Brevet FR3039656A1 — publié le 20170203

Dispositif de formation d'image et afficheur tête haute comprenant un tel dispositif DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne les afficheurs tête haute pour véhicules, en particulier pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de formation d'image et un afficheur tête haute comprenant un tel dispositif. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Certains afficheurs tête haute 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, par exemple au moyen d'un miroir de repliement et d'une lame semi-transparente. Afin de pouvoir faire varier dans des proportions importantes la luminosité de l'image projetée (ce qui permet une adaptation de la luminosité aux conditions de roulage, typiquement diurnes ou nocturnes), il a déjà été proposé, par exemple dans le document FR 2 993 675, d'utiliser des moyens d'atténuation comprenant un élément conçu pour impartir une polarisation variable au faisceau lumineux, tel que des moyens à cristaux liquides. OBJET DE L'INVENTION Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif de formation d'image pour afficheur tête haute, comprenant un diffuseur, une unité de balayage conçue pour générer un faisceau lumineux balayant une face du diffuseur, et un élément conçu pour impartir une polarisation variable au faisceau lumineux, caractérisé en ce que le diffuseur comporte un élément polarisant filtrant la lumière traversant le diffuseur. L'élément polarisant permet, en combinaison avec l'élément impartissant une polarisation variable, d'obtenir une atténuation variable du faisceau lumineux en sortie du diffuseur. Grâce à l'intégration de l'élément polarisant au diffuseur, la conception mécanique de l'ensemble est simplifiée. Par ailleurs, du fait du balayage, l'intensité lumineuse moyenne (par unité de surface) au niveau du diffuseur est réduite et l'élément polarisant ne risque donc pas un vieillissement prématuré. Selon d'autres caractéristiques optionnelles, et donc non limitatives : 3039656 2 - l'élément polarisant est une structure polarisante disposée sur la face balayée ; - l'élément polarisant est conçu pour impartir une polarisation linéaire fixe à la lumière traversant le diffuseur ; 5 - le diffuseur comprend une structure de diffusion sur une face opposée à la face balayée ; - la structure de diffusion comprend des microlentilles ; - l'élément conçu pour impartir une polarisation variable est une cellule à cristaux liquides ; 10 - un module de formation de faisceau comprend la cellule à cristaux liquides et au moins une source de lumière ; - l'unité de balayage comprend un miroir mobile ; - le miroir mobile reçoit un faisceau lumineux généré par le module de formation de faisceau ; 15 - une lentille (par exemple une lentille de champ ou lentille F-Theta) est interposée entre l'unité de balayage et le diffuseur. L'invention propose également un afficheur tête haute comprenant un dispositif de formation d'image tel que mentionné ci-dessus, un combineur et un système optique de renvoi disposé de manière renvoyer un faisceau lumineux 20 généré par le dispositif de formation d'image en direction du combineur. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION 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. 25 Sur les dessins annexés : - la figure 1 représente un exemple d'afficheur tête haute conforme à l'invention ; - la figure 2 représente un exemple de dispositif de formation d'image utilisable dans l'afficheur tête haute de la figure 1 ; et 30 - la figure 3 représente une variante de réalisation d'un tel dispositif de formation d'image. La figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d'un afficheur tête haute 2 installé dans un véhicule (ici un véhicule automobile). Un tel afficheur tête haute 2 comprend un dispositif de formation d'image 3039656 3 10 qui génère un faisceau lumineux représentant une image à afficher, un système optique de renvoi 4 et un combineur 6, formé ici par une lame semitransparente. Le système optique de renvoi 4 renvoie le faisceau lumineux généré par 5 le dispositif de formation d'image 10 en direction du combineur 6, ce qui permet d'afficher une image virtuelle dans le champ de vision du conducteur. À cet égard, la lame semi-transparente 6 est de préférence disposée entre le pare-brise 8 du véhicule et les yeux du conducteur. On peut d'ailleurs prévoir en variante que le système optique de renvoi 4 transmette le faisceau 10 lumineux généré par le dispositif de formation d'image 10 sur le pare-brise 8, qui joue alors le rôle de combineur (auquel cas la lame semi-transparente est omise). Le système optique de renvoi 4 comprend ici un simple miroir de repliement. En variante, il pourrait comprendre une pluralité de miroirs et/ou d'autres éléments optiques. 15 La figure 2 représente un premier exemple de réalisation du dispositif de formation d'image 10. Ce dispositif de formation d'image 10 comprend un diffuseur 12 et une unité de balayage 14 qui génère un faisceau lumineux de direction variable de manière à pouvoir balayer la face arrière du diffuseur 12. 20 L'unité de balayage 14 comprend un module de formation de faisceau 16 et un miroir mobile 18, par exemple réalisé sous forme d'un microsystème électromécanique (ou MEMS pour "MicroElectroMechanical System"). Le module de formation de faisceau 16 comprend typiquement trois sources de lumière monochromatiques, telles que des sources laser, dont les 25 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 16. Ce faisceau lumineux généré par le module de formation de faisceau 16 est dirigé vers le miroir mobile 18, dont l'orientation est commandée par un 30 module de commande 30 de façon à ce que le faisceau lumineux réfléchi (par le miroir mobile 18) balaie la face arrière du diffuseur 12. Le dispositif de formation d'image 10 comprend également une cellule à cristaux liquides 20 qui impartit au faisceau lumineux, balayant la face arrière du diffuseur 12, une polarisation variable en fonction d'une tension V appliquée à la 3039656 4 cellule à cristaux liquides 20 par le module de commande 30. Dans l'exemple décrit ici, la cellule à cristaux liquides 20 est située au sein du module de formation de faisceau 16 de manière à être traversée par le faisceau lumineux combiné (c'est-à-dire issu de la combinaison des faisceaux 5 monochromatiques). Ainsi, le faisceau lumineux émis par le module de formation de faisceau 16 est ici polarisé avec une polarisation variable en fonction de la tension V appliquée à la cellule à cristaux liquides 20. Le diffuseur 12 comporte une structure polarisante 22, qui impartit une polarisation linéaire ayant une direction donnée au faisceau lumineux qui traverse 10 le diffuseur 12, et une structure de diffusion 24 qui provoque un étalement angulaire du faisceau lumineux (par exemple un étalement angulaire d'un angle a = 19 °). Dans le mode de réalisation décrit ici, la structure polarisante 22 est placée sur la face arrière du diffuseur 12 (face balayée comme déjà indiqué par le 15 faisceau lumineux polarisé émis par l'unité de balayage 14) et la structure de diffusion 24 est placée sur la face avant du polariseur 12 (face qui émet le faisceau lumineux formant image à afficher comme expliqué ci-dessus en référence à la figure 1). Un tel diffuseur 12 est donc du type à augmenter la taille de la pupille de sortie (ou EPE pour "Exit Pupil Expande?'). 20 Le substrat 26 du diffuseur 12 est réalisé dans un matériau transparent (ou translucide), par exemple en verre ou en polycarbonate. La structure polarisante 22 est par exemple réalisée au moyen d'une couche polarisante déposée sur le substrat 26, telle qu'un grillage métallique (ou "wire gril' selon l'appellation anglo-saxonne). La structure de diffusion 24 peut quant à elle être 25 réalisée par une matrice de microlentilles. On décrit à présent le fonctionnement du dispositif de formation d'image 10 qui vient d'être décrit. Comme déjà indiqué, le faisceau lumineux (polychromatique) émis par le module de formation de faisceau 16 a une polarisation variable en fonction de la 30 tension appliquée à la cellule à cristaux liquides 20. Après réflexion sur le miroir mobile 18, le faisceau polarisé par la cellule à cristaux liquides 20 traverse le diffuseur, et donc notamment la structure polarisante 22. En fonction de la polarisation impartie par la cellule à cristaux liquides 20 (relativement à la polarisation linéaire fixe de la structure polarisante 3039656 5 22), le faisceau lumineux en sortie de la structure polarisante 22 sera plus ou moins atténué. On peut ainsi facilement régler l'intensité du faisceau lumineux généré (au niveau du diffuseur 12) par le dispositif de formation d'image 10. 5 La disposition de la structure polarisante 22 au niveau du diffuseur 12 permet par ailleurs de limiter le vieillissement de cette structure puisque chaque point du diffuseur 12 n'est éclairé par le faisceau lumineux qu'une faible proportion du temps (du fait du balayage) et reçoit donc une intensité lumineuse moyenne relativement faible (en comparaison par exemple des éléments de l'unité de 10 balayage 14). Enfin, le faisceau lumineux émis par le module de formation de faisceau 18 et réfléchi par le miroir mobile 18 est collimaté (en particulier dans le cas de l'utilisation de sources laser) et la face arrière du diffuseur 12, qui reçoit ce faisceau collimaté, est particulièrement bien adaptée pour accueillir la structure 15 polarisante 22 (qui traite plus efficacement un faisceau collimaté qu'un faisceau diffus). On remarque à cet égard que l'angle d'incidence du faisceau lumineux (réfléchi par le miroir mobile 18) sur la face arrière du diffuseur 12 est variable en fonction du point considéré sur la face arrière du diffuseur 12, mais fixe pour un 20 point donné de la face arrière du diffuseur 12. Il est donc envisageable de déposer en chaque point de la face arrière du diffuseur 12 (sur le substrat 26) une partie de structure polarisante 22 adaptée à l'angle d'incidence du faisceau lumineux en ce point. La figure 3 représente une variante de réalisation du dispositif de 25 formation d'image qui vient d'être décrit en référence à la figure 2. Le dispositif de formation d'image 10' représenté en figure 3 comprend une unité de balayage 14' et un diffuseur 12' identiques à ceux de la figure 2 et qui ne seront donc pas décrits à nouveau. L'unité de balayage 14' comprend ainsi notamment un module de formation de faisceau 16' et un miroir mobile 18'. 30 Le dispositif de formation d'image 10' comprend en outre une lentille 13' interposée entre l'unité de balayage 14' et le diffuseur 12'. La lentille 13' est disposée de sorte que son foyer soit situé au lieu de réflexion du faisceau généré par le module de formation de faisceau 16' sur le miroir mobile 18'. Dans l'exemple décrit, la lentille 13' est une lentille plan- 3039656 6 convexe, ici une lentille de champ (ou lentille F-Theta). En variante, il pourrait s'agir d'une lentille de Fresnel. Le faisceau d'orientation variable généré par l'unité de balayage 14' balaie donc une face d'entrée de la lentille 13' et est transmis en sortie avec une 5 direction constante (correspondant à l'axe optique de la lentille) quel que soit le point concerné sur la face de sortie de la lentille 13'. Le faisceau lumineux arrive ainsi sur la face arrière du diffuseur 12' (portant la structure polarisante 22') avec une incidence constante (par exemple une incidence normale à la face arrière du diffuseur 12'), quel que soit le point 10 concerné sur cette face arrière. Ceci permet d'utiliser une structure polarisante 22' uniforme sur l'ensemble de la face arrière du diffuseur 12' et d'obtenir un effet de polarisation constant (et par conséquent, en association avec la cellule à cristaux liquides 20', une atténuation constante) sur l'ensemble du diffuseur 12'. 15 REVENDICATIONS1. Dispositif de formation d'image pour afficheur tête haute, comprenant : - un diffuseur (12 ; 12'), - une unité de balayage (14 ; 14') conçue pour générer un faisceau lumineux balayant une face du diffuseur (12 ; 12'), et - un élément (20 ; 20') conçu pour impartir une polarisation variable au faisceau lumineux ; caractérisé en ce que le diffuseur (12 ; 12') comporte un élément polarisant (22 ; 22') filtrant la lumière traversant le diffuseur (12 ; 12'). 2. Dispositif de formation d'image selon la revendication 1, dans lequel l'élément polarisant (12 ; 12') est une structure polarisante disposée sur la face 15 balayée. 3. Dispositif de formation d'image selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'élément polarisant (22 ; 22') est conçu pour impartir une polarisation linéaire fixe à la lumière traversant le diffuseur (12 ; 12'). 20 4. Dispositif de formation d'image selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le diffuseur (12 ; 12') comprend une structure de diffusion (24) sur une face opposée à la face balayée. 25 5. Dispositif de formation d'image selon la revendication 4, dans lequel la structure de diffusion (24) comprend des microlentilles. 6. Dispositif de formation d'image selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément (20 ; 20') conçu pour impartir une polarisation variable est 30 une cellule à cristaux liquides. 7. Dispositif de formation d'image selon la revendication 6, dans lequel un module de formation de faisceau (16 ; 16') comprend la cellule à cristaux liquides (20 ; 20') et au moins une source de lumière. 3039656 8 8. Dispositif de formation d'image selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'unité de balayage (14 ; 14') comprend un miroir mobile (18 ; 18'). 5 9. Dispositif de formation d'image selon la revendication 8 prise dans la dépendance de la revendication 7, dans lequel le miroir mobile (18 ; 18') reçoit un faisceau lumineux généré par le module de formation de faisceau (16 ; 16'). 10. Dispositif de formation d'image selon l'une des revendications 1 à 9, 10 dans lequel une lentille (13') est interposée entre l'unité de balayage (14') et le diffuseur (12'). 11. Afficheur tête haute (2) comprenant un dispositif de formation d'image (10) selon l'une des revendications 1 à 10, un combineur (6) et un système optique de renvoi (4) disposé de manière renvoyer un faisceau lumineux généré par le dispositif de formation d'image (10) en direction du combineur (6).