Brevet FR3004816A1 — publié le 20141024

GENERATEUR D'IMAGES POUR AFFICHEUR, NOTAMMENT AFFICHEUR TETE HAUTE L'invention concerne un générateur d'images pour afficheur, notamment afficheur tête haute. Elle trouvera ses applications, par exemple, dans les véhicules automobiles pour informer les utilisateurs du véhicule, en particulier son conducteur, en projetant une image virtuelle au-delà d'un pare-brise du véhicule. Il est connu d'équiper un véhicule automobile avec un afficheur tête haute. Un tel système est placé dans le champ de vision du conducteur automobile observant la trajectoire du véhicule et affiche une information relative à l'état du véhicule automobile, qui est transmise par un générateur d'images. Des systèmes connus proposent un générateur d'images qui génère une source lumineuse dite cohérente à partir de trois faisceaux laser, ladite source étant associée à un générateur de balayage des faisceaux laser émis. La formation de l'image s'effectue sur un écran diffuseur de la lumière, mais cette technologie se traduit par des effets d'interférence qui produise une impression d'image à grains, avec une allure "sablée". Ce phénomène de scintillement de l'image, connu sous le terme anglais « speckle », se traduit par un affichage grainé de l'information qui est présentée et par une gêne de la perception visuelle de l'information. Divers procédés ont été imaginés pour tenter de résoudre ces inconvénients, avec l'installation d'un système particulier sur le trajet des rayons générateurs de l'image virtuelle formée par l'afficheur. Ces procédés présentent cependant l'inconvénient de seulement atténuer ce phénomène. Le but de la présente invention est donc de pallier les problèmes décrits ci-dessus en proposant un autre moyen pour former l'image d'un afficheur tête haute, et en particulier, qui soit exempte de scintillements. L'invention a ainsi pour objet un générateur d'images pour afficheur, notamment afficheur tête haute, comprenant : - une source lumineuse, et - un écran d'imagerie configuré pour être balayé par un rayon lumineux incident, formé par ladite source de manière à former une image. Selon l'invention, ledit écran d'imagerie comprend une matrice de cellules constituées d'éléments photosensibles réémettant par transmission des rayons lumineux lorsque lesdits éléments photo sensibles sont éclairés par le rayon lumineux incident, ledit écran étant configuré pour que lesdits rayons transmis par lesdites cellules présentent une couleur d'une puissance optique fonction de la puissance optique dudit rayon lumineux incident (3). L'utilisation d'une matrice phosphorescente permet d'éliminer l'effet de scintillement de l'image qui était constaté dans l'art antérieur. Selon différents modes de réalisation de l'invention qui pourront être pris 15 ensemble ou séparément : - ledit générateur d'image comprend un générateur de balayage dudit rayon lumineux incident, - la source lumineuse est formée par une ou plusieurs diodes laser, - la diode laser est unique, 20 - ladite diode laser émet ledit rayon incident avec une puissance supérieure à 1W, - ladite diode laser émet un rayon incident de longueur d'onde inférieure à 450nm, - lesdits éléments photosensibles sont des éléments phosphorescents, - lesdits éléments photos sensibles sont configurés pour que lesdits rayons transmis soient quasi monochromatiques, 25 - chacune desdites cellules comprend trois éléments photo sensibles, émettant respectivement selon trois couleurs complémentaires, - les rayons réfractés par chacun des trois éléments photo sensibles d'une desdites cellules ont respectivement des longueurs d'onde sensiblement égales à 450, 520 et 638 nm. 30 L'invention concerne également un afficheur tête haute comprenant un générateur d'images tel que décrit plus haut. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un générateur d'images selon une 5 demande de brevet précédente de la titulaire, - la figure 2 est une vue d'une présentation d'informations provenant d'un afficheur tête haute, - la figure 3 est une vue d'une cellule utilisée dans un mode de réalisation du générateur d'images selon l'invention, 10 - la figure 4 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un afficheur tête haute selon l'invention. La figure 1 illustre un générateur d'images 1 pour un afficheur tête haute. Un tel générateur d'images est plus particulièrement destiné à équiper un afficheur 15 tête haute d'un véhicule automobile projetant une image virtuelle 20 (figures 2 et 4) où au moins une information en rapport avec le véhicule est affichée. Le générateur d'images 1 comprend un boîtier 31 qui délimite un volume interne dans lequel se loge un projecteur à balayage laser 2, qui génère un 20 faisceau lumineux cohérent 3. Ce projecteur à balayage laser 2 comprend trois sources laser 4, 5, 6, typiquement des diodes laser, chaque source laser émettant un faisceau lumineux monochromatique 7, 8, 9, c'est-à-dire consistant en une seule couleur, différente d'une source laser à l'autre. Les couleurs sont, par exemple, un rouge, un vert ou un bleu (RVB). La puissance optique et l'intensité 25 de chacune des sources sont pilotées, de manière indépendante des autres sources, par un microcontrôleur (non représenté) pour obtenir la couleur et l'intensité souhaitées du faisceau lumineux, et de l'image qui en résulte. Ledit projecteur à balayage 2 pourra encore comprendre en sortie des diodes laser, des éléments optiques, non représentés, sur lesquelles les rayons lumineux 7, 8, 9 se 30 réfléchissent pour former un faisceau lumineux composite rouge-vert-bleu (RVB). Ledit projecteur à balayage 2 comprend encore un générateur de balayage 10 dont la fonction est de déplacer horizontalement et verticalement le faisceau lumineux composite RVB en vue de réaliser un balayage selon une fréquence, notamment égale à 60 Hz, à titre d'exemple non limitatif. Le générateur de balayage 10 comprend, notamment, un miroir à balayage à système microélectro-mécanique (ci-après appelé miroir MEMS) sur lequel le faisceau lumineux se réfléchit en un faisceau de balayage 3. Un tel miroir MEMS présente par exemple un diamètre de 1 mm2. Le miroir MEMS est apte à tourner autour de deux axes de rotation pour réaliser un balayage, par exemple à la fréquence de rafraîchissement de 60 Hz. Alternativement, le miroir MEMS peut être remplacé par deux miroirs plans et déplaçables, dont les mouvements sont associés. L'un de ces miroirs peut être dédié à un balayage selon un axe horizontal alors que l'autre miroir peut être dédié à un balayage selon un axe vertical. Le générateur d'images 1 comprend encore un écran diffuseur 11. Ce dernier est un écran de projection transparent ou translucide, réalisé par exemple en verre, notamment dépoli, ou en polycarbonate. A titre d'exemple, l'écran diffuseur est du type dit à expansion de pupille de sortie (plus connu sous le terme anglais de «Exit Pupil Expander» ou EPE). Il s'étend dans un plan traversé par le faisceau lumineux 3, l'image résultant de ce faisceau lumineux 3 étant formée dans le plan d'une face de l'écran diffuseur 11. Cet écran diffuseur reçoit le faisceau lumineux 3 en provenance du projecteur à balayage laser 10. Il est agencé pour provoquer une dispersion de ce faisceau lumineux 3 selon un secteur angulaire, par exemple, égal à 30° par rapport à la direction du faisceau lumineux 3 au moment où il vient frapper l'écran diffuseur 11. Pour ce faire, la face 12 de l'écran diffuseur sur laquelle l'image se forme est rugueuse, en ce sens qu'elle comporte des aspérités qui provoquent la dispersion du faisceau lumineux 3. La zone où cette image apparaît sur l'écran diffuseur forme ainsi une zone d'affichage 13 délimitée par l'amplitude du balayage opéré par le projecteur à balayage laser 2. La figure 2 montre un exemple d'image 20 formée sur l'écran diffuseur 11, dans la zone d'affichage 13, à partir du faisceau lumineux qui est mis en mouvement par le projecteur à balayage laser. La figure 3 montre, selon l'invention, une cellule 14 d'une matrice 19, ici une matrice RVB, qui est constituée par un réseau bidimensionnel de cellules élémentaires, positionnées sur une zone d'affichage. Ces cellules comprennent chacune trois éléments photo sensibles, en particulier phosphorescents 14r, 14v et 14b. Chacun de ces éléments phosphorescents est sensible à un éclairement, provenant d'un faisceau lumineux incident 3, notamment un éclairement selon une lumière cohérente présentant une longueur d'onde Al. Chaque élément phosphorescent réémet, lorsqu'il est soumis à tel éclairement, une lumière sur une longueur d'onde distincte. Le phosphore 14b réémet une lumière de couleur bleue, par exemple sous la longueur d'onde Ab égale à 450 nm ; le phosphore 14v réémet une lumière de couleur verte, par exemple sous la longueur d'onde Mt égale à 520 nm et le phosphore 14r réémet une lumière de couleur rouge, par exemple sous la longueur d'onde Ar égale à 638 nm. En variante, ladite matrice pourra être constituée de cellules comprenant chacune un seul élément photo sensible réémettant tous une lumière sur la même longueur d'onde. On obtiendra alors une image monochromatique en dégradé d'intensité. Le générateur d'images conforme à l'invention comprend par ailleurs une source lumineuse 5 émettant ledit faisceau lumineux incident 3. Selon un mode de réalisation, ladite source lumineuse comprend une seule source laser 5. Autrement dit, l'éclairement activant les éléments phosphorescent 14b, 14v, 14r provient d'une seule et même source laser 5. En variante, plusieurs sources laser pourront être utilisées, notamment pour augmenter la plage d'intensité de la lumière émise disponible. On voit donc que, par un balayage avec éclairage successif des trois éléments de la cellule 14, avec une modulation de l'intensité lumineuse de la source à chaque éclairage, on génère trois faisceaux de lumière de couleurs rouge, verte et bleue, qui en les combinant peuvent créer un point ou pixel de l'image 20 selon la couleur et l'intensité lumineuse souhaitée. La figure 4 montre le principe de réalisation d'un afficheur tête haute 21 selon l'invention, à partir d'une matrice 19 constituée d'un réseau bidimensionnel de cellules 14 de trois phosphores différents. Un tel système utilise un générateur d'images 1 tel que celui décrit pour la figure 1, à ceci près qu'il ne comporte ici qu'une seule source lumineuse laser 5 et que l'écran diffuseur 11 est remplacé par une matrice 19 de cellules RVB 14. Le générateur d'images 1 comprend, comme précédemment, le générateur à balayage laser 10 de manière à former avec la nouvelle source de lumière conforme à l'invention un projecteur à balayage laser projetant le faisceau lumineux 3 sur la matrice 19 en lui faisant effectuer un balayage sur l'ensemble de ses éléments phosphorescents. Ce faisceau 3 est modulé en intensité pour chaque élément de phosphore de la matrice, de façon à former des rayons de couleur rouge 18, vert 17 ou bleu 16 d'intensités différentes et ainsi à constituer un rayon de la couleur voulue lorsqu'ils sont combinés trois à trois et qu'ils forment un pixel de l'image 20 présentée au conducteur. En aval de la matrice 19 selon le sens de déplacement du faisceau lumineux 3, ledit afficheur comprend ici au moins une lame semi-réfléchissante 26 et un dispositif de réflexion 25 interposé sur le trajet de l'image entre la matrice 19 et la lame semi-réfléchissante 26. Sur cette figure, le trajet de l'image est symbolisé par trois flèches 30 en pointillés qui représentent la fusion des trois faisceaux rouge, vert et bleu issu de chacune des cellules RVB 14 qui se réfléchissent sur le dispositif de réflexion 25 avant de s'afficher à travers la lame semi-réfléchissante 26. Cette dernière permet un grossissement et/ou, par transparence, un affichage de l'image 20 au-delà de ladite lame semi-réfléchissante 26, notamment au-delà du pare-brise du véhicule équipé, au niveau d'un écran virtuel, obtenu à l'aide de ladite lame semi-réfléchissante 26. Cette lame transparente présente un pouvoir de réflexion au moins égale à 20%, ce qui permet à l'utilisateur de voir au travers de la lame 26 la route empruntée par le véhicule, tout en bénéficiant d'une intensité lumineuse élevée permettant de voir l'image affichée. De manière alternative, l'affichage de l'image est obtenue par l'intermédiaire du pare-brise du véhicule équipé dudit afficheur. Le dispositif de réflexion 25 comprend par exemple deux composants distincts, un premier composant étant formé par un miroir plan 27, alors qu'un deuxième composant est un miroir tridimensionnel 28 par exemple free-form. Le miroir plan 27 est une surface réfléchissante plane orientée angulairement par rapport à la direction des rayons formant l'image 20. Le miroir tridimensionnel 28 est un miroir de forme libre (en anglais « free-form »). Un tel miroir tridimensionnel 28, par exemple polygonal ou sphérique, réfléchit les rayons formant l'image 20 en direction de la lame semi-réflichissante 26. Le miroir tridimensionnel 28 est réalisé sur un support en polycarbonate, sur lequel des couches réfléchissantes sont déposées, par exemple par un procédé de vaporisation PVD (de l'anglais « Physical Vapor Deposition »). Le miroir tridimensionnel permet d'obtenir la taille de l'image virtuelle 20 souhaitée. Nous allons maintenant développer l'effet des moyens employés en ce qui concerne la suppression du scintillement de l'image. Alors que la technologie précédente met en oeuvre trois lasers de couleur rouge, verte et bleu, l'invention utilise selon le mode de réalisation développé plus haut une diode laser unique, de couleur bleu-violet, par exemple de longueur d'onde de 405nm, dont la technologie est parfaitement maîtrisée. Avec cette diode il est possible d'émettre couramment une puissance optique de l'ordre de 2 watts, par comparaison avec les 80mW par exemple d'une diode laser verte actuelle. Même une puissance limitée à 1 watt donnerait encore donc des résultats meilleurs, en matière de luminance de l'image projetée. Le faisceau laser bleu-violet est envoyé, par un balayage deux plans de la matrice RVB 19, sur les éléments photo sensibles des cellules 14 de la matrice. Dans le cas d'éléments phosphorescents, le phosphore de chacun des éléments 14r, 14v, 14b réémet un faisceau de lumière respectivement rouge 18, verte 17 ou bleue 16 dans l'alignement du rayon incident 3 et ces trois rayons sont projetés, pour former l'image virtuelle 20 désirée, par l'intermédiaire d'un dispositif de réflexion 25 composé par exemple de deux miroirs réfléchissants 27 et 28, en se regroupant pour former un pixel coloré de l'image 20 présentée au conducteur. La puissance optique du rayon incident 3 est modulée lors du balayage de chacun des éléments phosphorescents de la cellule 14 pour fournir une puissance adaptée à l'intensité lumineuse recherchée pour le rayon réémis 16, 17 ou 18 et ainsi donner la couleur voulue au pixel considéré de l'image 20. Il convient de noter que si le phosphore a la propriété de réémettre un faisceau incident 3 en un faisceau réfracté 16, 17 ou 18, de longueur d'onde différente, cette réémission s'effectue avec une perte qui avoisine les 70% de la puissance optique du faisceau incident. Une puissance de 1W émise par le faisceau incident 3 ne fournit ainsi que 0,3 watts au faisceau réfracté. Mais cette perte est rendue acceptable du fait que la diode laser utilisée pour le faisceau incident est une diode de couleur bleu-violet qui peut fournir une puissance importante et qui peut donc compenser les pertes subies lors de la réémission. Au total on obtient, même sur la couleur verte, une puissance suffisante et, en tout état de cause qui est nettement supérieure à ce que l'on pourrait obtenir avec une diode laser, de couleur verte, utilisée selon la technologie de la figure 1. Au final le système de l'invention produit une meilleure qualité d'image puisque l'interférence du rayon laser avec un écran dépoli est supprimée et, qu'en conséquence, les rayons qui sortent de la matrice 19 sont libres de tout phénomène de scintillement.25 REVENDICATIONS1. Générateur d'images (1) pour afficheur, notamment afficheur tête haute (21), comprenant : - une source lumineuse (5), et - un écran d'imagerie (19) configuré pour être balayé par un rayon lumineux incident (3), émis par ladite source (5), de manière à former une image, ledit écran d'imagerie (19) comprenant une matrice de cellules constituées d'un ou plusieurs éléments photosensibles (14r, 14v, 14b) réémettant par transmission des rayons lumineux (16, 17, 18) lorsque lesdits éléments photo sensibles sont éclairés par le rayon lumineux incident (3), ledit écran (19) étant configuré pour que lesdits rayons transmis par lesdites cellules présentent une couleur d'une puissance optique fonction de la puissance optique dudit rayon lumineux incident (3). 2. Générateur d'images selon la revendication 1 dans lequel la source lumineuse est formée par une ou plusieurs diodes laser (5). 3. Générateur d'images selon la revendication 2 dans lequel la diode laser est unique. 4. Générateur d'images selon la revendication 3 dans lequel ladite diode laser émet ledit rayon incident (3) avec une puissance supérieure à 1W. 5. Générateur d'images selon l'une des revendications 2 à 4 dans lequel ladite diode laser émet un rayon incident de longueur d'onde inférieure à 450nm. 6. Générateur d'images selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdits éléments photosensibles sont des éléments phosphorescents. 7. Générateur d'images selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdits éléments photos sensibles sont configurés pour que lesdits rayons transmis (16, 17, 18) soient quasi monochromatiques. 8. Générateur d'images selon la revendication 7 dans lequel chacune desdites cellules comprend trois éléments photo sensibles, émettant respectivement selon trois couleurs complémentaires. 9. Générateur d'images selon la revendication 8 dans lequel les rayons réfractés par chacun des trois éléments photo sensibles d'une desdites cellules ont respectivement des longueurs d'onde sensiblement égales à 450, 520 et 638 nm. 10.Afficheur tête haute comprenant un générateur d'images selon l'une quelconque des revendications précédentes.