Brevet FR3044114A1 — publié le 20170526

Combineur pour afficheur tête-haute DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les dispositifs d'aide à la conduite de véhicules automobiles, et plus précisément les afficheurs tête-haute pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un combineur pour afficheur tête-haute comprenant une plaque transparente. Elle concerne également un afficheur tête-haute comprenant un dispositif de formation d'images et un combineur. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Pour faciliter et rendre plus sûre la conduite d'un véhicule automobile, on souhaite éviter que le conducteur ne soit forcé de détourner son regard de la route qu'il emprunte. Pour cela, il est connu d'utiliser un afficheur tête-haute, adapté à afficher des informations élémentaires (vitesse du véhicule, direction à suivre, ...) et des informations de sécurité (dysfonctionnement du moteur, présence d'obstacle, ...) à la hauteur du regard du conducteur. On connaît notamment deux types d'afficheurs tête-haute. Les afficheurs du premier type utilisent un dispositif de formation d'image comprenant un diffuseur et une unité de balayage conçue pour générer un faisceau lumineux balayant une face d'entrée du diffuseur. Le faisceau lumineux en sortie du diffuseur forme ainsi une image, qui peut alors être projetée dans le champ de vision du conducteur du véhicule au moyen d'un combineur. Les afficheurs du second type utilisent un écran qui permet de générer une image, laquelle est alors projetée dans le champ de vision du conducteur, ici aussi au moyen d'un combineur. Dans les deux cas, le combineur permet de faire en sorte que le conducteur puisse percevoir les informations élémentaires et de sécurité en superposition de la vue qu'il a de la route. Un tel combineur présente toutefois deux inconvénients majeurs. Le premier inconvénient est que les informations qu'il met à disposition ne sont visibles que du seul conducteur, notamment les informations de sécurité. Par conséquent, les passagers du conducteur ne peuvent pas prévenir ce dernier 3044114 2 de l'imminence d'un danger lorsque le conducteur détourne son regard de la route. Le second inconvénient est qu'en cas de panne, ce dispositif n'est plus en mesure de projeter aucune information, notamment les informations de 5 sécurité. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un combineur d'un nouveau type, permettant d'afficher différentes informations au moyen de différentes technologies. 10 Plus particulièrement, on propose selon l'invention un combineur tel que défini dans l'introduction, dans lequel il est prévu au moins un élément optique diffractif. L'élément optique diffractif permet d'afficher une information lorsqu'il est éclairé par une source de lumière. 15 La technologie employée permet d'afficher cette information de manière visible non seulement pour le conducteur, mais également pour tous les passagers du véhicule ayant vue sur le combineur. Elle offre donc une plus grande sécurité. Cette technologie est en outre basée sur des composants simples, si 20 bien qu'elle présente une grande fiabilité. Par conséquent, son emploi pour l'affichage d'informations de sécurité s'avère bien adapté. Sa mise en oeuvre est en outre peu onéreuse. Un autre avantage de cet élément optique diffractif est qu'il demeure invisible lorsque la source de lumière est éteinte. De cette manière, il ne gêne pas 25 la vision du conducteur. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du combineur conforme à l'invention sont les suivantes : - chaque élément optique diffractif est formé de microstructures gravées dans la plaque transparente ; 30 - il est prévu au moins une source de lumière adaptée à éclairer ledit élément optique diffractif de telle manière que l'élément optique diffractif s'illumine ; - il est prévu plusieurs éléments optiques diffractifs et plusieurs sources de lumière chacune associée à au moins un élément optique diffractif, de telle 3044114 3 sorte que l'allumage de chaque source de lumière provoque l'illumination uniquement de chaque élément optique diffractif associé à cette source de lumière ; - chaque source de lumière est adaptée à émettre de la lumière dans 5 une bande de longueurs d'onde distincte de celle de la lumière émise par les autres sources de lumière, et chaque élément optique diffractif est conçu pour s'illuminer lorsqu'il est éclairé dans la bande de longueurs d'onde de la source de lumière qui lui est associée ; - l'une au moins desdites sources de lumière est équipée d'un filtre 10 adapté à réduire la largeur de la bande de longueurs d'onde de la lumière qu'elle émet ; - il est prévu un support sur lequel est montée la plaque transparente ; - le support porte au moins une source de lumière adaptée à éclairer ledit élément optique diffractif. 15 L'invention propose également un afficheur tête-haute comprenant : - un dispositif de formation d'images, - un combineur tel que précité, disposé de manière à recevoir le faisceau lumineux émis par le dispositif de formation d'images, et - au moins une source de lumière adaptée à éclairer l'élément optique 20 diffractif du combineur. Préférentiellement, le combineur présente une zone d'affichage qui reçoit le faisceau lumineux émis par le dispositif de formation d'images, et chaque élément optique diffractif est situé en dehors de cette zone d'affichage. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION 25 La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation 30 d'un afficheur tête-haute conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'un second mode de réalisation d'un afficheur tête-haute conforme à l'invention ; et - la figure 3 est une vue schématique du combineur utilisé dans l'un et l'autre des deux modes de réalisation de l'afficheur tête-haute illustrés sur les 3044114 4 figures 1 et 2. Sur les figures 1 et 2, on a représenté schématiquement deux modes de réalisation d'un afficheur tête-haute 10 destiné à équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile. 5 Dans ces deux modes de réalisation, l'afficheur tête-haute 10 comprend une unité de génération d'image 11 pilotée par un calculateur (non représenté), et un ensemble optique de projection 12. Dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, l'unité de génération d'image 11 comprend un écran, ici un écran à cristaux liquides (ou 10 LCD pour "Liquid Crystal Display') à transistors en couche mince (ou TFT pour "Thin-Film Transistor). Elle comprend également ici un dispositif de rétroéclairage. Dans le second mode de réalisation illustré sur la figure 2, l'unité de génération d'image 11 comprend un diffuseur 16 et une unité de balayage qui 15 génère un faisceau lumineux de direction variable de manière à pouvoir balayer la face arrière du diffuseur 16. L'unité de balayage comprend plus précisément un module de formation de faisceau 14 et un miroir mobile 15, par exemple réalisé sous forme d'un microsystème électromécanique (ou MEMS pour "MicroElectroMechanical System"). 20 Le module de formation de faisceau 14 comprend typiquement trois sources de lumière monochromatiques, telles que des sources laser, dont les faisceaux lumineux respectifs (monochromatiques) sont combinés (par exemple à l'aide de miroirs dichroïques) afin de former le faisceau lumineux polychromatique (ici laser) émis en sortie du module de formation de faisceau 14. Ce faisceau 25 lumineux généré par le module de formation de faisceau 14 est dirigé vers le miroir mobile 15, dont l'orientation est commandée par un module de commande de façon à ce que le faisceau lumineux réfléchi (par le miroir mobile 15) balaie la face arrière du diffuseur 16. Dans ces deux modes de réalisation, l'unité de génération d'image 11 30 permet, sous le contrôle du calculateur, de générer une image que l'ensemble optique de projection 12 va pouvoir projeter dans le champ de vision du conducteur lorsque le regard de ce dernier est tourné vers la route. Dans les deux modes de réalisation représentés sur les figures 1 et 2, l'ensemble optique de projection 12 est plus précisément conçu pour projeter une 3044114 5 image virtuelle Img dans le champ de vision du conducteur du véhicule, à une distance du conducteur qui est supérieure à celle séparant le conducteur du pare-brise 1 (si bien que les yeux du conducteur n'ont pas à effectuer de travail d'accommodation pour percevoir les informations projetées). 5 L'ensemble optique de projection 12 comporte à cet effet un système optique de renvoi 13 et un combineur 20 placé dans le champ de vision du conducteur du véhicule. Le système optique de renvoi 13, qui comporte ici uniquement un miroir de repliement, permet de renvoyer l'image générée par l'unité de génération 10 d'image 11 vers le combineur 20. Le combineur 20 permet de réfléchir cette image de telle manière qu'elle apparaisse au conducteur comme si elle était affichée à une grande distance de ce dernier. Ici, ce combineur 20 est de préférence disposé dans l'habitacle du 15 véhicule automobile, entre le pare-brise 1 du véhicule et les yeux du conducteur. Comme le montre bien la figure 3, le combineur 20 comporte une plaque transparente 21 montée dans un support 29. La plaque transparente 21 forme une lame semi-réfléchissante. Ici, il s'agit en pratique d'une pièce injectée en polycarbonate, qui est incurvée de 20 manière à agrandir la taille de l'image virtuelle Img vue par le conducteur. Cette plaque transparente 21 a été traitée pour présenter en face avant un revêtement semi-réfléchissant et pour présenter en face arrière un revêtement anti-reflet. De cette manière, le combineur 20 peut réfléchir l'image formée par 25 l'unité de génération d'image 11. Ici, et c'est précisément l'objet de la présente invention, le combineur comporte d'autres moyens qui permettent au conducteur de visualiser des informations autres que celles formées par l'unité de génération d'image 11. Ainsi, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de 30 l'invention, le combineur 20 comporte au moins un élément optique diffractif 22, 23, 24. L'afficheur tête-haute 10 comporte en outre au moins une source de lumière (non représentée) qui est commandée par le calculateur pour éclairer au besoin cet élément optique diffractif. Comme cela sera décrit plus en détail dans la 3044114 6 suite de cet exposé, cette source de lumière pourra ou non être intégrée au combineur 20. De manière préférentielle, chaque élément optique diffractif 22, 23, 24 est formé de microstructures gravées dans la plaque transparente, de manière à 5 pouvoir s'illuminer lorsqu'il est éclairé par la source de lumière. Ces microstructures demeurent en revanche parfaitement invisibles lorsque la source de lumière est éteinte, de manière à ne pas gêner le conducteur. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, la plaque transparente 21 du combineur 20 présente une zone centrale Z1 au travers de 10 laquelle le conducteur peut observer l'image virtuelle Img1, et une zone périphérique Z2 qui n'est jamais éclairée par l'unité de génération d'image 11. Chaque élément optique diffractif 22, 23, 24 est alors situé dans cette zone périphérique Z2, de manière qu'il ne peut pas être éclairé par l'unité de génération d'image 11 et qu'il ne peut donc pas s'illuminer par erreur. 15 Ici, il est prévu six éléments optiques diffractifs 22, 23, 24 répartis de part et d'autre de la zone centrale Zl. Ces six éléments optiques diffractifs 22, 23, 24 se présentent sous formes de lignes parallèles. Les trois éléments optiques diffractifs 22, 23, 24 situés d'un côté de la zone centrale Z1 sont identiques à ceux situés de l'autre côté de la 20 zone centrale Zl. Il est par ailleurs ici prévu trois sources de lumière, chacune associée à une paire d'éléments optiques diffractifs, de telle sorte que l'allumage de chaque source de lumière provoque l'illumination d'uniquement deux éléments optiques diffractifs (ceux associés à cette source de lumière). 25 Plus précisément ici, chaque source de lumière est une diode électroluminescente adaptée à émettre de la lumière dans une bande de longueurs d'onde distincte de la bande de longueur d'onde de la lumière émise par les autres sources de lumière. Ainsi, l'une des sources de lumière est adaptée à émettre une lumière de couleur jaune, une autre source de lumière est adaptée 30 à émettre une lumière de couleur orange et la dernière source de lumière est adaptée à émettre une lumière de couleur rouge. Ici, chaque élément optique diffractif est conçu pour ne s'illuminer que lorsqu'il est éclairé dans une bande de longueurs d'onde prédéterminée. Ainsi, les éléments optiques diffractifs 22 situés en haut du combineur 20 sont conçus pour 3044114 7 s'illuminer uniquement lorsqu'ils sont éclairés par la source de lumière rouge, les éléments optiques diffractifs 23 situés à mi-hauteur du combineur 20 sont conçus pour s'illuminer uniquement lorsqu'ils sont éclairés par la source de lumière orange, et les éléments optiques diffractifs 24 situés en bas du combineur 20 sont 5 conçus pour s'illuminer uniquement lorsqu'ils sont éclairés par la source de lumière jaune. Puisque les bandes de longueurs d'onde des sources de lumières sont rapprochées les unes des autres, il y a un risque que l'allumage de l'une des sources de lumière ne provoque l'éclairement, même faible, des éléments 10 optiques diffractifs 22, 23, 24 qui ne sont pas associés à cette source de lumière. Alors, pour éviter ce phénomène, on peut équiper chaque source de lumière d'un filtre adapté à réduire la largeur de la bande de longueurs d'onde de la lumière émise. Un filtre dichroïque passe-haut, ou passe-bas, ou passe-bande pourra avantageusement être utilisé. De cette manière, les bandes de longueurs 15 d'onde des sources de lumières ne se recouperont pas, ce qui résoudra le problème susmentionné. On notera ici que les sources de lumière pourront être intégrées au support 29 du combineur 20, qui forme ici une pince permettant de tenir la plaque transparente 21 par son bord inférieur. De cette manière, les sources de lumière 20 éclaireront les éléments optiques diffractifs 22, 23, 24 par le bas. En variante, les sources de lumières pourraient être placées à distance du combineur 20, par exemple sur la planche de bord du véhicule. Elles pourraient ainsi être placées sous le combineur, derrière celui-ci ou sur les côtés de celui-ci. On peut maintenant décrire une utilisation possible de l'afficheur tête- 25 haute 10 représenté sur les figures. L'unité de génération d'images 11 est commandée de manière classique par le calculateur, de manière à permettre au conducteur de percevoir des informations élémentaires telles que la vitesse du véhicule, la direction à suivre, l'état des phares.... 30 Les sources de lumière et les éléments optiques diffractifs 22, 23, 24 sont en revanche commandés par le calculateur pour afficher une information de sécurité. Ici, cette information de sécurité sera la présence éventuelle d'un obstacle. Cette information de sécurité sera obtenue par le calculateur grâce à des 3044114 8 moyens de détection équipant le véhicule, tels que par exemple une caméra. Alors, en l'absence d'obstacle, le calculateur pourra commander l'extinction des trois sources de lumière. De cette manière, les éléments optiques diffractifs 22, 23, 24 resteront invisibles et ne perturberont pas la conduite du 5 véhicule. En présence d'un obstacle à distance élevé du véhicule, le calculateur pourra commander l'allumage de la seule source de lumière jaune. En présence d'un obstacle à distance moyenne, le calculateur pourra commander l'allumage des sources de lumière jaune et orange. 10 Et en présence d'un obstacle à distance réduite, le calculateur pourra commander l'allumage des trois sources de lumière. Ainsi, l'attention du conducteur et des passagers du véhicule sera attirée sur cet obstacle, ce qui permettra au conducteur de réagir plus efficacement. On notera qu'en cas de panne de l'unité de génération d'images 11, 15 l'information de sécurité pourra continuer à être affichée, puisque le fonctionnement des sources de lumières est indépendant de celui de cette unité de génération d'images 11. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante 20 conforme à son esprit. Ainsi, chaque élément optique diffractif pourra présenter une forme différente. Chaque élément optique diffractif pourra en outre être utilisé pour afficher une information différente de celle décrite supra. A titre d'exemple, un élément 25 optique diffractif pourra être utilisé pour signaler un dysfonctionnement du moteur (surchauffe, ...), ou un dysfonctionnement mécanique (problème de suspension, de gonflement des pneus, ...), ou encore un dysfonctionnement du système électrique (problème d'ABS, ...). 30 REVENDICATIONS1. Combineur (20) pour afficheur tête-haute (10) comprenant une plaque transparente (21), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément optique diffractif (22, 23, 24). 2. Combineur (20) selon la revendication précédente, dans lequel chaque élément optique diffractif (22, 23, 24) est formé de microstructures gravées dans la plaque transparente (21). 3. Combineur (20) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu au moins une source de lumière adaptée à éclairer ledit élément optique diffractif (22, 23, 24) de telle manière que l'élément optique diffractif (22, 23, 24) s'illumine. 4. Combineur (20) selon la revendication précédente, dans lequel il est prévu plusieurs éléments optiques diffractifs (22, 23, 24) et plusieurs sources de lumière chacune associée à au moins un élément optique diffractif (22, 23, 24), de telle sorte que l'allumage de chaque source de lumière provoque l'illumination uniquement de chaque élément optique diffractif (22, 23, 24) associé à cette source de lumière. 5. Combineur selon la revendication précédente, dans lequel chaque source de lumière est adaptée à émettre de la lumière dans une bande de longueurs d'onde distincte de celle de la lumière émise par les autres sources de lumière, et dans lequel chaque élément optique diffractif (22, 23, 24) est conçu pour s'illuminer seulement lorsqu'il est éclairé dans la bande de longueurs d'onde de la source de lumière qui lui est associée. 6. Combineur (20) selon la revendication précédente, dans lequel l'une au moins desdites sources de lumière est équipée d'un filtre adapté à réduire la largeur de la bande de longueurs d'onde de la lumière qu'elle émet. 7. Combineur (20) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu un support (29) sur lequel est montée la plaque transparente (21). 8. Combineur (20) selon la revendication précédente, dans lequel le support (29) porte au moins une source de lumière adaptée à éclairer ledit élément optique diffractif (22, 23, 24). 9. Afficheur tête-haute (10) comprenant un dispositif de génération 3044114 10 d'images (11), caractérisé en ce qu'il comporte également : - un combineur (20) conforme à l'une des revendications précédentes, disposé de manière à recevoir le faisceau lumineux émis par le dispositif de génération d'images (11), et 5 - au moins une source de lumière adaptée à éclairer l'élément optique diffractif (22, 23, 24) du combineur (20). 10. Afficheur tête-haute (10) selon la revendication précédente, dans lequel le combineur (20) présente une zone d'affichage (Z1) qui reçoit le faisceau lumineux émis par le dispositif de génération d'images (11), et dans lequel chaque 10 élément optique diffractif (22, 23, 24) est situé en dehors de cette zone d'affichage (Z1).