Brevet FR3008498A1 — publié le 20150116

B12168 - DD14132JBD 1 ECRAN DIFFUSEUR TRANSMISSIF ANTI -TAVELURE Domaine La présente demande concerne un écran diffuseur transmissif, par exemple pour un dispositif d'affichage en rétroprojection. Exposé de l'art antérieur Les dispositifs d'affichage en rétroprojection sont avantageusement compatibles avec différents supports de rétroprojection, encore appelés écrans. Notamment, ils sont compatibles avec des supports de rétroprojection courbes ou de formes complexes. Ces dispositifs sont donc particulièrement adaptés à la fourniture d'informations dans des habitacles de véhicules, par exemple des automobiles. En effet, des dispositifs d'affichage en rétroprojection peuvent être par exemple intégrés au niveau de la console centrale d'un habitacle automobile ou encore au-dessus de cette console centrale. Cependant, des contraintes importantes existent sur des dispositifs intégrés dans des habitacles de véhicules : ces dispositifs doivent notamment être relativement compacts et être assez directionnels pour éviter des projections en direction d'éléments réfléchissants tels que le pare-brise ou les vitres latérales. En outre, ces dispositifs doivent assurer la production d'un flux lumineux en sortie suffisant pour éviter B12168 - DD14132JBD 2 des problèmes de lisibilité lorsque le véhicule est placé sous un éclairement de luminosité importante, par exemple en provenance du soleil. Pour limiter des problèmes de lisibilité, on prévoit généralement une casquette au-dessus des écrans d'affichage dans des habitacles de véhicule. Cependant, cette solution n'est pas adaptée à l'intégration d'un écran sur une surface importante, par exemple au niveau de la console centrale du véhicule. Résumé Un objet d'un mode de réalisation est de prévoir un écran diffuseur transmissif adapté à être intégré dans un dispositif d'affichage en rétroprojection palliant tout ou partie des inconvénients des dispositifs connus. Ainsi, un mode de réalisation prévoit un écran diffuseur transmissif comprenant un support transparent, une première face du support étant recouverte d'une première micro-structuration diffusive, et une seconde face du support étant recouverte d'une structure optique de focalisation dont la surface est recouverte d'une deuxième micro-structuration diffusive. Selon un mode de réalisation, la structure optique de focalisation est une lentille de Fresnel. Selon un mode de réalisation, la deuxième micro-structuration diffusive est définie sur la surface de chacune 25 des portions bombées de la lentille de Fresnel. Selon un mode de réalisation, la structure de focalisation est rapportée sur le support à l'aide d'une colle. Selon un mode de réalisation, le support, la structure optique de focalisation, la première micro-structuration 30 diffusive et la deuxième micro-structuration diffusive sont définies dans un bloc unique. Selon un mode de réalisation, la première micro-structuration diffusive et la deuxième micro-structuration diffusive sont constituées de films rapportés en surface, B12168 - DD14132JBD 3 respectivement, de la première face du support et de la structure optique de focalisation. Selon un mode de réalisation, la structure optique de focalisation présente une distance focale comprise entre 200 et 400 mm. Un autre mode de réalisation prévoit un dispositif de rétroprojection, comprenant un écran du type susmentionné. Un autre mode de réalisation prévoit une console centrale d'un véhicule, comprenant un dispositif de 10 rétroprojection du type susmentionné. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en 15 relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 illustre une portion d'un tableau de bord d'un véhicule, par exemple une automobile ; la figure 2 illustre un dispositif d'affichage en rétroprojection ; 20 la figure 3 illustre une portion d'un écran diffuseur transmissif et un inconvénient d'un tel dispositif ; la figure 4 illustre une portion d'un écran diffuseur transmissif selon un mode de réalisation ; et la figure 5 illustre le fonctionnement du dispositif 25 de la figure 4. Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des systèmes optiques, les diverses figures ne sont pas tracées à 30 l'échelle. Description détaillée La figure 1 illustre une portion de l'avant de l'habitacle d'un véhicule, par exemple une voiture. Dans cette figure est représentée une console centrale 10 comprenant 35 plusieurs sections 12, chaque section comprenant soit des écrans B12168 - DD14132JBD 4 d'affichage d'informations, soit des boutons. La console centrale 10 comprend en outre une portion supérieure comprenant une cavité au fond de laquelle est prévu un écran d'affichage 14. La cavité est surmontée d'une casquette 16. L'écran diffuseur transmissif que l'on propose ici est particulièrement adapté à être utilisé dans un dispositif d'affichage par rétroprojection en remplacement au choix de l'écran 14 ou des écrans placés au niveau des sections 12 de la console centrale 10, ou en remplacement de l'ensemble des sections de la console centrale, sans utilisation de casquette, le dispositif étant prévu de façon assez directionnelle pour ne pas projeter d'informations à destination du pare-brise ou des fenêtres latérales et étant en outre assez lumineux pour être lisible lorsque l'écran est atteint par des rayons lumineux ambiants parasites, par exemple en provenance du soleil. En outre, l'écran diffuseur transmissif proposé ici peut avoir une forme courbe et ainsi être intégré dans l'habitacle, et notamment dans la console centrale, sans "coutures", c'est à dire en un seul bloc en façade de la console centrale. La figure 2 illustre un dispositif d'affichage en rétroprojection comprenant un écran diffuseur transmissif susceptible d'être utilisé dans l'habitacle automobile d'un véhicule, par exemple au niveau de la console centrale de celui- ci. Le dispositif comprend un boîtier 20 au sein duquel sont intégrés des éléments de projection du dispositif de rétroprojection. Dans l'exemple représenté, le boîtier 20 est défini par deux premières parois sensiblement parallèles, 22 et 24, deux deuxièmes parois sensiblement parallèles l'une à l'autre 26 et 28, et une troisième paroi 29. Les parois 26 et 28 forment un angle non droit avec les parois 22 et 24 et, plus particulièrement, l'angle entre la paroi 26 et la paroi 22 est un angle obtu et l'angle entre la paroi 22 et la paroi 28 est un angle aigu. La paroi 29 est perpendiculaire aux parois 22 et 24 B12168 - DD14132JBD et est positionnée entre les parois 24 et 26. La paroi 24 est légèrement moins longue que la paroi 22 et la paroi 26 est légèrement moins longue que la paroi 28 dans le plan de la figure 2. 5 Le boîtier 20 comprend une ouverture de sortie dans la paroi 22 dans laquelle est positionné un écran diffuseur transmissif 30, par exemple un écran diffuseur holographique. L'écran 30 permet la transmission des rayons qui l'atteignent du côté de l'intérieur du boîtier 20 vers l'extérieur du boîtier 20 avec une légère diffusion de ces rayons. A l'intérieur du boîtier sont prévus deux miroirs plans réfléchissants 32 et 34 positionnés respectivement le long de la paroi 28 et de la paroi 26. Un projecteur laser 36, par exemple un pico-projecteur formant une image par balayage d'un faisceau laser, est positionné sensiblement à l'angle entre les parois 24 et 29. Dans le projecteur 36, le balayage est par exemple obtenu par le biais d'un miroir tournant, par exemple selon une technologie désignée dans la technique par le sigle DLP, de l'anglais "Digital Light Processing" signifiant "traitement numérique de la lumière". La source laser 36 est positionnée de façon à éclairer le miroir 34, que le faisceau réfléchi par le miroir 34 atteigne le miroir 32, et que le faisceau réfléchi par le miroir 32 atteigne le diffuseur holographique transmissif 30. Comme cela est représenté dans l'exemple de la figure 2, la source 36 peut être montée mobile en rotation selon au moins deux axes de façon à pouvoir balayer l'ensemble de la surface du diffuseur holographique 30, par l'intermédiaire des réflexions successives sur les miroirs 34 et 32. Le positionnement du miroir 32 par rapport au diffuseur holographique transmissif 30, selon un angle aigu, permet la réalisation d'une projection sans déformation (un carré donne un carré). Cette contrainte impose que le miroir 32 soit placé relativement face au diffuseur holographique transmissif. B12168 - DD14132JBD 6 La figure 3 illustre une portion d'un écran diffuseur transmissif classique et un inconvénient d'un tel écran. L'écran diffuseur comprend une lame 40 sur une face de laquelle sont prévues des micro-structurations diffusantes 42 5 assurant une diffusion des faisceaux lumineux les atteignant. Généralement, les micro-structurations 42 sont placées sur la lame 40 sur la face de sortie de celle-ci, c'est-à-dire sur la face non éclairée. Un faisceau laser 44 atteint donc la lame 40 sur la face opposée à celle contenant les micro-structurations 10 42. Le faisceau laser est diffusé par les micro-structurations 42, ce qui forme une multitude de faisceaux diffusés 46 en sortie de la lame. Sur la droite de la figure 3 est illustré un écran d'observation 48 placé derrière l'écran. Une courbe 51 en trait 15 plein illustre l'intensité lumineuse reçue au niveau de l'écran d'observation 48. Comme on peut le voir en figure 3, cette courbe est assez irrégulière. L'irrégularité du faisceau issu de l'écran diffuseur vient du fait que les faisceaux laser présentent une 20 forte cohérence. Lorsque l'onde lumineuse cohérente frappe la surface rugueuse 42 du diffuseur, celle-ci est diffractée et les faisceaux diffractés produits, que l'on peut optiquement associer à des sources lumineuses secondaires, interfèrent entre eux. Ce phénomène est appelé tavelure (en anglais "speckle"). 25 Pour limiter des phénomènes de tavelure, il est connu d'utiliser des diffuseurs mobiles, par exemple tournants ou mobiles en translation. En choisissant une fréquence de mouvement supérieure à la persistance rétinienne, l'oeil moyenne ainsi les figures de tavelure. Cependant, l'utilisation de 30 pièces mobiles pour l'entraînement de l'écran, notamment dans le cas d'un écran de grande taille tel que celui proposé dans l'application ci-dessus, implique une augmentation importante du coût du dispositif, tout en en augmentant l'encombrement et en diminuant la fiabilité de celui-ci. B12168 - DD14132JBD 7 Ainsi, on cherche à former des écrans diffuseurs transmissifs dans lesquels la cohérence, et donc les phénomènes de tavelure, sont atténués pour obtenir une figure d'intensité telle que celle illustrée en pointillé dans la courbe 53 en figure 3, c'est-à-dire une courbe présentant une forme générale de gaussienne, donnant un aspect "lisse" à l'image projetée. En outre, notamment pour des applications telles que celles proposées en relation avec la figure 1, il est nécessaire de prévoir des écrans diffusifs dont la diffusion est contrôlée spatialement, pour éviter des projections dans des directions non désirées. Notamment, dans le cas de l'application dans une console d'un véhicule, il est nécessaire d'éviter des projections en direction de surfaces réfléchissantes telles que le pare-brise ou les vitres latérales. Ainsi, pour pallier à tout ou partie des inconvénients des lames diffusantes classiques, on prévoit ici un écran diffuseur transmissif comprenant différents éléments assurant la suppression d'une grande partie des phénomènes de tavelure et assurant une diffusion dans une direction contrôlée. La figure 4 illustre une portion d'un écran diffuseur transmissif selon un mode de réalisation. L'écran comprend une lame transparente 50 sur une face de laquelle sont prévues des micro-structurations diffusantes 52 assurant une diffusion des rayons. La face sur laquelle sont prévues les micro-structurations est la face destinée à être placée du côté de l'observateur, c'est à dire la face de sortie de l'écran diffuseur transmissif. Sur la face d'entrée de l'écran, c'est-à-dire à l'opposé des micro-structurations 52, est prévue une structure optique de focalisation 54, dans l'exemple représenté une lentille de Fresnel 54. Cette lentille permet le redressement de faisceaux lumineux incidents arrivant sur l'écran dans des directions non normales à celui-ci vers une direction normale. En surface des différentes portions de la lentille de Fresnel sont également prévues des micro- structurations 56 assurant une diffusion. Les micro- B12168 - DD14132JBD 8 structurations 56 peuvent être présentes sur toutes les zones de la lentille de Fresnel en contact avec le faisceau lumineux. Dans l'exemple représenté, les micro-structurations 56 ne sont pas formées sur les flancs de la lentille de Fresnel normaux à la lame 50. A titre de variante, des micro-structurations 56 pourraient être formées sur les flancs de la lentille de Fresnel normaux à la lame 56. La figure 5 illustre le fonctionnement de l'écran diffuseur transmissif de la figure 4. Dans cette figure est illustré un premier faisceau lumineux 60 arrivant en surface de l'écran diffuseur transmissif selon une normale à sa surface. Le faisceau lumineux 60 atteint la surface micro-structurée 56 de la lentille de Fresnel 54. La micro-structuration 56 implique la diffusion du faisceau lumineux 60, ce qui forme un ensemble de faisceaux lumineux 62 issus de plusieurs sources secondaires à l'intérieur de la lame 50. Lorsque les faisceaux lumineux 62 atteignent la micro-structuration 52 sur la face de sortie de l'écran diffuseur, ils se diffusent de nouveau en un ensemble de faisceaux 64. La micro-structuration 56 implique donc la formation de plusieurs sources secondaires 62 dont les faisceaux, après diffusion sur la micro-structuration 52, présentent une cohérence atténuée. En effet, les faisceaux 62 parcourent des distances dans la lame 50 distinctes, ce qui annule au moins en grande partie la cohérence spatiale des différents faisceaux issus de la micro-structuration 52. Ainsi, en sortie du dispositif, le faisceau obtenu présente sensiblement une intensité de la forme de celle de la courbe 53 de la figure 3. En figure 5, un autre faisceau lumineux 66 est illustré, ce faisceau 66 atteignant la surface de l'écran diffuseur transmissif avec un angle d'incidence non nul. De la même façon que pour le faisceau 60, le faisceau 66 se trouve diffusé au niveau de la micro-structuration 56 pour former des faisceaux 68 dans la lame 50, et les faisceaux 68 diffusent de nouveau au niveau de la micro-structuration 52 pour former un B12168 - DD14132JBD 9 ensemble de faisceaux de sortie 70. L'utilisation de la lentille de Fresnel 54 permet le redressement des faisceaux 66 en direction d'un observateur placé du côté de la face de sortie du dispositif. L'utilisation cumulée de la lentille de Fresnel et des deux micro-structurations, sur la face d'entrée et la face de sortie de l'écran diffuseur, assure ainsi une bonne focalisation des faisceaux lumineux incidents, limite les phénomènes de tavelures, tout en assurant la fonction principale de la lame, à savoir la diffusion du faisceau incident. Lorsque l'écran de la figure 4 est utilisé en remplacement de l'écran 30 de la figure 2, le faisceau issu du laser mobile 36 balaye l'ensemble de la surface de l'écran diffuseur transmissif selon des angles d'incidence distincts. L'utilisation de la lentille de Fresnel permet ainsi un redressement des rayons, tout en assurant un bon contrôle de la diffusion. On notera que la micro-structuration 56 est préférentiellement constituée d'un diffuseur de type holographique qui permet de contrôler les angles pour lesquels la lumière est diffusée, ces angles correspondant à la largeur à mi-hauteur de l'indicatrice de diffusion. On notera également que l'angle de diffusion de la micro-structuration 56 est choisi de telle manière que le faisceau ainsi diffusé d'un angle 0 produise une tache image sur la face de sortie de la lame 50, située à une distance e de la surface d'entrée de la lame 50, compatible avec la résolution r souhaitée, c'est-à-dire satisfaisant à l'équation : r = 2.e.tan(0/2). A titre d'exemple, les micro-structurations 52 et 56 peuvent être constituées de films holographiques formés en surface, respectivement de la lame 50 et de la lentille de Fresnel 54, surmontés d'une métallisation. De telles micro-structurations sont notamment connues et commercialisées par la société Luminit. B12168 - DD14132JBD 10 Les micro-structurations peuvent être obtenues par moulage ou par impression. Ces micro-structurations sont de nature pseudo-aléatoires. A titre d'exemple, le moule ou le motif d'impression peuvent être obtenus en enregistrant par un procédé holographique une image de tavelure. Les tailles caractéristiques de ces micro-structurations sont par exemple un pas moyen d'environ 1 à 200 pin, et une profondeur (ou hauteur des excroissances) d'environ 0,5 à 5 pin. On notera que l'écran de la figure 4 peut être assemblé de diverses formes. Notamment, il peut être constitué d'un unique bloc transparent sur lequel, d'un côté, on définit une lentille de Fresnel et les micro-structurations 56 et, de l'autre côté, les micro-structurations 52. On peut également prévoir de rapporter, par exemple à l'aide d'une colle transparente, une lentille de Fresnel sur laquelle sont formées les micro-structurations 56 sur une lame transparente, la seconde face de la lame transparente étant micro-structurée. Enfin, les micro-structurations 52 et 56 peuvent également elle-même être sous forme de films rapportés respectivement en surface de la lentille de Fresnel et en surface de la lame transparente centrale. En outre, la formation d'une lentille de Fresnel 54 en surface de la lame permet aisément l'obtention d'une lentille présentant une distance focale comprise entre 200 et 400 mm, par exemple de l'ordre de 300 mm, tout en présentant un encombrement relativement réduit (par exemple avec un pas de l'ordre de 0,2 à 0,3 mm). Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, on a proposé dans les figures un écran diffuseur dans lequel la structure de focalisation optique est une lentille de Fresnel. On notera que cette lentille pourra être remplacée par tout dispositif optique de focalisation, la micro-structuration 56 étant alors définie sur la surface de ce dispositif optique de focalisation. REVENDICATIONS1. Ecran diffuseur transmissif comprenant un support transparent (50), une première face du support étant recouverte d'une première micro-structuration diffusive (52), et une seconde face du support étant recouverte d'une structure optique de focalisation (54) dont la surface est recouverte d'une deuxième micro-structuration diffusive (56). 2. Ecran selon la revendication 1, dans lequel la structure optique de focalisation (54) est une lentille de Fresnel. 3. Ecran selon la revendication 2, dans lequel la deuxième micro-structuration diffusive (56) est définie sur la surface de chacune des portions bombées de la lentille de Fresnel (54). 4. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 3, dans lequel la structure de focalisation (54) est rapportée sur le support (50) à l'aide d'une colle. 5. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le support (50), la structure optique de focalisation (54), la première micro-structuration diffusive 20 (52) et la deuxième micro-structuration diffusive (56) sont définies dans un bloc unique. 6. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première micro-structuration diffusive (52) et la deuxième micro-structuration diffusive (56) sont constituées 25 de films rapportés en surface, respectivement, de la première face du support (50) et de la structure optique de focalisation (54). 7. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la structure optique de focalisation (54) 30 présente une distance focale comprise entre 200 et 400 mm. 8. Dispositif de rétroprojection, comprenant un écran selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Console centrale d'un véhicule, comprenant un dispositif de rétroprojection selon la revendication 8.