Brevet FR3061966A1 — publié le 20180720

AFFICHEUR TETE-HAUTE POUR VEHICULE AUTOMOBILE - 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, qui comporte : - un boîtier, - un dispositif de génération d'images logé à l'intérieur du boîtier, - un système de projection qui comprend au moins un miroir de repliement adapté à dévier le faisceau lumineux émis par le dispositif de génération d'images pour projeter lesdites images dans le champ de vision du conducteur du véhicule automobile, et - un écran de protection transparent, qui est situé sur le chemin dudit faisceau lumineux et qui ferme entièrement une fenêtre pratiquée dans le boîtier. 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, ...) 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. Les afficheurs du second type utilisent un dispositif de formation d'image comprenant un écran qui permet de générer une image, laquelle peut être projetée dans le champ de vision du conducteur. Chacun de ces afficheurs tête-haute comprend un boîtier qui loge le dispositif de génération d'images ainsi qu'un ou plusieurs miroirs. Ce boîtier est conçu pour être rapporté dans l'habitacle du véhicule, plus précisément dans la 3061966 2 planche de bord du véhicule, c'est-à-dire sous le pare-brise. Pour permettre le passage de la lumière depuis le dispositif de génération d'images vers l'extérieur du boîtier (dans le champ de vision du conducteur), le boîtier présente dans sa paroi externe une fenêtre principale. 5 Pour éviter la chute d'objets dans le boîtier ou l'entrée de particules à l'intérieur du boîtier, ce qui risquerait de détériorer l'un des composants de l'afficheur, cette fenêtre principale est généralement fermée par une vitre de protection. L'inconvénient majeur de cette vitre de protection est que, puisqu'elle est 10 positionnée à proximité du pare-brise, elle est susceptible de réfléchir la lumière extérieure, notamment la lumière du soleil, ainsi que de réfracter cette lumière à l'intérieur du boîtier. Il peut alors arriver que cette lumière perturbe la lisibilité des informations projetées par l'afficheur tête-haute, voire gêne la conduite du véhicule. 15 OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose de déplacer la vitre de protection, quitte à ce qu'elle ne protège plus le ou les miroirs situés dans le boîtier. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un afficheur tête- 20 haute tel que défini dans l'introduction, dans lequel ledit écran de protection est situé le long du chemin dudit faisceau lumineux entre, d'un côté, le dispositif de génération d'images, et, de l'autre, chaque miroir de repliement. Ainsi, grâce à l'invention, l'écran de protection est situé au plus loin de la fenêtre principale du boîtier, si bien que la lumière extérieure est assez peu 25 susceptible de l'atteindre. Ainsi positionné, l'écran de protection ne génère alors aucun réel désagrément pour le conducteur. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'afficheur tête-haute conforme à l'invention sont les suivantes : - l'écran de protection est situé en dehors de la profondeur de champ 30 définie par le dispositif de génération d'images et par le système de projection ; - l'écran de protection est situé à une distance du dispositif de génération d'images qui est inférieure à quelques millimètres et qui est non nulle ; - le boîtier comprend des parois externes et au moins une cloison intérieure dans laquelle est située ladite fenêtre ; 3061966 3 - ladite cloison intérieure, ledit écran de protection et une partie desdites parois externes définissent une chambre d'accueil dudit dispositif de génération d'images qui est entièrement fermée ; et - le dispositif de génération d'images comprend un écran à cristaux 5 liquides à transistors en couche mince. 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. 10 Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un afficheur tête-haute conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une vue schématique d'un second mode de réalisation d'un afficheur tête-haute conforme à l'invention. 15 En préliminaire on notera que les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation de l'invention représentés sur les différentes figures seront, dans la mesure du possible, référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois. Sur les figures 1 et 2, on a représenté deux modes de réalisation d'un 20 afficheur tête-haute 10 destiné à équiper un véhicule automobile. Dans ces deux modes de réalisation, l'afficheur tête-haute 10 comprend un boîtier 20 qui loge, d'une part, un dispositif de génération d'image 30 piloté par un calculateur (non représenté), et, d'autre part, une partie au moins d'un système optique de projection 40. 25 Dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, le dispositif de génération d'image 30 est du type « à modulation de lumière ». Il comprend un écran 31, ici un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display') à transistors en couche mince (ou TFT pour "Thin-Film Transistor), qui est piloté par le calculateur. Il comprend également un dispositif d'éclairage 32, qui est ici 30 situé à l'arrière de l'écran 31 pour, le rétroéclairer. Ce dispositif d'éclairage 32 comporte une pluralité de diodes électroluminescentes réparties derrière les cristaux liquides de l'écran 31. Dans le second mode de réalisation illustré sur la figure 2, le dispositif de génération d'image 30 est du type « émissif ». Il comprend un diffuseur 33 et une 3061966 4 unité de balayage qui est pilotée par le calculateur de façon à générer un faisceau lumineux de direction variable balayant la face arrière du diffuseur 33. L'unité de balayage comprend plus précisément un module de formation de faisceau 34 et au moins un miroir mobile 35, par exemple réalisé sous forme d'un microsystème 5 électromécanique (ou MEMS pour "MicroElectroMechanical System"). Le module de formation de faisceau 34 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 un faisceau lumineux polychromatique (ici laser) émis 10 en sortie du module de formation de faisceau 34. Ce faisceau lumineux généré par le module de formation de faisceau 34 est dirigé vers le miroir mobile 35, dont l'orientation est commandée de façon à ce que le faisceau lumineux réfléchi (par le miroir mobile 35) balaie la face arrière du diffuseur 33. Dans ces deux modes de réalisation, le dispositif de génération d'image 15 30 peut être équipé, à l'avant de l'écran 31 ou du diffuseur 33, d'une vitre protectrice. Quoiqu'il en soit, ce dispositif de génération d'image 30 permet, sous le contrôle du calculateur, de générer une image que le système optique de projection 40 va pouvoir projeter dans le champ de vision du conducteur lorsque le 20 regard de ce dernier est tourné vers la route. Dans les deux modes de réalisation représentés sur les figures 1 et 2, le système optique de projection 40 est conçu pour projeter une 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 100 (si bien que 25 les yeux du conducteur n'ont pas à effectuer de travail d'accommodation pour percevoir de manière nette les informations projetées). Le système optique de projection 40 comporte à cet effet au moins un miroir de repliement 41 situé sur le chemin du flux lumineux émis par le dispositif de génération d'images 30. Il comporte également ici un combineur 42 placé dans 30 le champ de vision du conducteur du véhicule. Le miroir de repliement 41 permet de renvoyer l'image générée par le dispositif de génération d'image 30 vers le combineur 42. Le combineur 42 permet de réfléchir cette image de telle manière qu'elle apparaisse au conducteur comme si elle était affichée à une grande distance de 3061966 5 ce dernier. Ici, ce combineur 42 est formé par une lame partiellement réfléchissante qui est disposée dans l'habitacle du véhicule automobile, entre le pare-brise 100 du véhicule et les yeux du conducteur, et qui est incurvée de manière à agrandir la 5 taille de l'image virtuelle Img vue par le conducteur. En variante, le combineur pourrait être formé par le pare-brise lui-même. Dans les deux modes de réalisation représentés sur les figures 1 et 2, le boîtier 20 est conçu pour loger chaque miroir de repliement 41 (ici, il n'y a qu'un seul miroir de repliement mais il pourrait en être prévu un plus grand nombre) ainsi 10 que le dispositif de génération d'images 30. Il comporte à cet effet des parois externes 22 qui délimitent entre elles un espace intérieur permettant de loger ces composants 30, 41. Il comporte également des moyens d'assujettissement de ces composants et des moyens de fixation au véhicule automobile. 15 Les moyens d'assujettissement (non représentés) permettent de fixer rigidement le miroir de repliement 41 et le dispositif de génération d'images 30 dans l'espace intérieur délimité par les parois externes 22 du boîtier 20. Les moyens de fixation (non représentés) permettent quant à eux de fixer rigidement le boîtier 20 au véhicule automobile, dans la planche de bord de 20 ce dernier, sous le pare-brise 100. Pour permettre aux images générées par le dispositif de génération d'images 30 d'être projetées dans le champ de vision du conducteur, c'est-à-dire à l'extérieur du boîtier 20, ce dernier comporte une fenêtre principale 24 qui est située dans l'une de ses parois externes 22, ici dans sa paroi externe supérieure. 25 De manière préférentielle, cette fenêtre principale 24 est laissée ouverte en ce sens qu'elle n'est fermée par aucune vitre ou aucun écran. Alors, et c'est l'objet de la présente invention, le boîtier 20 est équipé d'un écran de protection 50 transparent qui ferme entièrement une autre fenêtre 21 pratiquée dans le boîtier 20 (ci-après appelée fenêtre intérieure) et qui est situé 30 sur le chemin du faisceau lumineux émis par le dispositif de génération d'images 30 entre, d'un côté, le dispositif de génération d'images 30, et, de l'autre, le (ou les) miroir(s) de repliement 41. Cet écran de protection 50 est distinct de la vitre de protection équipant éventuellement le dispositif de génération d'images 30. Il est conçu pour protéger 3061966 6 le dispositif de génération d'images 30 des objets qui tomberaient dans le boîtier 20 par la fenêtre principale 24 et des poussières et autres particules qui ne manqueront pas de s'introduire dans le boîtier 20. En pratique, cet écran de protection 50 peut se présenter sous la forme 5 d'une plaque vitrée ou sous toute autre forme convenable (film souple, ...). Elle est ici fixée rigidement au boîtier 20. Dans les deux modes de réalisation représentés sur les figures, le boîtier 20 comporte à cet effet une cloison intérieure 23 qui sépare en deux parties distinctes l'espace intérieur délimité par les parois externes 22 du boîtier 20. 10 L'écran de protection 50 est alors fixé rigidement dans cette fenêtre intérieure 21, de telle manière qu'il l'obture complètement. L'une des parties de l'espace intérieur, qui est délimitée par la cloison intérieure 23, l'écran de protection 50 et une partie des parois externes 22, est appelée chambre d'accueil 25. Elle est fermée de manière hermétique et loge le 15 dispositif de génération d'images 30, qui s'en trouve donc bien protégé. De manière préférentielle, l'écran de protection 50 est situé à une distance réduite mais non nulle du dispositif de génération d'images 30. Il est plus précisément situé en dehors de la profondeur de champ définie par le dispositif de génération d'images 30 et le système de projection 40. 20 On rappellera à ce sujet que la profondeur de champ a une valeur absolue qui est parfaitement identifiée pour chaque modèle d'afficheur tête-haute et qui est facilement calculable. Pour rappel, la profondeur de champ est la zone de tolérance spatiale dans laquelle tout ce qui se trouvera sera affiché de manière nette au niveau de l'image virtuelle vue par le conducteur. 25 Ainsi, en plaçant l'écran de protection 50 hors de la profondeur de champ, les poussières fixées à cet écran ne seront pas visibles au niveau de l'image virtuelle vue par le conducteur. De cette manière, si des poussières ou autres particules venaient à se 30 déposer sur cet écran de protection 50, ces dernières ne seraient pas visibles sur l'image virtuelle Img projetée dans le champ de vision du conducteur. Par ailleurs, l'écran de protection 50 est situé à une distance du dispositif de génération d'images 30 qui est de l'ordre de seulement quelques millimètres et qui est non nulle. De cette manière, l'écran de protection 50 est situé au plus loin 3061966 7 de la fenêtre principale 24 (cet éloignement étant mesuré non pas en valeur absolue, mais plutôt en considérant le trajet parcouru par la lumière). La quantité de lumières parasites atteignant l'écran de protection 50 et étant alors susceptible de venir perturber la lecture de l'image virtuelle Img par le 5 conducteur s'en trouve alors réduite. Comme le montre bien la figure 2, l'écran de protection 50 pourra être incliné par rapport à la direction moyenne du flux lumineux émis par le dispositif de génération de lumière 30, dans une direction opposée à celle de la fenêtre principale 24 (en pratique vers le bas), d'un angle cc supérieur strictement à 90 10 degrés. Cet angle cc pourra être typiquement égal à 10 degrés. De cette manière, la lumière extérieure traversant le pare-brise 100, se réfléchissant sur le miroir de repliement 41 puis sur l'écran de protection 50, sera ensuite réfléchie par ce dernier dans une direction différente de celle du miroir de repliement 41. 15 La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante possible. Ainsi pourrait-on prévoir que le boîtier 20 loge plusieurs miroirs de repliement, auquel cas ces derniers seront tous situés en dehors de la chambre 20 d'accueil 25 du dispositif de génération d'images 30. REVENDICATIONS1. Afficheur tête-haute (10) pour véhicule automobile, qui comporte : - un boîtier (20), - un dispositif de génération d'images (30) logé à l'intérieur du boîtier (20), - un système de projection (40) qui comprend au moins un miroir de repliement (41) adapté à dévier le faisceau lumineux émis par le dispositif de génération d'images (30) pour projeter lesdites images dans le champ de vision du conducteur du véhicule automobile, et - un écran de protection (50) transparent, qui est situé sur le chemin dudit faisceau lumineux et qui ferme entièrement une fenêtre (21) pratiquée dans le boîtier (20), caractérisé en ce que ledit écran de protection (50) est situé le long du chemin dudit faisceau lumineux entre, d'un côté, le dispositif de génération d'images (30), et, de l'autre, chaque miroir de repliement (41). 2. Afficheur tête-haute (10) selon la revendication précédente, dans lequel l'écran de protection (50) est situé en dehors de la profondeur de champ définie par le dispositif de génération d'images (30) et le système de projection (40). 3. Afficheur tête-haute (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'écran de protection (50) est situé à une distance du dispositif de génération d'images (30) qui est non nulle. 4. Afficheur tête-haute (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (20) comprend des parois externes (22) et au moins une cloison intérieure (23) dans laquelle est située ladite fenêtre (21). 5. Afficheur tête-haute (10) selon la revendication précédente, dans lequel ladite cloison intérieure (23), ledit écran de protection (50) et une partie desdites parois externes (22) définissent une chambre d'accueil (25) dudit dispositif de génération d'images (30) qui est entièrement fermée. 6. Afficheur tête-haute (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de génération d'images (30) comprend un écran à cristaux liquides à transistors en couche mince.