Brevet FR3030065A1 — publié le 20160617

Dispositif de génération d'images et afficheur tête haute de véhicule automobile L'invention concerne un dispositif de génération d'images pour afficheur tête haute de véhicule automobile permettant d'informer les utilisateurs du véhicule, en particulier son conducteur. Il est connu d'équiper un véhicule automobile avec un visionneur tête haute, également connu sous le nom d'afficheur tête haute ou HUD (pour « Head-Up Display » en anglais). Un tel afficheur est placé dans le champ de vision du conducteur automobile et affiche une information relative à l'état du véhicule, du trafic ou autre. Ce type d'afficheur tête haute pour véhicule automobile nécessite l'obtention d'une image avec une luminosité suffisante pour que l'utilisateur, et notamment le conducteur du véhicule, puisse suffisamment voir l'image, et ce en toute situation, jour et nuit et selon les conditions météorologiques. Parmi les technologies possibles pour former une telle image grâce à l'afficheur tête haute, la plus utilisée dans l'art antérieur est la technologie d'écran à cristaux liquides, notamment d'écran à cristaux liquides à transistors en couches minces, dits TFT-LCD (pour « Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display » en anglais). Ces écrans TFT-LCD nécessitent, pour l'affichage d'une image, un rétro-éclairage généralement effectué par une pluralité de diodes électroluminescentes (DEL ou LED pour « Light-Emitting Diode » en anglais). En pratique, cet écran TFT-LCD et le rétro-éclairage sont compris dans un ensemble appelé dispositif de génération d'images (ou « imager » en anglais). Entre l'écran à cristaux liquides et les LEDs, le dispositif de génération d'images comporte différents éléments de traitement et/ou de filtrage de la lumière afin d'optimiser le rétro-éclairage, appelés dans leur ensemble système optique. Ces éléments successivement traversés par la lumière provenant des LEDs en direction de l'écran à cristaux liquides sont généralement un réseau de lentilles, un collimateur et un diffuseur pour la collimation et l'homogénéisation de la lumière provenant des LEDs. Le collimateur est formé d'une lentille biconvexe cylindrique s'étendant transversalement sur une dimension au moins égale à la largeur de l'écran à cristaux liquides, tel que de l'ordre de 30 millimètres, de manière à éclairer 3030065 2 l'écran à cristaux liquides sur toute la largeur. C'est donc une lentille de dimension importante, généralement réalisée spécifiquement. Le dispositif de génération d'images peut être installé sous le tableau de bord du véhicule. Cependant, la place disponible sous le tableau de bord est 5 réduite. Elle est notamment occupée par le conduit de ventilation, la colonne de direction et d'autres composants du véhicule de sorte qu'il n'est pas toujours possible d'intégrer un dispositif de génération d'images. Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de génération d'images qui soit mieux adapté à l'espace disponible dans le véhicule. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de génération d'images pour afficheur tête haute de véhicule automobile, comprenant un écran à cristaux liquide et un dispositif de rétro-éclairage, ledit dispositif de rétro-éclairage comportant : au moins une diode électroluminescente, 15 un boîtier entourant l'espace compris entre la au moins une diode électroluminescente et l'écran à cristaux liquide, caractérisé en ce que ledit boîtier est coudé, le dispositif de génération d'images comportant en outre une surface réfléchissante agencée dans une portion coudée du boîtier et orientée de manière à réfléchir la lumière émise par 20 la au moins une diode électroluminescente en direction de l'écran. L'utilisation d'un boîtier coudé et d'une surface réfléchissante agencée dans sa portion coudée permet de replier le faisceau lumineux du rétroéclairage. On conserve ainsi la fonction de rétroéclairage de l'écran à cristaux liquides tout en permettant une certaine modularité du dispositif de génération d'images qui 25 peut présenter une forme mieux adaptée à l'encombrement disponible. Selon un premier exemple de réalisation, la surface réfléchissante est concave. Une surface réfléchissante concave permet de former un étage de collimation supplémentaire de la lumière, permettant d'obtenir un faisceau de rayons lumineux parallèles au niveau de l'écran à cristaux liquides, sans 30 nécessiter l'emploi supplémentaire d'une lentille collimateur supplémentaire, particulièrement encombrante et couteuse. La surface réfléchissante peut être définie par la somme de l'équation d'une conique et d'une série de polynômes. Les paramètres de l'équation de la 3030065 3 surface réfléchissante peuvent ainsi être optimisés par simulation logicielle. Selon un deuxième exemple de réalisation, la surface réfléchissante est une surface plane inclinée. Selon une ou plusieurs caractéristiques du dispositif de génération 5 d'images, prise seule ou en combinaison : le dispositif de génération d'images comporte un support fixé au boîtier, la surface réfléchissante étant formée par un revêtement métallique déposé sur le support, le support est obtenu par injection plastique, 10 la surface réfléchissante est formée par une surface interne de la portion coudée du boîtier, la surface réfléchissante est une surface miroir, le coude du boîtier forme un angle compris entre 30 et 120°. L'invention a aussi pour objet un afficheur tête haute, caractérisé en ce 15 qu'il comprend un dispositif de génération d'images tel que décrit précédemment. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : 20 la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif de génération d'images, la figure 2 montre une vue schématique d'un afficheur tête haute, la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif de génération d'images, et 25 la figure 4 est une vue du dispositif de génération d'images de la figure 3, ayant pivoté selon une vue sensiblement de dessous. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Dans la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif des 30 directions X, Y et Z indiquées sur les figures 1 et 3 par le trièdre (X, Y, Z) fixe par rapport au dispositif de génération d'images 10. La figure 1 représente un premier exemple de réalisation d'un dispositif 3030065 4 de génération d'images 10. Le dispositif de génération d'images 10 comprend un écran à cristaux liquides 12 et un dispositif de rétro-éclairage 14. L'écran à cristaux liquides 12 est par exemple un écran à cristaux liquides 5 à transistors en couches minces, communément appelé écran TFT-LCD (pour « Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display » en anglais). Le dispositif de rétro-éclairage 14 a pour fonction d'apporter à l'écran à cristaux liquides 12, la lumière nécessaire à la formation de l'image. Pour ce faire, le dispositif de rétro-éclairage 14 comprend notamment au moins une et de 10 préférence un ensemble de diodes électroluminescentes 16, aussi appelées DELs ou LEDs (pour « Light Emitting Diodes » en anglais), et utilisé dans la suite de la description), placées sur une plaque de support 18 du dispositif de rétro-éclairage 14. Dans ce mode de réalisation, la plaque de support 18 comporte un circuit 15 imprimé, aussi appelé PCB (pour « Printed Circuit Board » en anglais). Le circuit imprimé utilisé peut être par exemple de type FR4 (pour « Flame Resistant » en anglais) ou bien IMS (pour « lnsulated Metal Substrate » en anglais). L'utilisation d'un circuit IMS permet notamment une meilleure dissipation thermique. Le circuit imprimé permet à la fois le support physique et la connexion électrique (à 20 une alimentation et à d'éventuels autres composants électroniques non représentés) des LEDs 16. Entre l'écran à cristaux liquides 12 et les LEDs 16, se trouvent différents éléments de traitement et/ou de filtrage de la lumière afin d'optimiser le rétro-éclairage, appelés dans leur ensemble système optique. Dans le mode de 25 réalisation présenté à la figure 1, ces éléments faisant partie du dispositif de rétro-éclairage 14 et successivement traversés par la lumière provenant des LEDs 16 en direction de l'écran à cristaux liquides 12, sont un réseau de lentilles 20 et un diffuseur 22. Le réseau de lentilles 20 permet de former un premier étage de 30 collimation de la lumière provenant des LEDs 16 pour limiter les pertes de puissance lumineuse si une partie de lumière n'est pas dirigée vers l'écran à cristaux liquides 12. Généralement, le réseau de lentilles 20 comprend une lentille par LED 16, chaque lentille étant disposée au-dessus de chaque LED 16. 3030065 5 Le diffuseur 22, agencé en amont de l'écran à cristaux liquides 12 dans la direction de propagation de la lumière, permet l'homogénéisation de la lumière, de façon à éclairer l'écran à cristaux liquides 12 pour permettre la formation d'une image de bonne qualité, c'est-à-dire de luminosité sensiblement uniforme. 5 De plus, le diffuseur 22 permet de masquer l'intérieur du dispositif de rétro- éclairage 14. Le dispositif de rétro-éclairage 14 comporte également un boîtier 28 entourant l'espace contenu entre les LEDs 16 et l'écran à cristaux liquides 12, généralement appelé boite à lumière notamment dans le domaine automobile. Le 10 boîtier 28 permet notamment que la lumière se propageant des LEDs 16 à l'écran à cristaux liquides 12 reste dans le dispositif de rétro-éclairage 14. Le boîtier 28 est coudé, c'est-à-dire que son orientation principale n'est pas rectiligne mais comporte au moins une inclinaison. Le coude du boîtier 28 forme un angle par exemple compris entre 30 et 120°. Par exemple et comme 15 représenté sur la figure 1, le boîtier 28 comporte un coude formant un angle de l'ordre de 90°. La portion coudée 28c du boîtier 28 peut être inclinée dans l'espace selon une ou plusieurs directions du repère (X, Y, Z), en fonction de la place disponible. 20 Le dispositif de génération d'images 10 comporte en outre une surface réfléchissante 31 agencée dans la portion coudée 28c du boîtier 28. La surface réfléchissante 31 est orientée de manière à réfléchir la lumière émise par les LEDs 16 en direction de l'écran à cristaux liquides 12. L'utilisation d'un boîtier 28 coudé et d'une surface réfléchissante 31 25 agencée dans sa portion coudée 28c permet de replier le faisceau lumineux du rétroéclairage. On conserve ainsi la fonction de rétroéclairage de l'écran à cristaux liquides 12 tout en permettant une certaine modularité du dispositif de génération d'images 10 qui peut présenter une forme mieux adaptée à l'encombrement disponible. 30 La surface réfléchissante 31 peut être une surface miroir qui réfléchit les rayons lumineux de manière symétrique, l'angle d'incidence des rayons lumineux étant égal à l'angle de réflexion de sorte que tous les rayons lumineux peuvent être orientés vers le diffuseur 22. Le coefficient de réflexion de la surface miroir 3030065 6 concave 31 est par exemple supérieur ou égal à 90%. Selon un premier exemple de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la surface réfléchissante 31 est concave. Une surface réfléchissante 31 concave permet de former un deuxième 5 étage de collimation de la lumière, permettant d'obtenir un faisceau de rayons lumineux parallèles au niveau de l'écran à cristaux liquides 12, sans nécessiter l'emploi supplémentaire d'une lentille collimateur supplémentaire, particulièrement encombrante et couteuse. La surface réfléchissante 31 concave peut présenter une portion de 10 sphère, d'ellipse, de parabole ou d'hyperbole. Selon un exemple de réalisation, la surface réfléchissante 31 est définie par la somme de l'équation d'une conique et d'une série de polynômes. Cette surface peut être définie par programme d'ordinateur, telle qu'une « Freeform Surface» en anglais obtenue par un programme de conception de 15 designs optiques comme « Zemax ». L'équation de la surface réfléchissante 31 peut ainsi être définie dans le repère (X, Y, Z) par l'équation suivante : où : 20 N est le nombre de coefficients polynomiaux, A, est le coefficient du iè" polynôme, c est la courbure qui est égale à l'inverse du rayon de courbure R de la conique (c=1/R), r est la racine de (x2+y2), 25 k est la conicité (ou constante de la conique), et E, est le terme du polynôme en x et y de degré i. Suivant la valeur de conicité k, le profil de la surface réfléchissante 31 prendra différentes formes (k>0 : elliptique, k=0 : sphérique, -1 REVENDICATIONS1. Dispositif de génération d'images (10) pour afficheur tête haute (100) de véhicule automobile, comprenant un écran à cristaux liquide (12) et un dispositif de rétro-éclairage (14), ledit dispositif de rétro-éclairage (14) comportant : au moins une diode électroluminescente (16), un boîtier (28 ; 29) entourant l'espace compris entre la au moins une diode électroluminescente (16) et l'écran à cristaux liquide (12), caractérisé en ce que ledit boîtier (28 ; 29) est coudé, le dispositif de génération d'images (10) comportant en outre une surface réfléchissante (31 ; 32) agencée dans une portion coudée (28c ; 29c) du boîtier (28 ; 29) et orientée de manière à réfléchir la lumière émise par la au moins une diode électroluminescente (16) en direction de l'écran (12). 2. Dispositif de génération d'images (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la surface réfléchissante (31) est concave. 3. Dispositif de génération d'images (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface réfléchissante (31) est définie par la somme de l'équation d'une conique et d'une série de polynômes. 4. Dispositif de génération d'images (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface réfléchissante (32) est une surface plane inclinée. 5. Dispositif de génération d'images (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un support (26) fixé au boîtier (28), la surface réfléchissante (31) étant formée par un revêtement métallique déposé sur le support (26). 6. Dispositif de génération d'images (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support (26) est obtenu par injection plastique. 7. Dispositif de génération d'images (10) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface réfléchissante (31 ; 32) est formée par une surface interne de la portion coudée (28c ; 29c) du boîtier (28 ; 29). 8. Dispositif de génération d'images (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface réfléchissante (31) est une surface miroir. 3030065 11 9. Dispositif de génération d'images (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le coude du boîtier (28 ; 29) forme un angle compris entre 30 et 120°. 10. Afficheur tête haute (100), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de 5 génération d'images (10) selon l'une des revendications précédentes.