Brevet FR2923027A1 — publié le 20090501

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des équipements et installations intérieurs des véhicules automobiles, notamment des équipements fournissant au moins au conducteur des informations sur l'état du véhicule, sur son environnement et/ou sur le trajet en cours ou à venir, et a pour objet un dispositif d'affichage ou de visualisation tête haute et un véhicule équipé d'au moins un tel dispositif. Les dispositifs d'affichage tête haute (connus sous la désignation "head up displays" ou HUD en langue anglaise) sont destinés à fournir des informations visuelles au conducteur, et/ou à au moins un passager, sans nécessiter une déviation significative de l'angle de vision, ni un changement de focalisation, en particulier de la part du conducteur concentré sur la route. Certains de ces dispositifs sont implantés dans ou sur le tableau de bord, d'autres dans le pavillon de toit ou encore au niveau du rétroviseur intérieur. Toutefois, il convient de noter que les dispositifs produisant une image au centre du champ de vision, dans le paysage, sont à éviter compte tenu de la gêne résultante pour le conducteur et son influence sur la concentration de ce dernier. De plus, la presque totalité des dispositifs actuels fournissent des images virtuelles, ne pouvant être appréhendées par une personne portant des lunettes de soleil à verres polarisants et nécessitant au moins une opération de réflexion optique, en particulier lorsqu'ils sont intégrés dans le tableau de bord du véhicule. De manière générale, les dispositifs d'affichage tête haute connus présentent une structure unitaire complexe et encombrante, résultant en un prix de revient élevé et en une grande difficulté d'intégration dans le tableau de bord, nécessitant des réglages et des ajustements précis et entraînant une maintenance fastidieuse et compliquée. Ces inconvénients et limitations proviennent notamment de la présence d'un système optique spécifique à composants multiples (avec au moins un moyen de réflexion, souvent non standard), de la nécessité d'une source lumineuse de forte puissance et à intensité réglable, associée à des moyens de refroidissement adaptés, et de la présence d'un moyen de -2-réflexion finale au niveau du ou dans le pare-brise avec un angle d'inclinaison adapté pour éviter les images fantômes. De tels dispositifs d'affichage tête haute, faisant état d'un ou de plusieurs des inconvénients précités, sont notamment connus par les documents JP-04 274280, JP-2006-205955, JP-2004-133181, JP 7223459, US 2006/0071877, WO-2003/316982, US-5 229 755, US-5 204 666 et US-5 056 890. La présente invention a notamment pour but de surmonter au moins certains des inconvénients et limitations précités. A cet effet, elle a pour objet un dispositif d'affichage ou de visualisation tête haute pour véhicule, notamment pour un véhicule automobile, au moins partiellement intégré dans le tableau de bord dudit véhicule faisant face au conducteur, ledit dispositif étant apte à projeter, dans le champ visuel normal du conducteur, des informations relatives à l'état du véhicule, à son environnement et/ou au trajet suivi par ce dernier, par exemple sous forme de caractères alphanumériques, de pictogrammes ou de représentations analogues, symboliques ou non, statiques ou dynamiques, dispositif caractérisé en ce qu'il est constitué par une pluralité d'unités de projection séparées formant autant de micro-projecteurs individuels, dont chacun est apte à projeter une image optique réelle d'un pictogramme, d'un caractère, d'un ensemble de caractères ou analogue respectivement associé à l'unité considérée, sur un écran ou une portion d'un écran situé dans le champ visuel normal du conducteur du véhicule, préférentiellement dans la région du bord inférieur du pare-brise du véhicule. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique en élévation latérale d'un dispositif d'affichage tête haute selon un premier mode de réalisation de l'invention, illustrant son implantation et sa mise en oeuvre (représentation des contours de deux conducteurs de tailles différentes) ; la figure 2 est une vue à une échelle différente du dispositif de la figure 1 ; -3- la figure 3 est une représentation schématique en élévation latérale d'un dispositif d'affichage tête haute selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, illustrant son implantation et sa mise en oeuvre ; la figure 4 est une vue semblable à celles des figures 1 et 3 d'un troisième mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 est une vue à une échelle différente du dispositif de la figure 4 ; la figure 6 est une vue en coupe et en élévation latérale d'une variante de réalisation avantageuse d'une unité de projection pouvant faire partie d'un dispositif selon l'une quelconque des figures 1, 3 et 4 ; les figures 7 et 8 sont des vues schématiques simplifiées, respectivement de dessus et en élévation frontale, de la partie avant d'un véhicule et de son habitacle, montrant un tableau de bord équipé de deux dispositifs d'affichage tête haute selon l'invention, et les figures 9A et 9B représentent chacune une bande d'affichage produite par un des deux dispositifs représentés sur les figures 7 et 8 et intégrant une série de pictogrammes et un écran digital. Les figures 1 à 6 montrent un dispositif 1 d'affichage ou de visualisation tête haute pour véhicule, notamment pour un véhicule automobile, au moins partiellement intégré dans le tableau de bord 2 dudit véhicule faisant face au conducteur. Ce dispositif 1 est apte à projeter, dans le champ visuel normal du conducteur, des informations 3 relatives à l'état du véhicule, à son environnement et/ou au trajet suivi par ce dernier, par exemple sous forme de caractères alphanumériques, de pictogrammes ou de représentations analogues, symboliques ou non, statiques ou dynamiques. Conformément à l'invention, ledit dispositif 1 est constitué par une pluralité d'unités de projection 4 séparées formant autant de micro-projecteurs individuels, dont chacun est apte à projeter une image optique réelle 5 d'un pictogramme, d'un caractère, d'un ensemble de caractères ou analogue 3 respectivement associé à l'unité 4 considérée, sur un écran ou une portion d'un écran 6 situé dans le champ visuel normal 7 du conducteur 8 du véhicule, préférentiellement dans la région du bord inférieur 9' du pare-brise 9 du véhicule. Ainsi, la solution proposée par l'invention présente une structure modulaire et aisément adaptable en termes de nombre d'informations à projeter, de construction simple et économique et ne -4- nécessitant aucun ajustement fastidieux ou mise au point délicate de système optique. Préférentiellement, chaque unité de projection 4 comprend un boîtier 10 à paroi opaque, pourvu d'une ouverture formant fenêtre de projection 11 et dans lequel est monté un arrangement de moyens 12, 13, 14 coopérants, qui sont opérationnels pour réaliser une projection, lesdits moyens étant constitués, d'une part, par une source lumineuse 12 disposée à l'opposé de la fenêtre de projection 11, d'autre part, par un support 13 au moins partiellement transparent, portant une reproduction figée ou évoluante de la représentation 3 à projeter et exposé au rayonnement de la source lumineuse 12 et, enfin, par un organe optique 14 du type lentille, situé à l'opposé de la source lumineuse 12 et à proximité de la fenêtre de projection 11. En accord avec une réalisation pratique avantageuse, il est prévu que le boîtier 10 de chaque unité de projection 4 forme une boîte noire à structure allongée tubulaire creuse, préférentiellement à section carrée ou rectangulaire, dont une extrémité longitudinale 15 est ouverte et pourvue d'une paroi transparente 11' optiquement neutre, définissant la fenêtre de projection 11, et dont l'autre extrémité longitudinale 15' est fermée de manière opaque et porte ou reçoit la source lumineuse 12 (cette dernière peut être unique ou multiple, avec par exemple des couleurs différentes). Les différentes unités de projection 4 sous forme de micro-projecteurs indépendants peuvent consister en des sous-ensembles individuels prémontés, pouvant être associés en rangée incorporant des unités 4 différentes, dont le choix et le nombre sont adaptés en fonction du véhicule à équiper et de son niveau d'équipement. Comme le montrent notamment les figures 7, 8 et 9, les différentes unités de projection 4 sont préférentiellement arrangées côte à côte (de manière adjacente pour réduire leur encombrement global), de manière à former une ligne, rangée ou bande de projection segmentée, les différents boîtiers 10 délivrant chacun une image optique réelle et faisant éventuellement partie d'une pièce unique d'un seul tenant. Conformément à une solution constructive préférée, illustrée par les figures 1, 3, 4 et 8, lesdites unités de projection 4 sont totalement intégrées dans la structure du tableau de bord 12, en étant disposées à l'arrière de l'ensemble primaire 16 d'instruments de bord situé derrière le -5- volant 17 et/ou à l'arrière d'un ensemble secondaire 18 d'instruments de bord monté dans la partie centrale ou médiane du tableau de bord 2. Plus précisément, il peut être prévu que ces unités de projection soient logées au niveau d'un décrochement 19 de la face supérieure 20 du tableau de bord 2, préférentiellement à l'opposé d'une projection matérielle 21 en forme d'auvent s'étendant en porte-à-faux au-dessus de l'ensemble d'instruments de bord 16 ou 18 considéré, ladite face supérieure 20 étant dégagée de tout obstacle ou partie interférente entre les fenêtres de projection 11 des unités de projection 4 et l'écran ou les portions d'écran 6 correspondant. Compte tenu de leur modularité et de leur faible taille, notamment en section, les unités 4 peuvent être aisément incorporées dans l'épaisseur de la partie supérieure du tableau de bord 2, sans créer de surépaisseur ou de protubérance notable (en utilisant les volumes libres existant à l'arrière de l'ensemble d'instruments de bord 16, 18) et en étant totalement invisibles pour les occupants de l'habitacle du véhicule considéré. Selon une caractéristique de l'invention, permettant d'aboutir à une construction simple, intégrée et évitant des circuits de commande et d'alimentation supplémentaires spécifiques, les sources lumineuses 12 des différentes unités de projection 4 sont montées sur la carte 22 de circuits imprimés portant les moyens d'éclairage 22' et éventuellement les actionneurs de l'ensemble primaire 16 ou secondaire 18 d'instruments de bord, les parties émissives au moins desdites sources lumineuses 12, par exemple sous forme de diodes électroluminescentes, s'étendant dans les boîtiers 10 desdites unités de projection 4 à travers les parois de fond 15' de ces dernières, opposées aux fenêtres de projection 11 respectivement correspondantes. Grâce à une telle disposition, l'implantation du dispositif 1 d'affichage tête haute ne complique pas notablement l'architecture des circuits de commande et d'alimentation présents au niveau du tableau de bord 2 et autorise le couplage de son activation et de sa commande à celles des instruments de bord de l'ensemble concerné 16 ou 18. Selon une première variante de réalisation de l'invention, ressortant des figures 1 et 2, l'écran 6 consiste en une bande blanche 23 montée dans le tableau de bord 2, en regard des unités de projection 4 disposées en rangée et à proximité de la zone de bord inférieur 9' du pare- -6- brise 9, par exemple au niveau d'une zone en décrochement, une formation saillante supérieure 24 en forme d'auvent protégeant l'écran 23 contre la lumière traversant le pare-brise 9. L'écran 6 pourra, par exemple, être rapporté au niveau d'une zone de surface en décrochement de la face supérieure du tableau de bord 2, faisant face au décrochement au niveau duquel débouchent les fenêtres de projection 11 des unités 4. Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, montrée sur la figure 3, l'écran 6 est constitué par une bande de matériau électrochromique 25, insérée dans la couche polymère de la feuille de verre formant le pare-brise 9, ladite bande de matériau 25 pouvant être contrôlée en termes d'opacité/de transparence, et pouvant notamment former une bande blanche opaque. Enfin, selon une troisième variante de réalisation de l'invention, illustrée aux figures 4 et 5, l'écran 6 consiste en un miroir concave profilé 26 apte à transformer les images réelles 5 projetées par les unités de projection 4 en images virtuelles 27 correspondantes, qui apparaissent pour le conducteur comme étant situées au-delà du pare-brise. L'écran 6 pourra présenter une structure continue ou segmentée 20 en fonction de l'esthétisme recherché et des caractéristiques visuelles des images individuelles 5 projetées. En outre, ces images 5 pourront être statiques (image fixe, non évolutive, support statique) ou dynamiques (image changeante, évolutive, support dynamique), en fonction du type de support 13 servant de masque 25 de projection (support à représentation figée/écran à cristaux liquides). La présente invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant notamment un pare-brise et un tableau de bord, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'affichage tête haute 1 tel que décrit ci-dessus. 30 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'affichage ou de visualisation tête haute pour véhicule, notamment pour un véhicule automobile, au moins partiellement intégré dans le tableau de bord dudit véhicule faisant face au conducteur, ledit dispositif étant apte à projeter, dans le champ visuel normal du conducteur, des informations relatives à l'état du véhicule, à son environnement et/ou au trajet suivi par ce dernier, par exemple sous forme de caractères alphanumériques, de pictogrammes ou de représentations analogues, symboliques ou non, statiques ou dynamiques, dispositif (1) caractérisé en ce qu'il est constitué par une pluralité d'unités de projection (4) séparées formant autant de micro-projecteurs individuels, dont chacun est apte à projeter une image optique réelle (5) d'un pictogramme, d'un caractère, d'un ensemble de caractères ou analogue (3) respectivement associé à l'unité (4) considérée, sur un écran ou une portion d'un écran (6) situé dans le champ visuel normal (7) du conducteur (8) du véhicule, préférentiellement dans la région du bord inférieur (9') du pare-brise (9) du véhicule. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque unité de projection (4) comprend un boîtier (10) à paroi opaque, pourvu d'une ouverture formant fenêtre de projection (11) et dans lequel est monté un arrangement de moyens (12, 13, 14) coopérants, qui sont opérationnels pour réaliser une projection, lesdits moyens étant constitués, d'une part, par une source lumineuse (12) disposée à l'opposé de la fenêtre de projection (11), d'autre part, par un support (13) au moins partiellement transparent, portant une reproduction figée ou évoluante de la représentation (3) à projeter et exposé au rayonnement de la source lumineuse (12) et, enfin, par un organe optique (14) du type lentille, situé à l'opposé de la source lumineuse (12) et à proximité de la fenêtre de projection (11). 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (10) de chaque unité de projection (4) forme une boîte noire à structure allongée tubulaire creuse, préférentiellement à section carrée ou rectangulaire, dont une extrémité longitudinale (15) est ouverte et pourvue d'une paroi transparente (11') optiquement neutre, définissant la fenêtre de-8- projection (11), et dont l'autre extrémité longitudinale (15') est fermée de manière opaque et porte ou reçoit la source lumineuse (12). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les différentes unités de projection (4) sont arrangées côte à côte, de manière à former une ligne, rangée ou bande de projection segmentée, les différents boîtiers (10) délivrant chacun une image optique réelle et faisant éventuellement partie d'une pièce unique d'un seul tenant, et en ce que ces unités de projection (4) sont totalement intégrées dans la structure du tableau de bord (12), en étant disposées à l'arrière de l'ensemble primaire (16) d'instruments de bord situé derrière le volant (17) et/ou à l'arrière d'un ensemble secondaire (18) d'instruments de bord monté dans la partie centrale ou médiane du tableau de bord (2). 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les unités de projection (4) sont logées au niveau d'un décrochement (19) de la face supérieure (20) du tableau de bord (2), préférentiellement à l'opposé d'une projection matérielle (21) en forme d'auvent s'étendant en porte-à-faux au-dessus de l'ensemble d'instruments de bord (16 ou 18) considéré, ladite face supérieure (20) étant dégagée de tout obstacle ou partie interférente entre les fenêtres de projection (11) des unités de projection (4) et l'écran ou les portions d'écran (6) correspondant. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les sources lumineuses (12) des différentes unités de projection (4) sont montées sur la carte (22) de circuits imprimés portant les moyens d'éclairage (22') et éventuellement les actionneurs de l'ensemble primaire (16) ou secondaire (18) d'instruments de bord, les parties émissives au moins desdites sources lumineuses (12), par exemple sous forme de diodes électroluminescentes, s'étendant dans les boîtiers (10) desdites unités de projection (4) à travers les parois de fond (15') de ces dernières, opposées aux fenêtres de projection (11) respectivement correspondantes. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'écran (6) consiste en une bande blanche (23) montée dans le tableau de bord (2), en regard des unités de projection (4) disposées en rangée et à proximité de la zone de bord inférieur (9') du pare-brise (9), par exemple au niveau d'une zone en décrochement, une formation saillante supérieure (24) en forme d'auvent protégeant l'écran (23) contre la lumière traversant le pare-brise (9).-9- 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'écran (6) est constitué par une bande de matériau électrochromique (25), insérée dans la couche polymère de la feuille de verre formant le pare-brise (9), ladite bande de matériau (25) pouvant être contrôlée en termes d'opacité/de transparence, et pouvant notamment former une bande blanche opaque. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'écran (6) consiste en un miroir concave profilé (26) apte à transformer les images réelles (5) projetées par les unités de projection (4) en images virtuelles (27) correspondantes, qui apparaissent pour le conducteur comme étant situées au-delà du pare-brise. 10) Véhicule automobile comprenant notamment un pare-brise et un tableau de bord, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'affichage tête haute (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.