Brevet FR3046468A1 — publié le 20170707

AFFICHEUR TETE-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. Elle concerne plus particulièrement un afficheur tête-haute pour véhicule automobile, comprenant : - un calculateur, - une unité de génération d'images commandée par le calculateur pour générer des images, et - un ensemble optique de projection d'images virtuelles, adapté à projeter chaque image générée par ladite unité de génération d'images dans le champ de vision du conducteur du véhicule automobile. 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 projeter 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. Le conducteur perçoit alors ces informations comme si elles se trouvaient affichées dans un plan situé à une 3046468 2 distance du conducteur qui est supérieure à celle séparant le conducteur du pare-brise. Il a par ailleurs été développé un système permettant d'afficher deux images dans deux plans différents, afin que le conducteur puisse percevoir les 5 informations comme si elles se trouvaient affichées dans deux plans plus ou moins éloignés de lui. Ce type de système, utilisant deux optiques de projection, ne permet pas de réaliser une image tridimensionnelle mais seulement d'afficher des informations bidimensionnelles sur des plans différents. 10 Un autre système utilise notamment deux écrans associés à deux prismes qui permettent d'obtenir deux images distinctes à une même distance du conducteur, dont l'une est visible par l'oeil droit du conducteur et dont l'autre est visible par l'oeil gauche du conducteur conduisant ainsi à la perception tridimensionnelle du contenu projeté. 15 Ce système présente deux inconvénients majeurs. Il présente tout d'abord un coût élevé. Il limite par ailleurs à deux le nombre de plans dans lesquels il est possible de projeter des informations. 20 OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, on propose selon l'invention un afficheur tête-haute pour véhicule automobile, comprenant : - un calculateur, 25 - une unité de génération d'images commandée par le calculateur pour générer des images, - un ensemble optique de projection d'images virtuelles adapté à projeter chaque image générée par ladite unité de génération d'images dans le champ de vision du conducteur du véhicule automobile et dans lequel l'unité de génération 30 d'images comporte un filtre auto-stéréoscopique, l'unité de génération d'images offrant au moins deux points de vue distincts ; Ainsi, grâce à l'invention, le filtre va permettre de générer des images qui seront perçues par le conducteur comme étant tridimensionnelles. Il sera dès lors 3046468 3 possible d'afficher des informations dans un nombre infini de plans plus ou moins éloignés du conducteur. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'afficheur 5 tête-haute conforme à l'invention sont les suivantes : - le filtre auto-stéréoscopique comporte un réseau de microlentilles - ladite unité de génération d'images offre huit points de vue distincts ; - en variante, le filtre auto-stéréoscopique comporte une barrière de parallaxe ; 10 - le calculateur est adapté à commander l'unité de génération d'images de telle manière que les images virtuelles projetées par l'ensemble optique sont perçues par le conducteur comme étant formées de calques (Img1, Img2, Img3), chaque calque (Img1, Img2, Img3) étant situé dans un plan distinct et comprenant des informations visibles par le conducteur ; 15 - le calculateur est adapté à commander l'unité de génération d'images de telle manière que les images virtuelles projetées par l'ensemble optique sont perçues par le conducteur comme représentant une forme tridimensionnelle ; - il est prévu un organe de saisie de données à disposition du conducteur, qui est connecté au calculateur et qui permet au conducteur de faire 20 basculer le calculateur entre deux modes de calcul, dont un mode actif dans lequel le calculateur commande l'unité de génération d'images de telle manière que les images virtuelles projetées par l'ensemble optique sont perçues par le conducteur comme étant tridimensionnelle, et un mode passif dans lequel le calculateur commande l'unité de génération d'images de telle manière que chaque 25 image virtuelle projetée par l'ensemble optique est vue par le conducteur comme étant bidimensionnelle ; - il est prévu un système de détection de la position de chacun des yeux du conducteur, et le calculateur est adapté à commander l'unité de génération d'images en fonction de la position détectée desdits yeux ; 30 - ladite unité de génération d'images comprend un écran d'affichage ; - ledit ensemble optique de projection comporte au moins un composant optique de grandissement ; et - ledit ensemble optique de projection comporte un combineur se présentant sous la forme d'une vitre optique courbe transparente et semi- 3046468 4 réfléchissante réalisant une fonction de grandissement. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION 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 5 comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'un afficheur tête-haute conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'une partie d'un écran et d'un filtre 10 auto-stéréoscopique de l'afficheur tête-haute de la figure 1 ; et Sur la figure 1, on a représenté un afficheur tête-haute 10 destiné à équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile. Cet afficheur tête-haute 10 comprend une unité de génération d'images 11 pilotée par un calculateur 20, et un ensemble optique de projection 12. 15 Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, l'unité de génération d'images 11 comprend un écran d'affichage 15, ici un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display') à transistors en couche mince (ou TFT pour "Thin-Film Transistor). Elle comprend également un dispositif de rétroéclairage situé à l'arrière de l'écran d'affichage 15. 20 Cette unité de génération d'images 11 permet, sous le contrôle du calculateur 20, 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 sera tourné vers la route. Ainsi, l'ensemble optique de projection 12 est plus précisément conçu 25 pour projeter une image virtuelle Img dans le champ de vision du conducteur du véhicule. Il comporte à cet effet un système optique de renvoi 13 et un combineur 14 placé dans le champ de vision du conducteur du véhicule. Il pourrait éventuellement aussi comporter une lentille de grossissement (non représentée). 30 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 d'images 11 vers le combineur 14. Le combineur 14 permet de réfléchir cette image de telle manière qu'elle apparaisse au conducteur. 3046468 5 Ici, ce combineur 14 est de préférence disposé dans l'habitacle du véhicule automobile, entre le pare-brise 1 du véhicule et les yeux du conducteur. En variante, le combineur pourrait être formé par le pare-brise lui-même. Ce combineur 14 comporte une vitre optique courbe transparente et 5 semi-réfléchissante réalisant une fonction de grandissement. Ici, il s'agit d'une pièce injectée en polycarbonate, qui est incurvée de manière à agrandir la taille de l'image virtuelle Img vue par le conducteur. Le calculateur 20 comprend quant à lui un processeur et une unité de mémorisation, par exemple une mémoire non-volatile réinscriptible ou un disque 10 dur. L'unité de mémorisation mémorise notamment une application informatique, constituée de programmes d'ordinateur comprenant des instructions dont l'exécution par le processeur permet la mise en oeuvre par le calculateur 20 du procédé décrit ci-après. 15 Le calculateur 20 est notamment adapté à commander l'écran d'affichage 15 de manière que ce dernier affiche des images. Ce calculateur 20 est préférentiellement connecté à un système de détection 17 de la position de chacun des yeux du conducteur et à un organe de saisie 18 de données à disposition du conducteur. 20 Typiquement, le système de détection 17 peut être formé par une caméra acquérant des images du visage du conducteur. Alors, le calculateur 20 sera prévu pour déterminer la position instantanée de chacun des yeux du conducteur, compte tenu des images acquises. L'organe de saisie 18 peut quant à lui être formé par un bouton bistable 25 actionnable par le conducteur. Ici, on considérera plutôt que cet organe de saisie sera formé par un écran tactile placé dans la console centrale du véhicule automobile. Ici, et c'est plus précisément l'objet de la présente invention, l'afficheur tête-haute 10 est conçu de telle manière que les images virtuelles Img projetées 30 dans le champ de vision du conducteur soient des images tridimensionnelles. Ces images sont plus précisément prévues pour être vues en trois dimensions par le conducteur, sans nécessiter le port de lunettes stéréoscopiques (plus connues sous le nom de « lunettes 3D »). Pour cela, l'unité de génération d'images 11 comporte un filtre auto- 3046468 6 stéréoscopique 16. Le calculateur 20 est alors prévu pour commander l'affichage d'images par l'écran d'affichage 15 compte tenu des caractéristiques de ce filtre auto-stéréoscopique 16, de manière que les images virtuelles Img soient perçues par le 5 conducteur comme étant tridimensionnelles. Le filtre auto-stéréoscopique pourrait se présenter sous la forme d'une barrière de parallaxe. Ici, de manière préférentielle, le filtre auto-stéréoscopique se présente plutôt sous la forme d'un réseau de microlentilles convergentes offrant au moins 10 deux points de vue distincts. Par « points de vue distincts », on entend que l'unité de génération d'images 11 est adapté à simultanément afficher de façon enchevêtrée, au moins deux images bidimensionnelles différentes, pouvant chacune être observée de manière individuelle sous un angle différent de l'angle sous lequel on pourra 15 observer l'autre image. De cette manière, le conducteur pourra observer simultanément deux images bidimensionnelles avec ses deux yeux, de manière que son cerveau puisse reconstruire une image tridimensionnelle. Dans un mode de réalisation préférentiel, il offrira plus de deux points de 20 vue, à savoir ici huit points de vue. De cette manière, le conducteur pourra observer deux images bidimensionnelles avec ses deux yeux, parmi les huit disponibles, non seulement lorsque sa tête est exactement positionnée dans l'axe du combineur 14, mais également lorsqu'elle est décalé par rapport à cet axe. Sur la figure 2, pour expliquer brièvement le fonctionnement de ce 25 système d'affichage auto-stéréoscopique, on a représenté de manière très schématique, en coupe, une partie de l'écran d'affichage 15 et du filtre auto-stéréoscopique 16. On y observe que l'écran d'affichage 15 comporte une succession périodique de sous-pixels de couleurs différentes : Rouges (R), Verts (V) et Bleus 30 (B). Chaque triplet de sous-pixels forme un pixel P1, P2, P3, P4. Chaque sous-pixel présente, de face, une forme rectangulaire ou, comme cela sera décrit ci-après, une forme de parallélogramme. Chaque sous-pixel est commandé pour émettre en face avant de la lumière avec une intensité lumineuse déterminée, la sensation colorée résultant 3046468 7 alors du mélange des trois couleurs élémentaires dans l'oeil du conducteur. Le réseau de microlentilles est quant à lui composé de microlentilles L1, L2, L3 ici cylindriques. Il s'agit en pratique de lentilles profilées selon un axe vertical, de sections transversales convexes. Dans l'exemple illustré sur les 5 figures, ces lentilles présentent ici une face arrière (orientée vers l'écran d'affichage 15) plane et une face avant convexe. En variante, il pourrait en être autrement. Le réseau de microlentilles est placé devant l'écran d'affichage 15, parallèlement à celui, à une distance égale à la longueur focale des microlentilles. 10 De la sorte, les microlentilles L1, L2, L3 du réseau grossissent les points horizontalement et elles renvoient à l'infini les informations visuelles présentes sur l'écran. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, pour des raisons de clarté, on a représenté une unité de génération d'images 11 qui offre un nombre de 15 points de vue TR1, TR2, TR3, TR4 égal à 4. On a représenté sur cette figure quatre pixels P1, P2, P3, P4 juxtaposés horizontalement. On a également représenté trois microlentilles L1, L2, L3. Le pas de ces microlentilles L1, L2, L3 est ici choisi égal à la largeur (prise horizontalement) de 20 quatre sous-pixels. On a également représenté les quatre points de vue TR1, TR2, TR3, TR4 sous lesquels il est possible d'observer l'unité de génération d'images 11. Pour la clarté de la figure 2, ces quatre points de vue sont représentés du côté de l'écran d'affichage 15 alors qu'en pratique, cet écran sera vu depuis le côté 25 opposé à travers l'ensemble de projection 12. Un oeil (unique) qui observe l'écran d'affichage 15 à travers le réseau de microlentilles 16 verra alors, suivant sa position : - soit la juxtaposition de la composante rouge R du pixel P1, de la composante verte V du pixel P2 et la composante bleue B du pixel P3 (point de 30 vue TR1), - soit la juxtaposition de la composante verte V du pixel P1, de la composante bleue B du pixel P2 et de la composante rouge R du pixel P4 (point de vue TR2), - soit la juxtaposition de la composante bleue B du pixel P1, de la 3046468 8 composante rouge R du pixel P3, et de la composante verte V du pixel P4 (point de vue TR3), - soit enfin la juxtaposition de la composante rouge R du pixel P2, de la composante verte V du pixel P3 et de la composante bleue B du pixel P4 (point 5 de vue TR4). En d'autres termes, chaque oeil du conducteur est susceptible de mélanger visuellement les composantes rouge, verte et bleue de différents pixels de l'image. De cette façon, en commandant habilement l'intensité lumineuse émise 10 par chaque sous-pixel, le calculateur peut afficher des images qui, par ce qu'elles ne seront pas vues sous le même angle (c'est-à-dire avec le même point de vue) par les deux yeux du conducteur, pourront être interprétées par le cerveau comme des images tridimensionnelles. Comme cela a été exposé supra, l'unité de génération d'images 11 sera 15 préférentiellement conçue pour offrir non pas quatre, mais huit points de vue différents. Pour cela, on utilisera des microlentilles qui couvriront chacune, non pas quatre, mais huit sous-pixels. De manière non limitative, les sous-pixels sont allongés selon un axe vertical mais, les micro-lentilles sont allongées selon un axe incliné d'un angle a 20 par rapport à l'axe vertical de façon à réaliser des assemblages de huit sous-pixel. On peut maintenant décrire en détail la manière selon laquelle le calculateur 20 commande l'unité de génération d'images 11. Pour cela, on définira tout d'abord les « plans frontaux » comme les plans qui s'étendent sensiblement orthogonalement à la direction du regard du 25 conducteur. Chaque plan frontal sera alors défini par une « profondeur », c'est-à- dire par une distance le séparant des yeux du conducteur. Dans le mode de réalisation illustré, le calculateur 20 commandera l'unité de génération d'images 11 de telle manière que chaque image virtuelle Img 30 projetée par l'ensemble optique 12 soit vue par le conducteur comme étant constituée de points situés dans un nombre fini de plans frontaux distincts, ce nombre étant par exemple inférieur ou égal à cinq. On pourra ici envisager le cas où le nombre de plans frontaux sera égal à trois. 3046468 9 Chaque image Img sera alors élaborée de telle manière qu'elle comporte trois parties (appelées « calque Img1, Img2, Img3 ») qui seront interprétées par le cerveau du conducteur comme se trouvant chacune comprise dans un plan frontal différent. 5 Préférentiellement, le calque Img3 le plus proche du conducteur sera vu comme se trouvant à une distance du conducteur qui est supérieure à la distance séparant le conducteur du pare-brise 1, si bien que les yeux du conducteur n'auront pas à effectuer de travail d'accommodation pour percevoir les informations projetées. 10 On peut alors prévoir que l'un des calques Img3 soit vu par le conducteur comme se trouvant à 4 mètres de lui, qu'un second des calques soit vu comme se trouvant à 5 mètres de lui et que le troisième des calques soit vu comme se trouvant à 6 mètres de lui. Chaque calque pourra être utilisé pour afficher des informations 15 distinctes. Ainsi, on pourra par exemple prévoir d'afficher la vitesse du véhicule sur le calque Img3 le plus proche, des informations de géolocalisation sur le second calque Img2 et des informations de détection d'obstacles sur le calque Img1 le plus éloigné. 20 On pourrait aussi prévoir que le calculateur 20 commande l'unité de génération d'images 11 de telle manière qu'une image virtuelle Img, projetée par l'ensemble optique 12, représente une forme tridimensionnelle perçue comme telle par le conducteur. A titre d'exemple non limitatif une telle forme tridimensionnelle pourrait être une sphère, un véhicule automobile, une ligne 25 blanche continue ou encore, la symbolique d'une scène de rue. Dans ce cas, la profondeur de la forme tridimensionnelle de l'image virtuelle Img sera calculée de sorte que les points successifs de la forme tridimensionnelle apparaissent de manière continue. Une forme tridimensionnelle représente un objet comportant au moins 30 une surface qui s'étend continument selon une profondeur, alors que les calques précédemment cités forment une image tridimensionnelle de part leurs dispositions selon des plans orthogonaux à la direction du regard et situés à différentes profondeurs. Une image virtuelle pourra ainsi représenter une au moins une forme 3046468 10 tridimensionnelle et/ou une image formée d'un ou plusieurs calques situés à des profondeurs différentes. Il peut arriver qu'un conducteur préfère que l'image qu'il perçoit soit non 5 pas tridimensionnelle, mais plutôt bidimensionnelle. Le conducteur pourra dans ce cas utiliser l'écran tactile 18 de la console centrale du véhicule, de manière à faire basculer le calculateur 20 d'un mode de fonctionnement normal (appelé mode actif), tel que celui précité, vers un mode dégradé (appelé mode passif). Dans ce mode dégradé, le calculateur 20 sera 10 alors conçu pour commander l'unité de génération d'images 11 de telle manière que chaque image virtuelle Img projetée par l'ensemble optique 12 soit formée d'un calque unique. Dans ce cas, si l'on se réfère à la figure 2, le calculateur commandera l'illumination des sous-pixels de l'écran d'affichage 15 de telle manière que le 15 mélange de couleurs R, V, B vu au travers de chaque triplet de microlentilles L1, L2, L3 soit le même, quel que soit le point de vue sous lequel l'écran d'affichage 15 sera observé. De cette manière, les deux yeux du conducteur pourront observer une même image, qui sera interprétée par le cerveau du conducteur comme étant une 20 image bidimensionnelle. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l'invention. Ainsi, le calculateur 20 pourra commander l'unité de génération d'images 25 11 en fonction de la position détectée des yeux du conducteur. En effet, si on se réfère à la figure 2, il est nécessaire, pour que le conducteur voit l'image virtuelle de manière nette, que chacun de ses deux yeux se trouve situé au niveau de l'un des points de vue TR1, TR2, TR3, TR4. Il peut arriver que l'un au moins des yeux du conducteur soit légèrement 30 décalé latéralement par rapport à ces points de vue. Dans ce cas, le calculateur pourra, compte tenu de la position de chacun des deux yeux du conducteur (détectée grâce au système de détection 17), décaler latéralement l'une au moins des images vue par l'un des yeux du conducteur de manière que l'image virtuelle observée par le conducteur soit nette. 3046468 11 Dans une autre variante de l'invention, il sera possible d'afficher des informations à une distance du conducteur qui sera variable et qui sera choisie en fonction du type d'information à afficher ou en fonction des conditions rencontrées. A titre d'exemple, il sera possible d'afficher la vitesse du véhicule dans un plan 5 frontal qui s'éloignera plus ou moins du conducteur, selon la vitesse de déplacement du véhicule. REVENDICATIONS1. Afficheur tête-haute (10) pour véhicule automobile, comprenant : - un calculateur (20), - une unité de génération d'images (11) commandée par le calculateur (20) pour générer des images, et - un ensemble optique (12) de projection d'images virtuelles (Img), adapté à projeter chaque image générée par ladite unité de génération d'images (11) dans le champ de vision du conducteur du véhicule automobile, caractérisé en ce que l'unité de génération d'images (11) comporte un filtre auto-stéréoscopique (16) et ladite unité de génération d'images (11) offre au moins deux points de vue distincts. 2. Afficheur tête-haute (10) selon la revendication 1, dans lequel le filtre auto-stéréoscopique (16) comporte un réseau de microlentilles. 3. Afficheur tête-haute (10) selon la revendication précédente, dans lequel ladite unité de génération d'images (11) offre huit points de vue distincts. 4. Afficheur tête-haute selon la revendication 1, dans lequel le filtre auto-stéréoscopique comporte une barrière de parallaxe. 5. Afficheur tête-haute (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le calculateur (20) est adapté à commander l'unité de génération d'images (11) de telle manière que les images virtuelles (Img) projetées par l'ensemble optique (12) sont perçues par le conducteur comme étant formées de calques (Img1, Img2, Img3), chaque calque (Img1, Img2, Img3) étant situé dans un plan distinct et comprenant des informations visibles par le conducteur. 6. Afficheur tête-haute (10) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le calculateur (20) est adapté à commander l'unité de génération d'images (11) de telle manière que les images virtuelles (Img) projetées par l'ensemble optique (12) sont perçues par le conducteur comme représentant une forme tridimensionnelle. 7. Afficheur tête-haute (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu un organe de saisie (18) de données à disposition du conducteur, qui est connecté au calculateur (20) et qui permet au conducteur de faire basculer le calculateur (20) entre deux modes de calcul, dont - un mode actif dans lequel le calculateur (20) commande l'unité de 3046468 13 génération d'images (11) de telle manière que les images virtuelles (Img) projetées par l'ensemble optique (12) sont perçues par le conducteur comme étant tridimensionnelles, et - un mode passif dans lequel le calculateur commande l'unité de 5 génération d'images (11) de telle manière que les images virtuelles projetées par l'ensemble optique (12) sont vues par le conducteur comme étant bidimensionnelle. 8. Afficheur tête-haute (10) selon l'une des revendications précédentes, comportant un système de détection (17) de la position de chacun des yeux du 10 conducteur, et dans lequel le calculateur (20) est adapté à commander l'unité de génération d'images (11) en fonction de la position détectée desdits yeux. 9. Afficheur tête-haute (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite unité de génération d'images (11) comprend un écran d'affichage (15). 15 10. Afficheur tête-haute (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit ensemble optique de projection (12) comporte au moins un composant optique de grandissement. 11. Afficheur tête-haute (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit ensemble optique de projection (12) comporte un combineur (14) 20 se présentant sous la forme d'une vitre optique courbe transparente et semi- réfléchissante réalisant une fonction de grandissement.