrits par la suite. Et on a illustré sous la référence 124b une autre diode LED adaptée pour générer le flux modulé utilisé pour la commande de l'affichage 200. Les photoémetteurs 124 sont de préférence pilotés par des modules pilotes 114 ou " driver " eux mêmes commandés par le circuit 112. Le module d'affichage 200 indépendant du module de commande comporte au moins une cellule électro-optique d'affichage 210, au moins un élément photorécepteur 220 apte à détecter le signal électromagnétique issu des photoémetteurs 124, un circuit de traitement 230 apte à démoduler le signal de commande à partir du signal électromagnétique reçu sur l'élément photorécepteur 220, un circuit de commande 240 sensible au signal de commande démodulé et apte à piloter la cellule électro- optique 210, et un moyen 250 apte à stocker de l'énergie électrique à partir du signal issu de l'élément photorécepteur 220 pour assurer l'alimentation électrique du circuit de traitement 230, du circuit de commande 240 et de la cellule électro-optique 210. La cellule électro-optique d'affichage 210 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Il s'agit de préférence d'une cellule à cristaux liquides. La cellule électro-optique peut cependant être formée de tous moyens fonctionnellement équivalents, c'est à dire de tous moyens aptes à transformer un signal de commande électrique en un signal optique. L'élément photorécepteur 220 peut être formé d'un élément unique adapté pour détecter à la fois le flux d'éclairage destiné à l'alimentation et le signal modulé destiné à la commande de la cellule 210. Dans ce cas ces deux signaux sont séparés en sortie du circuit de traitement 230. En variante cependant, comme illustré sur la figure 2, I'élément photorécepteur 220 peut comprendre deux moyens séparés, par exemple sous forme d'une cellule photovoltaïque 220a et d'une photodiode ou d'un phototransistor 220b, pour détecter respectivement le flux d'éclairage destiné à l'alimentation et le signal modulé destiné à la commande de la cellule 210. Dans ce cas ces deux signaux sont orientés respectivement vers le moyen 250 et vers le circuit de traitement 230, en sortie des moyens photorécepteurs 220a et 220b. Un tel mode de réalisation est schématisé sur les figures 1 et 2 sur lesquelles les deux moyens photorécepteurs sont référencés respectivement 220a et 220b. Le moyen 250 conçu pour stocker de l'énergie électrique à partir du signal issu de l'élément photorécepteur 220 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. De préférence il est conçu à partir d'un condensateur. Le type de modulation utilisée dans le cadre de la présente invention, ainsi que la structure des circuits de traitement 230 et de commande 240 peuvent faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Dans le cadre de la présente invention, on utilise de préférence une modulation de type FSK (modulation d'un signal de base en fréquence, en commutant cette dernière entre deux valeurs selon la valeur du bit à transmettre, par exemple une première fréquence correspondant à x (par exemple x =2) oscillations sinusoïdales sur une période de temps donnée pour un bit à " 0 " et une deuxième fréquence correspondant à x+y ( par exemple x+y = 3) oscillations sinusoïdales sur la même période de temps donnée pour un bit à " 1 " (avec x et y différent de 0)) et une transmission série d'informations (voir illustration sur la figure 3). De préférence le rapport entre les fréquences mises en jeu est inférieur à 2 pour éviter des problèmes de démodulation, notamment par accrochage sur l'harmonique 2. On a ainsi illustré sur la figure 3a un schéma d'un tel moyen émetteur comprenant une photodiode 124 dont l'émission est modulée par un amplificateur 126 (à base d'un amplificateur opérationnel par exemple) formant générateur de courant. On a illustré sur la figure 3b une variante de réalisation selon laquelle la photodiode 124 est commandée par un pont de transistors 127, 128 montés en " push pull " et qui assurent respectivement la charge et la décharge de la photodiode 124 (de nature capacitive). Le circuit de traitement 230 possède de préférence une horloge beaucoup plus rapide (typiquement 8 fois plus rapide) que l'horloge de communication utilisée par le module 100, à l'émission. Et le circuit de traitement 230 est adapté pour opérer une synchronisation primaire sur l'horloge. Le circuit de traitement 230 est également adapté pour opérer une synchronisation secondaire par reconnaissance du début (et éventuellement de la fin) de chaque trame transmise. Dans le cadre de la présente invention, il est souhaitable de disposer à la réception d'une vitesse de l'ordre de 1 MHz avec un temps de montée inférieur à 1 microseconde. Les phototransistors présentent généralement des caractéristiques limites par rapport à ce cahier des charges. C'est pourquoi dans le cadre de la présente invention, on préfère utiliser des photodiodes en tant que photorécepteur 220. Les photodiodes possèdent en effet un temps de commutation très rapide, typiquement de l'ordre de 20 ns. Le photorécepteur 220 (constitué de préférence d'une photodiode comme indiqué précédemment) attaque de préférence un amplificateur transimpédance 232 situé en entrée du circuit de traitement 230. Un tel amplificateur transimpédance 232 a pour fonction de transformer en tension le signal de courant reçu du photorécepteur 220. L'amplificateur transimpédance 232 a de préférence un gain (Vs/le) de l'ordre de 10K . L'amplificateur transimpédance 232 est suivi d'un filtre passe-bande 234 qui a pour fonction de rejeter les perturbations éventuelles, puis d'un démodulateur FSK 236. Ce dernier peut être formé de toutes structures appropriées connues de l'homme de l'art. Il est de préférence choisi rapide et avec une faible consommation. On décrira par la suite deux exemples de réalisation de démodulateurs FSK susceptibles d'être utilisés dans le cadre de la présente invention. On a illustré un exemple de réalisation d'un tel amplificateur transimpédance sur la figure 4 annexée. Sur cette figure 4, la photodiode 220 a son anode polarisée par I'alimentation 250, via une résistance série 252, et avec un condensateur 254 en parallèle relié à la masse. La cathode de la photodiode 220 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une branche qui comprend en série une résistance 256 et une self 258. L'amplificateur transimpédance 232 est articulé autour d'un amplificateur opérationnel 2320. Celui-ci a son entrée non inverseuse reliée à la cathode de la photodiode 220 par l'intermédiaire d'un filtre passe haut 2322 constitué d'un condensateur série 2324 et d'une résistance 2326 polarisée par l'alimentation 250. L'entrée inverseuse de l'amplificateur 2320 est reliée à la masse par I'intermédiaire d'une branche qui comprend en série une résistance 2328 et un condensateur 2329. Par ailleurs cette entrée inverseuse est rebouclée sur la sortie de l'amplificateur 2320 par l'intermédiaire d'une cellule qui comprend en parallèle une résistance 2327 et un condensateur 2325. Le cas échéant l'amplification du signal peut être complétée par un ensemble de porte CMOS connectées en série entre la sortie de l'amplificateur transimpédance et l'entrée du filtre 234. En variante bien entendu on peut envisager de réaliser l'amplificateur transimpédance à l'aide de transistors bipolaires. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, il est prévu des moyens adaptés pour mesurer la température de la cellule d'affichage 210 et assurer un asservissement de commande de cette cellule 210 sur la base de cette information de température. De tels moyenspeuvent procéder par exemple par mesure du rayonnement Infra- rouge du verre de la cellule 210. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. Comme on l'a indiqué précédemment le démodulateur FSK peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. De préférence dans le cadre de la présente invention, le démodulateur comprend un circuit à verrouillage de phase ou " PLL ". Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 5 (et dont la figure 6 illustre les signaux principaux), applicable notamment lorsque le rapport entre les deux fréquences de modulation est égal à 2, le circuit démodulateur comprend: Un module 300 apte à détecter les passages à zéro du signal d'entrée A; le signal de sortie de ce module 300 est référencée B sur la figure 6; de préférence la sortie de ce module 300 est constituée d'un monostable, Un filtre 302 à circuit résonant à la fréquence double de la fréquence haute du signal d'entrée à récupérer, lequel filtre 302 est relancé par la sortie du module 300 précité lors de chaque détection d'un passage à zéro du signal A; la sortie du filtre 302 est référencé C sur la figure 6, Une PLL 304 qui reçoit le signal de sortie C du filtre 302 et transforme celui-ci en un signal carré d'horloge D, Un comparateur 306 qui compare le signal d'entrée A à une référence (la masse par exemple) pour transformer le signal d'entrée A en un signal carré E, et Une interface logique série 308 formée d'un registre à décalage qui reçoit le signal E et qui est cadencé par le signal D pour accumuler les bits série F du signal et permettre de lire ceux-ci en parallèle pour générer un signal démodulé, apte à piloter la cellule d'affichage 210. Selon un second mode de réalisation illustré sur la figure 7, applicable notamment lorsque le rapport entre les deux fréquences de modulation est inférieur à 2, le circuit démodulateur qui constitue une PLL comprend: un comparateur de phase 350 qui compare la phase du signal d'entrée modulé et la sortie d'un oscillateur 352 commandé en tension ou " VCO ", un filtre passe-bas 354 relié à la sortie du comparateur 350, lI'oscillateur commandé en tension 352 précité, dont l'entrée de commande est reliée à la sortie du filtre 354 et dont la sortie est reliée à l'une des entrées du comparateur de phase 350, et 10. un comparateur 356 qui compare la sortie du filtre 354 avec une valeur seuil, ce comparateur 356 délivrant à sa sortie le signal démodulé recherché. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage de type électro-optique, pour véhicule automobile, notamment sous forme de tableau de bord, caractérisé par le fait qu'il comprend: - un module de commande (100) adapté pour générer au moins un signal électromagnétique modulé par un signal de commande d'affichage, et - un module d'affichage indépendant (200) qui comporte au moins une cellule électro-optique d'affichage (210), au moins un élément photorécepteur (220) apte à détecter le signal électromagnétique, un circuit de traitement (230) apte à démoduler le signal de commande à partir du signal électromagnétique reçu sur l'élément photorécepteur (220), un circuit de commande (240) sensible au signal de commande démodulé et apte à piloter la cellule électro-optique (210), l'élément photorécepteur (220) étant en outre adapté pour générer un signal d'alimentation électrique du circuit de traitement (230), du circuit de commande (240) et de la cellule électro- optique (210). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le module de commande (100) comprend un moyen émetteur (120) composé d'au moins un photoémetteur (124) et d'une structure (122) faisant office de boite à lumière apte à diriger et/ou confiner un flux lumineux émis, vers le module d'affichage (200). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le module de commande (100) comprend un moyen émetteur (120) composé d'au moins une diode électroluminescente ou LED. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le module de commande (100) comprend un moyen émetteur (124) unique conçu pour générer d'une part un flux lumineux adapté pour assurer l'alimentation électrique du module d'affichage (200), et d'autre part un flux modulé adapté pour assurer la commande de l'affichage. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le module de commande (100) comprend plusieurs émetteurs (124a, 124b) conçus pour générer respectivement d'une part un flux lumineux adapté pour assurer l'alimentation électrique du module d'affichage (200), et d'autre part un flux modulé adapté pour assurer la commande de l'affichage. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le module d'affichage (200) comporte un moyen (250) apte à stocker de l'énergie électrique à partir du signal issu d'un élément photorécepteur (220) pour assurer l'alimentation électrique du circuit de traitement (230), du circuit de commande (240) et de la cellule électro- optique (210). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la cellule électro-optique d'affichage (210) est formée d'une cellule à cristal liquide. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'élément photorécepteur (220) est formé d'un élément unique adapté pour détecter à la fois le flux d'éclairage destiné à l'alimentation et le signal modulé destiné à la commande de la cellule électro-optique (210). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'élément photorécepteur (220) est formé de deux moyens séparés, par exemple sous forme d'une cellule photovoltaïque et d'une photodiode ou d'un phototransistor, pour détecter respectivement le flux d'éclairage destiné à l'alimentation et le signal modulé destiné à la commande de la cellule (210). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le module de commande (100) utilise une modulation de type FSK et une transmission série d'informations. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le circuit de traitement (230) est adapté pour opérer d'une part une synchronisation primaire sur l'horloge et pour opérer d'autre part une synchronisation secondaire par reconnaissance du début de chaque trame transmise. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'élément photorécepteur (220) comprend au moins une photodiode. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que le circuit de traitement (230) comprend un amplificateur transimpédance (232). 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que I'amplificateur transimpédance (232) est suivi d'un filtre passe-bande (234) qui a pour fonction de rejeter les perturbations éventuelles, puis d'un démodulateur FSK (236). 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens adaptés pour mesurer la température de la cellule d'affichage (210) et assurer un asservissement de commande de cette cellule (210) sur la base de cette information de température. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé par le fait que les moyens adaptés pour mesurer la température de la cellule d'affichage (210) procédent par mesure du rayonnement Infra-rouge de la cellule (210). 17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que le circuit de traitement (230) comprend un démodulateur comportant un circuit à verrouillage de phase ou " PLL ". 18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par le fait que le circuit démodulateur comprend: 20. Un module (300) apte à détecter les passages à zéro du signal d'entrée (A), Un filtre (302) à circuit résonant à la fréquence double de la fréquence haute du signal d'entrée à récupérer, lequel filtre (302) est relancé par la sortie du module (300) précité lors de chaque détection d'un passage à zéro, Une PLL (304) qui reçoit le signal de sortie (C) du filtre (302) et transforme celui-ci en un signal carré d'horloge (D), Un comparateur (306) qui compare le signal d'entrée (A) à une référence (la masse par exemple) pour transformer le signal d'entrée (A) en un signal carré (E), et Une interface logique série (308) formée d'un registre à décalage qui reçoit le signal (E) et qui est cadencé par le signal (D) issu de la PLL (304) pour accumuler les bits série (F) du signal et permettre de lire ceux-ci en parallèle pour générer un signal démodulé, apte à piloter la cellule d'affichage (210). 19. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par le fait que le circuit démodulateur comprend: 5. un comparateur de phase (350) qui compare la phase du signal d'entrée modulé et la sortie d'un oscillateur (352) commandé en tension ou " VCO ", un filtre passe-bas (354) relié à la sortie du comparateur (350), lI'oscillateur commandé en tension (352) précité, dont l'entrée de commande est reliée à la sortie du filtre (354) et dont la sortie est reliée à l'une des entrées du comparateur de phase (350(, et un comparateur (356) qui compare la sortie du filtre (354) avec une valeur seuil, ce comparateur (356) délivrant à sa sortie le signal démodulé recherché.