Brevet FR3054329A1 — publié le 20180126

Dispositif de génération d'image et afficheur tête haute comprenant un tel dispositif de génération d'image DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des afficheurs. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de génération d'image comprenant un écran à cristaux liquides, et une source de lumière associée optiquement à l'écran à cristaux liquides pour éclairer ledit écran, l'écran à cristaux liquides comportant un polariseur d'entrée adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation donnée. Elle concerne également un afficheur tête haute comprenant un tel dispositif de génération d'image. L'invention s'applique de manière particulièrement intéressante dans un véhicule tel qu'un véhicule automobile. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Un écran à cristaux liquides comprend généralement un polariseur d'entrée, suivi d'une matrice de cristaux liquides (ou cellule à cristaux liquides) commandée électriquement pixel par pixel, elle-même suivie d'un polariseur de sortie. La matrice de cristaux liquides est ainsi interposée entre le polariseur d'entrée et le polariseur de sortie. Ce type d'écran à cristaux liquides est l'un des plus répandus commercialement, notamment parce que la présence de ces deux polariseurs permet, lors de la fabrication, de vérifier le fonctionnement de l'écran. Le polariseur d'entrée permet de sélectionner, dans la lumière qui éclaire l'écran à cristaux liquides, une composante présentant une polarisation donnée, rectiligne. Le polariseur d'entrée est le plus souvent un polariseur par absorption, c'est-à-dire qu'une lumière incidente sur ce filtre, et présentant une polarisation différente de celle transmise, est absorbée dans le filtre. Dans un afficheur (par exemple un afficheur tête haute), un tel écran à cristaux liquides, associé à une source de lumière qui l'éclaire, permet de générer une image, qui est par exemple projetée ensuite au moyen d'un système optique de projection. Plus la puissance lumineuse émise par la source est élevée, et plus l'image générée est lumineuse. 3054329 2 Mais lorsque l'écran à cristaux liquides reçoit une puissance lumineuse élevée, la puissance lumineuse absorbée dans le polariseur d'entrée est également élevée, conduisant à un échauffement de l'écran qui perturbe son fonctionnement. 5 OBJET DE L'INVENTION Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif de génération d'image tel que décrit en préambule, comprenant un polariseur supplémentaire, interposé sur le trajet de la lumière entre la source de lumière et l'écran à cristaux liquides, ce polariseur supplémentaire étant adapté à transmettre 10 ladite composante de la lumière présentant ladite polarisation donnée et à absorber une composante de la lumière présentant une polarisation différente de ladite polarisation donnée. La lumière incidente sur le polariseur d'entrée de l'écran à cristaux liquide présente alors ladite polarisation donnée, et est donc transmise par ce filtre 15 sans y être absorbée, ou du moins en pratique n'y étant absorbée que de manière négligeable. L'échauffement de l'écran à cristaux liquides sous forte illumination est alors avantageusement limité et le dispositif de génération d'image peut ainsi générer des images très lumineuses. 20 Autrement formulé, dans un tel dispositif de génération d'image, une composante de la lumière émise par la source, dont la polarisation ne correspondrait pas à la polarisation transmise par le polariseur d'entrée, est absorbée dans le polariseur supplémentaire, qui est un polariseur par absorption, et non dans le polariseur d'entrée de l'écran à cristaux liquides. L'échauffement 25 causé par cette absorption est ainsi localisé au niveau du polariseur supplémentaire, et non au niveau de l'écran à cristaux liquides. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif conforme à l'invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : 30 - ladite polarisation donnée est une polarisation rectiligne ; - le polariseur d'entrée est un filtre polariseur ayant un axe donné et le polariseur supplémentaire est un filtre polariseur ayant ledit axe donné ; - l'écran à cristaux liquides comprend un polariseur de sortie et une matrice de cristaux liquides interposée entre le polariseur d'entrée et le polariseur 3054329 3 de sortie, ce qui permet d'utiliser un écran à cristaux liquides d'un type standard, peu couteux ; - le polariseur supplémentaire est disjoint de l'écran à cristaux liquides, grâce à quoi on limite encore plus efficacement l'échauffement de l'écran et on 5 répartit les sources de chaleur au sein du dispositif de génération d'image ; - le dispositif de génération d'image comprend un réflecteur disposé de manière à réfléchir vers l'écran une partie de la lumière émise par la source de lumière ; - le polariseur supplémentaire est monté dans le réflecteur ; 10 - le polariseur supplémentaire est relié thermiquement audit réflecteur, et ledit réflecteur est formé d'au moins un matériau conducteur de la chaleur ; - le polariseur supplémentaire est relié (thermiquement) à des moyens d'évacuation de chaleur ; - lesdits moyens d'évacuation de chaleur comprennent des ailettes de 15 refroidissement reliées au réflecteur; - la lumière émise par la source de lumière est non-polarisée ; - la source de lumière comprend au moins une diode électroluminescente. L'invention propose également un afficheur tête haute pour véhicule 20 comprenant un dispositif de génération d'image tel que mentionné ci-dessus, adapté à générer au moins une image, et un dispositif de projection adapté à renvoyer ladite image en direction d'une lame partiellement transparente. Il particulièrement intéressant dans un tel contexte de pouvoir générer une image très lumineuse (l'environnement visuel dans lequel cette image est 25 projetée pouvant lui aussi présenter une luminosité élevée). 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 comment elle peut être réalisée. 30 Sur les dessins annexés : - la figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d'un afficheur tête haute destiné à équiper un véhicule ;- la figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif de génération d'image conforme à l'invention ; et 3054329 4 - la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de génération d'image conforme à l'invention. Un afficheur tête haute 1 tel que celui schématiquement représenté en figure 1 équipe un véhicule (par exemple un véhicule automobile) de manière à 5 créer une image virtuelle I dans le champ de vision d'un conducteur du véhicule, de sorte que le conducteur puisse voir cette image virtuelle I et les informations éventuelles qu'elle contient sans avoir à détourner le regard. À cet effet, l'afficheur 1 comprend une lame partiellement transparente 2 placée dans le champ de vision du conducteur, un dispositif de génération 10 d'images 3 adapté à générer des images et un dispositif de projection 4 d'images adapté à renvoyer, en direction de ladite lame partiellement transparente 2, les images générées par l'unité de génération d'images 3. Plus précisément, la lame partiellement transparente 2 est ici un combineur 2 dédié à l'afficheur tête haute 1. 15 Un tel combineur 2 est ici placé entre le pare-brise 9 du véhicule et les yeux du conducteur. En variante, la lame partiellement transparente pourrait être confondue avec le pare-brise du véhicule. Autrement dit, dans cette variante, c'est le pare-brise du véhicule qui a la fonction de lame partiellement transparente pour 20 l'afficheur tête haute. Par ailleurs, ici, le dispositif de projection d'images comprend un miroir de repliement 4 agencé de manière à réfléchir les images générées par le dispositif de génération 3 d'images en direction de la lame partiellement transparente 2. Ici, ledit miroir de repliement est un miroir plan. 25 En variante, le dispositif de projection d'images pourrait comprendre une pluralité de miroirs et/ou d'autres éléments optiques tels qu'une lentille par exemple. Le dispositif de génération 3 d'images comprend quant à lui au moins une source de lumière 6, un écran 5 rétroéclairé par cette source de lumière 6, un 30 réflecteur 7 et un polariseur 8 (dénommé "polariseur supplémentaire" dans la suite). Le dispositif de génération 3 d'images est à présent décrit plus précisément en référence aux figures 2 et 3. Les figures 2 et 3 représentent deux modes de réalisation du dispositif de 3054329 5 génération 3 d'image, qui diffèrent principalement l'un de l'autre dans la manière de réaliser des moyens d'évacuation de chaleur 32 ; 71 reliés au polariseur supplémentaire 8. Les éléments identiques ou similaires de ces deux modes de réalisation 5 sont référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois. Sur ces deux figures, les proportions ne sont pas respectées afin de faire mieux ressortir la constitution de l'écran 5 telle que décrit ci-dessous. On a par ailleurs schématiquement représenté par la flèche L la 10 transmission de la lumière de la source de lumière 6 vers l'écran 5. La source de lumière 6 est ici une diode électroluminescente (ou LED pour "Light Emitting Diode") et l'écran 5 est ici un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display'), par exemple à transistors en couche mince (ou TFT pour "Thin-Film Transisto?'). La lumière émise par une telle source de lumière 15 6 n'est pas polarisée. L'écran 5 comprend, dans cet ordre dans le sens du trajet de la lumière L (c'est-à-dire de la partie située du côté de la source de lumière 6 au côté situé vers le dispositif de projection 4), les éléments (ou lames) en forme de plaque qui suivent (chaque élément étant en contact avec le ou les éléments voisin(s)) : 20 - un polariseur d'entrée 20 ; - une première vitre 12 ; - une matrice de cristaux liquides 10 ; - une seconde vitre 14 ; - une matrice d'éléments colorés 16 ; 25 - un polariseur de sortie 22. Le polariseur d'entrée 20 et/ou le polariseur de sortie 22 sont ici des filtres polariseurs par absorption. Le polariseur d'entrée 20 et le polariseur de sortie 22 ont respectivement un premier axe et un second axe perpendiculaires entre eux (dans le cadre de la technologie dite "normalement éteint', ou NB pour 30 "normally black"). (On rappelle que l'axe d'un polariseur est la direction de polarisation rectiligne du faisceau lumineux après passage à travers le polariseur.) Ainsi, si aucun élément de la matrice de cristaux liquides 10 n'est actif, le faisceau lumineux entre le polariseur d'entrée 20 et le polariseur de sortie 22 sera polarisé selon le premier axe (axe du polariseur d'entrée 20) et aucune lumière ne 3054329 6 sera donc émise en sortie du polariseur de sortie 22. Par activation adaptée des éléments de la matrice de cristaux liquides 10 (au moyen d'un module de commande non représentée), la polarisation de certaines parties du faisceau lumineux est modifiée au niveau de la matrice de 5 cristaux liquides 10 de sorte que de la lumière est émise en sortie du polariseur de sortie 22 au niveau de régions correspondants auxdites parties du faisceau lumineux. Pour chaque pixel de l'écran 5, la matrice d'éléments colorés 16 comprend une pluralité d'éléments colorés (ici un élément rouge, un élément vert 10 et un élément bleu) à travers chacun desquels il est possible de faire passer une intensité réglable de lumière par activation adaptée de l'élément correspondant de la matrice à cristaux liquides 10, comme indiqué ci-dessus. On obtient ainsi une couleur souhaitée pour chaque pixel, par combinaison additive des lumières traversant les différents éléments colorés de ce 15 pixel. Comme déjà indiqué, le dispositif de formation d'image 3 comprend un polariseur supplémentaire 8 interposé entre la source de lumière 6 et l'écran 5, sur le trajet de la lumière L entre ces deux éléments 5, 6. Le polariseur supplémentaire 8 est un polariseur par absorption adapté à 20 transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation du même type que celle de la lumière transmise par le polariseur d'entrée 20. Ainsi, la lumière transmise par le polariseur supplémentaire 8 et incidente sur l'écran 5, et donc sur le polariseur d'entrée 20, est déjà limitée à sa composante transmise par le polariseur d'entrée 20 de sorte que le polariseur 25 d'entrée 20 n'absorbera qu'une proportion très faible (nulle en théorie) de la lumière incidente et ne s'échauffera donc pas. En pratique, le polariseur supplémentaire 8 est un filtre polariseur ayant un axe identique à celui du polariseur d'entrée 20. Le polariseur supplémentaire 8 est monté dans le dispositif de formation 30 d'image 3 à distance de l'écran 5 de manière à être disjoint de l'écran 5. Le polariseur supplémentaire 8 et l'écran 5 sont par exemple séparés d'une distance supérieure à 1 millimètre dans la direction du trajet de la lumière L. Ici, le polariseur supplémentaire 8 est monté dans le réflecteur 7 par des moyens de montage 30 réalisés dans un matériau conducteur de la chaleur (par 3054329 7 exemple un métal tel que l'aluminium). En variante, notamment lorsque le dispositif de génération d'image 3 ne comporte pas de réflecteur, le polariseur supplémentaire 8 est monté au droit de la source de lumière 6, par exemple dans un boîtier renfermant également la source 5 de lumière 6 et l'écran 5. Dans le premier mode de réalisation du dispositif de génération 3 d'image (figure 2), les moyens d'évacuation de chaleur mentionnés précédemment comprennent un radiateur 32, relié au polariseur supplémentaire 8 par l'intermédiaire des moyens de montage 30.Dans le deuxième mode de 10 réalisation du dispositif de génération 3 d'image (figure 3), le réflecteur 7 dans lequel est monté le polariseur supplémentaire 8 est formé d'au moins un matériau conducteur de la chaleur. Ce réflecteur 7 peut par exemple être réalisé en aluminium. On peut aussi prévoir, dans ce deuxième mode de réalisation, de réaliser le réflecteur 7 dans une matière plastique, telle que du polycarbonate, 15 dans laquelle des particules métalliques sont incluses, un revêtement d'aluminium étant alors appliqué sur des faces internes du réflecteur 7 (pour les rendre réfléchissantes). Dans ce deuxième mode de réalisation, les moyens d'évacuation de chaleur comprennent des ailettes de refroidissement 71 reliées au réflecteur 7. 20 Ces ailettes de refroidissement 71 s'étendent ici à partir de faces externes, latérales, du réflecteur 7. Elles sont formées du matériau conducteur de la chaleur mentionné ci-dessus. On peut prévoir par exemple que ces ailettes de refroidissement 71 sont montées au contact des faces externes du réflecteur 7, ou encore qu'elles viennent de formation avec le réflecteur 7. 25 Dans une variante (non représentée) de ce deuxième mode de réalisation, les ailettes de refroidissement peuvent être omises, la chaleur générée au sein du polariseur supplémentaire étant alors évacuée soit directement par le réflecteur, soit par d'autres moyens d'évacuations de la chaleur, tels qu'un radiateur additionnel monté en partie arrière du réflecteur, à l'opposé de l'écran. 30 Les premier et deuxième modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être combinés entre eux. En particulier, les moyens d'évacuation de chaleur peuvent comprendre non seulement le radiateur relié aux moyens de montage du polariseur supplémentaire, mais aussi les ailettes de refroidissement susmentionnées. 3054329 8 Grâce à ces moyens d'évacuation de chaleur 32 ; 71, la chaleur générée au sein du polariseur supplémentaire 8 (du fait de l'absorption de la composante de la lumière L qui n'est pas transmise à l'écran 5) est ainsi évacuée à distance de l'écran 5. 5 Grâce à l'utilisation du polariseur supplémentaire 8, on réduit l'échauffement de l'écran 5, ce qui est souhaitable pour son fonctionnement. Par ailleurs, les sources de chaleur sont mieux réparties au sein du dispositif de génération d'image 3 puisque l'absorption d'une composante de la lumière (dans le polariseur supplémentaire 8) est réalisée à distance de l'absorption de l'autre 10 composante de la lumière (au niveau du polariseur de sortie 22, en particulier lorsque l'écran 5 est noir ou sombre). REVENDICATIONS1. Dispositif de génération d'image (3) comprenant un écran à cristaux liquides (5) et une source de lumière (6) associée optiquement à l'écran à cristaux liquides (5) pour éclairer ledit écran (5), l'écran à cristaux liquides (5) comportant un polariseur d'entrée (20) adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation donnée, caractérisé en ce qu'il comprend un polariseur supplémentaire (8), interposé sur le trajet de la lumière entre la source de lumière (6) et l'écran à cristaux liquides (5), ce polariseur supplémentaire (8) étant adapté à transmettre ladite composante de la lumière présentant ladite polarisation donnée et à absorber une composante de la lumière présentant une polarisation différente de ladite polarisation donnée. 2. Dispositif de génération d'image selon la revendication 1, dans lequel ladite polarisation donnée est une polarisation rectiligne. 3. Dispositif de génération d'image selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le polariseur d'entrée (20) est un filtre polariseur ayant un axe donné et le polariseur supplémentaire (8) est un filtre polariseur ayant ledit axe donné. 4. Dispositif de génération d'image selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'écran à cristaux liquides comprend en outre un polariseur de sortie (22) et une matrice de cristaux liquides (10) interposée entre le polariseur d'entrée (20) et le polariseur de sortie (22). 5. Dispositif de génération d'image selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le polariseur supplémentaire (8) est disjoint de l'écran à cristaux liquides (5). 6. Dispositif de génération d'image selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant un réflecteur (7) disposé de manière à réfléchir vers l'écran (5) une partie de la lumière émise par la source de lumière (6), le polariseur supplémentaire (8) étant monté dans le réflecteur. 3054329 10 7. Dispositif de génération d'image selon la revendication 6, dans lequel le polariseur supplémentaire (8) est relié thermiquement audit réflecteur (7), et dans lequel ledit réflecteur est formé d'au moins un matériau conducteur de la 5 chaleur. 8. Dispositif de génération d'image selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le polariseur supplémentaire (8) est relié à des moyens d'évacuation de chaleur (32 ; 71). 10 9. Dispositif de génération d'image selon la revendication 8, prise dans la dépendance de la revendication 7, dans lequel lesdits moyens d'évacuation de chaleur comprennent des ailettes de refroidissement (71) reliées au réflecteur (7). 15 10. Dispositif de génération d'image selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la lumière émise par la source de lumière (6) est non-polarisée. 11. Dispositif de génération d'image selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la source de lumière (6) comprend au moins une diode 20 électroluminescente. 12. Afficheur tête haute (1) pour véhicule comprenant un dispositif de génération d'image (3) selon l'une des revendications 1 à 11 adapté à générer au moins une image et un dispositif de projection (4) adapté à renvoyer ladite image 25 en direction d'une lame partiellement transparente (2 ; 9).