Brevet FR3002802A1 — publié le 20140905

DISPOSITIF D'AFFICHAGE TETE HAUTE AVEC DIFFUSEUR COMPORTANT UN MIROIR L'invention concerne les dispositifs d'affichage et, en particulier, les afficheurs tête haute. Les dispositifs d'affichage à vision à tête haute (ou ATH pour Afficheur Tête Haute ou encore HUD pour Head Up Display) permettent de projeter une information dans le champ de vision du conducteur d'un véhicule, notamment de véhicule de type automobile. L'information ainsi projetée peut la être lue sans quitter des yeux l'espace devant le véhicule et sans modification de l'accommodation des yeux du conducteur. On connait par le document EP 1 798 587 un système de vision tête haute comprenant un projecteur émettant des rayons lumineux vers un diffuseur de façon à former une image à la surface de celui-ci. Dans ce 15 système, le projecteur émet des rayons lumineux sur une première face du diffuseur. Les rayons lumineux émis par le projecteur traversent le diffuseur et forment une image sur une deuxième face du diffuseur, opposée à la première face. Ce système a notamment pour inconvénient de ne pas être particulièrement compact. 20 Pour réduire la taille d'un tel système, il est connu de replier le chemin optique en utilisant le diffuseur de sorte que les rayons lumineux émis par le projecteur soient réfléchis par le diffuseur. Cependant, ce type de solution implique une perte de luminosité et nécessite alors d'utiliser un projecteur plus puissant pour obtenir une image virtuelle suffisamment lumineuse. 25 L'invention a donc pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un système de vision tête haute compact et dont le chemin optique limite les pertes de luminosité. Elle propose plus précisément à cet effet un dispositif d'affichage tête haute comportant une source d'image et un diffuseur destiné à diffuser et à 30 réfléchir une pluralité de rayons lumineux provenant de la source d'image, le diffuseur présentant une première et une deuxième face, chacun des rayons lumineux formant un premier point de diffusion sur la première face du diffuseur, le dispositif d'affichage tête haute étant caractérisé en ce que le diffuseur comporte en outre, sur sa deuxième face, un miroir disposé de sorte que chacun des rayons lumineux, réfléchi par le miroir, forme un deuxième point de diffusion sur la première face du diffuseur, le miroir comprenant des facettes orientées de sorte que le premier point de diffusion est sensiblement confondu avec le deuxième point de diffusion. Selon une caractéristique de l'invention, chaque facette est orientée de sorte qu'elle forme un premier angle non nul avec la première face du diffuseur, le premier angle étant situé dans un plan orthogonal à un axe longitudinal au diffuseur. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque facette est orientée de sorte qu'elle forme, en outre, un deuxième angle non nul avec la première face du diffuseur, le deuxième angle étant situé dans un plan orthogonal à un axe transversal au diffuseur. Selon un mode de réalisation, les premiers angles, de chacune des facettes, sont identiques. Selon un autre mode de réalisation, les premiers angles, de chacune des facettes, sont différents. Avantageusement, le premier angle d'une facette est sensiblement égal à un angle d'incidence d'un rayon, atteignant la facette, sur le diffuseur. Avantageusement, les rayons lumineux formant une image dont la définition est exprimée en points élémentaires, le nombre de facettes est égal au nombre de points élémentaires de l'image. Avantageusement, le diffuseur comporte une couche transparente faite d'un matériau injecté dans un moule. Avantageusement, le miroir du diffuseur est réalisé par métallisation d'une face du diffuseur. L'invention concerne aussi un véhicule comportant un dispositif d'affichage tête haute selon l'invention. Le miroir réfléchit une part supplémentaire de lumière et permet donc d'améliorer le rendement du diffuseur et donc d'avoir une image plus lumineuse pour une source de projection donnée. 3002 802 3 Les facettes permettent d'améliorer la qualité de l'image en faisant coïncider le premier et le deuxième point. Sans ces facettes, les deux points seraient distincts. L'image serait donc floue voire entièrement dédoublée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à 5 l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 illustre un schéma de principe du dispositif d'affichage selon l'invention ; la figure 2 illustre une vue en coupe d'un diffuseur comportant une face 10 avec un miroir ; la figure 3 illustre une vue en coupe d'une portion d'un diffuseur selon l'invention ; la figure 4 illustre une vue en coupe d'un diffuseur selon l'invention dont les inclinaisons des facettes sont identiques ; 15 la figure 5 illustre une vue en coupe d'un diffuseur selon l'invention dont les inclinaisons des facettes sont différentes ; la figure 6 illustre une vue en coupe d'un diffuseur selon l'invention ; la figure 7 illustre une vue schématique d'un diffuseur selon l'invention. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter 20 l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. La figure 1 présente un schéma de principe du dispositif d'affichage selon l'invention. Le dispositif d'affichage tête haute 10 comprend une source d'images 14 destinée à engendrer une information à afficher et un réflecteur 17 réfléchissant l'information vers un utilisateur 19, par exemple le conducteur 25 du véhicule, représenté de façon symbolique par un oeil. Conformément au principe de fonctionnement des dispositifs d'affichage tête haute, une information engendrée par la source d'images 14 est envoyée vers le réflecteur 17 qui la fait apparaître sous la forme d'une image virtuelle 16 en superposition avec l'image réelle de l'espace devant le 30 véhicule aperçue par le conducteur 19 à travers le réflecteur et le pare-brise (non représenté) le cas échéant. Selon une variante de l'invention, le réflecteur 17 est une lame transparente, par exemple en verre ou en polycarbonate, disposée entre l'utilisateur 19 et le parebrise. Selon une autre variante de l'invention, le parebrise du véhicule est utilisé comme réflecteur. Le dispositif d'affichage tête haute 10 selon l'invention comporte en outre et un diffuseur 13 destiné à diffuser et à réfléchir une pluralité de rayons lumineux 18 provenant de la source d'images 14. Le dispositif d'affichage tête haute 10 comporte aussi un miroir additionnel 12 permettant le grossissement de l'image réfléchie par le diffuseur. Le miroir additionnel 12 réfléchit l'image provenant du diffuseur vers le réflecteur 17. Cette caractéristique permet de replier le chemin optique et donc d'avoir un dispositif compact. La source d'images 14 est par exemple un projecteur. Selon une variante de réalisation, le projecteur est un projecteur laser (aussi appelé Laser-Beam -Scaning ou LBS). Ce type de projecteur a pour particularité de créer une image par balayage d'un rayon laser. Un des avantages de ce type de projecteur est de ne nécessiter aucune mise au point. L'image produite par un tel projecteur est toujours nette même sur une surface incurvée. Selon une autre variante de réalisation le projecteur est un projecteur de type matrice de micro miroirs. Dans la suite de la description, on présente différentes variantes de diffuseur selon l'invention. On se propose d'utiliser les définitions suivantes utilisées pour décrire le diffuseur selon l'invention et en particulier préciser l'orientation de ces facettes. La figure 7 représente un vue schématique d'un diffuseur. Le diffuseur comporte un axe longitudinal L1 et un axe transversal L2. Dans la suite de la description, on considère un premier plan P1 orthogonal à l'axe longitudinal L1 et un deuxième plan P2 orthogonal à l'axe transversal L2. On se propose d'ajouter un miroir sur la deuxième face du diffuseur 13 pour améliorer son « rendement lumineux ». Le miroir permet de réfléchir une part de lumière supplémentaire de lumière. La figure 2 montre un exemple de diffuseur 23 comportant un miroir 23.2 sur sa deuxième face. Cette figure montre comment un rayon lumineux 28 provenant d'une source d'images est réfléchi par le diffuseur. Un rayon lumineux 28 provenant de la source d'images (non représentée), forme un premier point de diffusion 26 sur la première face du diffuseur 23. Le diffuseur 23 comporte une couche transparente 23.1 sur la surface de laquelle sont formée des aspérités de façon à diffuser les rayons lumineux. Le diffuseur 23 comporte en outre, sur sa deuxième face, un miroir plan 23.2 disposé de sorte que le rayon lumineux 28, réfléchi par le miroir, forme un deuxième point de diffusion 27 sur la première face du diffuseur 23. Les deux points de diffusion sont distincts. L'image est donc floue voire entièrement dédoublée si la distance entre le premier 26 et le deuxième point 27 de diffusion est suffisamment grande. Pour remédier à ce problème, l'invention comporte un diffuseur 13 tel que présentée à la figure 3. La figure 3 illustre une vue en coupe, selon le premier plan P1, d'une portion d'un diffuseur selon l'invention ; Comme précédemment, ce diffuseur 13 présente une première et une deuxième face. Un rayon lumineux 18 provenant de la source d'images, forme donc un premier point de diffusion 36 sur la première face du diffuseur 13. Le diffuseur 13 comporte aussi, sur sa deuxième face, un miroir 13.2 disposé de sorte que le rayon lumineux 18, réfléchi par le miroir 13.2, forme un deuxième point de diffusion 37 sur la première face du diffuseur 13. Comme dans l'exemple précédant, le diffuseur 13 comporte une couche transparente 13.1 sur la surface de laquelle sont formées des aspérités de façon à diffuser les rayons lumineux. Mais contrairement au miroir 23.2 de la figure 2, le miroir 13.2 comprend des facettes 31 orientées de sorte que le premier point de diffusion 36 est sensiblement confondu avec le deuxième point de diffusion 37. Cette caractéristique permet d'améliorer la netteté de l'image formée sur la première face du diffuseur 13. Selon une caractéristique de l'invention, chaque facette 31 est orientée de sorte qu'elle forme un premier angle al non nul avec la première face du diffuseur, le premier angle ai étant situé dans le premier plan P1 orthogonal à l'axe longitudinal L1 au diffuseur 13. Autrement dit, le premier angle al est la projection dans le premier plan P1 de l'angle formé la surface réfléchissante de la facette 31 et la première face du diffuseur 13. De façon avantageuse, le premier angle ai est être égal à l'angle d'incidence 13 du rayon 18 ou, plus exactement, à la projection dans le premier plan P1 de l'angle d'incidence du rayon 18 sur le diffuseur 13. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque facette 31 est orientée de sorte qu'elle forme, en outre, un deuxième angle (12 non nul avec la première face du diffuseur, le deuxième angle CG2 étant situé dans le deuxième plan P2 orthogonal à l'axe transversal L2 au diffuseur. Autrement dit, le deuxième angle a2 est la projection dans le deuxième plan P2 de l'angle formé la surface réfléchissante de la facette 31 et la première face du diffuseur 13. La figure 6 illustre une vue en coupe, selon le deuxième plan P2, d'une portion d'un diffuseur 13 selon ce mode de réalisation. Les facettes du miroir sont disposées de façon symétrique selon le premier plan P1. La source d'images 14 est située dans le plan de symétrie P1. Une première variante de l'invention est illustrée à la figure 4 montrant une vue en coupe, selon le premier plan P1, d'une portion d'un diffuseur 43 selon l'invention. Selon cette première variante, les premiers angles ai, de chacune des facettes 41, sont identiques. Cette première variante a pour avantage d'être plus simple à concevoir et à fabriquer. Elle donne de bons résultats si les rayons 48 émis par la source sont sensiblement parallèles, autrement dit si la source d'images est suffisamment éloignée du diffuseur. Une deuxième variante de l'invention est illustrée à la figure 5 montrant une vue en coupe, selon le premier plan P1, d'une portion d'un diffuseur 53 selon l'invention. Selon cette deuxième variante de l'invention les premiers angles al, de chacune des facettes 51, sont différents. Cette variante donne de meilleurs résultats que la précédente en particulier si la source d'images est proche du diffuseur, les rayons 58 émis par la source d'images n'étant pas parallèles. Pour une source d'images 14 (un projecteur) présentant une ouverture de 20°, l'écart entre les premiers angles des facettes situées aux extrémités du diffuseur (autrement la facette la plus et la facette de la plus basse) est de l'ordre de 20°. Par exemple, si la ou les facettes les plus basses présentent un premier angle d'inclinaison de 5° alors la ou les facettes les plus hautes auront un premier angle d'inclinaison de 25°. La source d'images 14 projette des rayons lumineux formant une image. La définition de l'image projetée par la source d'images est exprimée en points élémentaires ou pixels. Dans le cas d'un dispositif fournissant une image panoramique, la résolution verticale de la source est, par exemple, de 200 pixels et la résolution horizontale est, par exemple, de 1000 pixels. Le nombre de pixels d'une image est donc de 200000. Avantageusement, le nombre de facettes sur le miroir correspond au nombre de pixels du projecteur. Ceci permet aussi d'améliorer la qualité de l'image formée sur le diffuseur. Dans le cas où le miroir comporte des facettes dont l'inclinaison est uniquement selon un premier angle (12, les facettes s'étendent sur toute la longueur du diffuseur 13, de façon sensiblement parallèle à l'axe longitudinal L1. Le nombre de facettes est alors égal à la résolution verticale du projecteur. Il est donc de 200 facettes avec la source d'images évoquée précédemment. Dans le cas où le miroir comporte des facettes avec une inclinaison selon un premier angle ai et selon un deuxième angle (12, les facettes sont organisées en matrice. La dimension de cette matrice correspond à la résolution de la source d'images. Le diffuseur comporte donc de 200000 facettes s'il est associé à la source d'images évoquée précédemment. Plus précisément, le miroir comporte 200 lignes comportant chacune 1000 facettes ou, dit autrement, 1000 colonnes comportant chacune 200 facettes. Les 1000 facettes d'une même rangée comportent toute la même inclinaison selon le premier angle al. 3002 802 8 Les facettes appartenant à une même colonne comportent toute la même inclinaison selon le deuxième angle CG2. La taille du diffuseur 13 est par exemple de 100 millimètres de longueur et de 20 millimètres de hauteur. 5 Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la couche transparente 13.1 du diffuseur 13 est une pièce faite d'un matériau injecté dans un moule. Le matériau est, par exemple, du polycarbonate qui a relativement dur mais peu résistant à la chaleur, ou du polyméthacrylate de méthyle ou PMMA (aussi connu sous la dénomination de plexiglas) qui résiste 10 mieux à la chaleur mais se raye plus facilement. Selon ce mode de réalisation de l'invention, le miroir 13.2 est réalisé par métallisation de la deuxième face qui est ainsi rendue réfléchissante. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le diffuseur comporte une pièce métallique faisant office de miroir sur laquelle on injecte 15 le matériau (polycarbonate ou PMMA). L'invention concerne aussi un véhicule, notamment de type automobile, comportant un dispositif d'affichage selon l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif d'affichage tête haute (10) comportant une source d'images (14) et un diffuseur (13) destiné à diffuser et à réfléchir une pluralité de rayons lumineux (18) provenant de la source d'images (14), le diffuseur (13) présentant une première et une deuxième face, chacun des rayons lumineux (18) formant un premier point de diffusion (36) sur la première face du diffuseur (13), le dispositif d'affichage tête haute (10) étant caractérisé en ce que le diffuseur (13) comporte en outre, sur sa deuxième face, un miroir disposé de sorte que chacun des rayons lumineux (18), réfléchi par le miroir, forme un deuxième point de diffusion (37) sur la première face du diffuseur, le miroir comprenant des facettes (31) orientées de sorte que le premier point de diffusion (36) est sensiblement confondu avec le deuxième point de diffusion (37). 2. Dispositif d'affichage tête haute (10) selon la revendication 1, dans lequel chaque facette (31) est orientée de sorte qu'elle forme un premier angle (CO non nul avec la première face du diffuseur, le premier angle (al) étant situé dans un plan (P1) orthogonal à un axe longitudinal (L1) au diffuseur (13). 3. Dispositif d'affichage tête haute (10) selon la revendication 2, dans lequel chaque facette (31) est orientée de sorte qu'elle forme, en outre, un deuxième angle (a2) non nul avec la première face du diffuseur, le deuxième angle (a2) étant situé dans un plan (P2) orthogonal à un axe transversal (L2) au diffuseur. 4. Dispositif d'affichage tête haute (10) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les premiers angles (ai), de chacune des facettes (31), sont identiques. 5. Dispositif d'affichage tête haute (10) selon l'une des revendications 1 à 3, 3002 802 10 dans lequel les premiers angles (ai), de chacune des facettes (31), sont différents. 6. Dispositif d'affichage tête haute (10) selon la revendication 5, dans lequel le 5 premier angle (al) d'une facette (31) est sensiblement égal à un angle d'incidence (13) d'un rayon (18), atteignant la facette (31), sur le diffuseur (13). 7. Dispositif d'affichage tête haute (10) selon l'une des revendications précédentes, les rayons lumineux (18) formant une image dont la définition 10 est exprimée en points élémentaires, le nombre de facettes est égal au nombre de points élémentaires de l'image. 8. Dispositif d'affichage tête haute (10) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le diffuseur (13) comporte une couche transparente 15 (13.1) faite d'un matériau injecté dans un moule. 9. Dispositif d'affichage tête haute (10) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le miroir (13.2) du diffuseur (13) est réalisé par métallisation d'une face du diffuseur (13). 20 10. Véhicule comportant un dispositif d'affichage tête haute selon l'une des revendications 1 à 9.