Brevet FR3060774A1 — publié le 20180622

PROCEDE DE REGLAGE D'UN DISPOSITIF D'AFFICHAGE TETE HAUTE A REALITE AUGMENTEE Domaine de l'invention La présente invention concerne les dispositifs d'affichage tête-haute à réalité augmentée pour véhicules automobiles. Elle vise en particulier un procédé de réglage d'un tel dispositif d'affichage à réalité augmentée. Arrière-plan de l'invention Dans le cadre de l'amélioration de la sécurité routière, les constructeurs d'automobiles utilisent depuis quelques années des dispositifs d'affichage conçus selon le principe de la vision à tête haute utilisée depuis déjà un certain temps dans l'aviation. Les dispositifs d'affichage à vision à tête haute ou (ATH pour Afficheur Tête Haute ou HUD pour Head Up Display) permettent de projeter une information dans le champ de vision du conducteur devant le véhicule automobile afin que le conducteur du véhicule automobile puisse lire cette information sans quitter des yeux l'espace devant le véhicule automobile. En même temps, l'information peut être lue sans modification de l'accommodation des yeux du conducteur du véhicule. Un tel dispositif comporte classiquement un module de projection apte à générer un faisceau lumineux porteur d'informations de fonctionnement ou de conduite du véhicule, et un réflecteur transparent (ou combiner en anglais) qui réfléchit ce faisceau lumineux vers le conducteur de sorte que celui-ci perçoive ces informations sous la forme d'une image virtuelle positionnée à l'avant du pare-brise dans son champ de vision. Le réflecteur peut être constitué par un film apposé directement sur le pare-brise du véhicule ou par une lame inclinée disposée entre le conducteur et le pare-brise. 3060774 2 Pour les dispositifs à lame, la position de l'image virtuelle générée par le dispositif d'affichage tête haute peut être réglée simplement en opérant une rotation de cette lame. Lorsque le réflecteur est formé par le pare-brise du véhicule, ce 5 réglage s'effectue en modifiant la position d'au moins un élément optique du module de projection (par exemple en faisant pivoter le miroir de sortie de ce module) ou en déplaçant l'ensemble de ce module comme divulgué dans la demande de brevet française FR 3 009 095. 10 Depuis peu sont apparus des dispositifs d'affichage tête haute à réalité augmentée permettant de superposer en continu des informations virtuelles sur des objets environnants du monde réel (véhicules, marques de signalisation, etc...) situés dans le champ de vision du conducteur et dont les positions sont déterminées par un 15 capteur de type radar ou lidar implanté dans le véhicule. Ce type de dispositifs à réalité augmentée est toutefois particulièrement complexe à régler car les yeux du conducteur, l'image virtuelle visible par ce dernier et l'environnement réel doivent être parfaitement alignés (effet de parallaxe). 20 Pour assurer un rendu satisfaisant, il est donc indispensable que ces dispositifs puissent déterminer la position des yeux du conducteur. Pour ce faire, il est connu de la demande de brevet américaine US 2016/0163108 de détecter cette position des yeux par l'intermédiaire d'une caméra, puis d'ajuster l'image virtuelle en 25 conséquence. La mise en oeuvre d'une caméra entraine cependant un surcoût important pour le dispositif et ne permet pas en outre d'assurer une détection correcte dans certaines situations, notamment lorsque le conducteur porte des lunettes de soleil. 30 Objet et résumé de l'invention La présente invention vise donc à améliorer la situation. 3060774 3 Elle propose à cet effet un procédé de réglage d'un dispositif d'affichage tête haute à réalité augmentée pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - projection d'un premier faisceau porteur d'une image 5 source contenant une information se retrouvant dans une première image virtuelle perçue par le conducteur dans son champ de vision ; - projection d'un second faisceau porteur d'une mire de réglage se retrouvant dans une seconde image virtuelle perçue par le conducteur dans son champ de vision ; 10 - alignement vertical par ledit conducteur de ladite information sur ladite mire ; et - détermination de la position verticale des yeux du conducteur à partir des positions longitudinales et verticales de ladite information et de ladite mire de réglage dans les première et seconde 15 images virtuelles ainsi que de la position longitudinale dudit conducteur. L'invention permet ainsi de déterminer en toute situation et avec une excellente précision la position verticale des yeux du conducteur du véhicule. 20 En outre, la mise en oeuvre de ce procédé de réglage est relativement économique en rapport des méthodes connues puisqu'elle ne nécessite pas l'utilisation d'une caméra vidéo ni d'un module d'analyse d'images associé. Selon des caractéristiques préférées dudit procédé de réglage : 25 - ledit alignement est réalisé à l'aide de moyens de commandes permettant de modifier le positionnement de ladite information dans ladite image source et en conséquence dans ladite première image virtuelle ; - lesdites première et secondes images virtuelles sont 30 éloignées longitudinalement d'une distance comprise entre un et cinq mètres ; et/ou - ladite position verticale des yeux ainsi obtenue est enregistrée en mémoire dans un fichier profil associé audit conducteur. 3060774 4 L'invention vise également sous un second aspect, un dispositif d'affichage tête haute à réalité augmentée pour véhicule comportant un premier module de projection apte à générer un premier faisceau lumineux porteur d'une image source contenant des informations, ainsi 5 qu'un réflecteur semi-transparent réfléchissant ledit premier faisceau lumineux vers le conducteur de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une première image virtuelle positionnée dans son champ de vision, lesdites informations contenues dans ladite image virtuelle étant destinées à se superposer visuellement sur des objets du 10 monde réel situés dans le champ de vision dudit conducteur ; caractérisé en ce qu'il comporte un second module de projection apte à générer un second faisceau lumineux porteur d'une mire de réglage et étant également réfléchi par ledit réflecteur vers ledit conducteur de sorte que celui-ci perçoive ladite mire dans une seconde image virtuelle 15 positionnée dans son champ de vision et distante longitudinalement de ladite première image virtuelle. Selon des caractéristiques préférées dudit dispositif d'affichage tête haute : - le réflecteur semi-transparent est constitué par un film 20 holographique semi-transparent multiplexé apposé sur le pare-brise dudit véhicule ; - le premier module de projection comprend un miroir de sortie asphérique et au moins un miroir de repliement semitransparent, ledit second module de projection étant disposé derrière 25 ce miroir de repliement de sorte que le second faisceau lumineux porteur de ladite mire de réglage soit également réfléchi par ledit réflecteur en direction du conducteur ; - ledit dispositif comporte un capteur de type radar ou lidar apte à déterminer la position des objets environnant du monde réel se 30 trouvant dans le champ de vision du conducteur ; - ledit premier module de projection comporte une source lumineuse associée à une dalle LCD ou à une matrice de micro-miroirs DMD affichant ladite image source dont les caractéristiques sont définies par le calculateur d'une unité de pilotage ; et/ou 3060774 5 - ladite source lumineuse est constituée par une diode laser ou une LED de forte puissance. Brève description des dessins 5 L'exposé de l'invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée d'un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif 10 d'affichage tête haute à réalité augmentée selon l'invention ; - la figure 2 est un organigramme du procédé de réglage du dispositif de la figure 1 ; et - les figures 3 à 6 sont des vues illustrant l'étape d'alignement par le conducteur de l'information visible dans l'image 15 virtuelle projetée par le premier module de projection avec la mire visible dans l'image virtuelle projetée par le second module de projection. Description détaillée d'un mode préféré de réalisation 20 Dans la description qui va suivre et par convention, les termes « longitudinal » et « vertical » seront définis par rapport à l'orientation habituelle d'un véhicule automobile en position normale de roulement. En référence à la figure 1, le dispositif d'affichage tête-haute à réalité augmentée 1 selon l'invention comporte un premier module de 25 projection 10 apte à générer un faisceau lumineux F porteur d'informations. Ce module de projection 10 comprend une source lumineuse 11 constituée avantageusement par une diode laser ou une LED de forte puissance et émettant un faisceau dirigé vers un dispositif d'affichage 30 12 (par exemple, une dalle LCD ou une matrice de micro-miroirs DMD) qui affiche l'image source à projeter lui étant transmise par une unité de pilotage 20 comportant un calculateur 21 ainsi qu'un module de 3060774 6 stockage 22 qui comprend de la mémoire non volatile de type EEPROM ou FLASH et de la mémoire vive. Les caractéristiques de l'image source sont définies par le calculateur 21 à partir des informations transmises par l'ordinateur de 5 bord du véhicule. Cette unité de pilotage 20 est en outre reliée à des moyens de réglage 23 de type mécanique (boutons, joystick, etc...) ou tactile (par exemple, l'écran tactile de l'ordinateur de bord) permettant au conducteur de régler la position verticale des informations contenues 10 dans l'image source. Le dispositif 1 comporte aussi un réflecteur 30 semi-transparent réfléchissant le faisceau lumineux F projeté par le premier module de projection 10 en direction du conducteur C, de sorte que celui perçoive les informations contenues dans l'image source dans une première 15 image virtuelle I positionnée dans son champ de vision à une distance prédéterminée en avant du pare-brise du véhicule. Les informations virtuelles contenues dans l'image virtuelle I sont destinées à venir se superposer visuellement sur des objets environnants du monde réel (véhicules, marques de signalisation, 20 etc...) situés dans le champ de vision du conducteur Le dispositif 1 comporte en outre un second module de projection 40 comprenant une source lumineuse associée à un élément optique affichant une mire de réglage statique tel une diapositive. Ce second module de projection 40, d'un coût particulièrement 25 réduit de par sa simplicité, est ainsi apte à générer un second faisceau lumineux F' porteur d'une mire de réglage, ce faisceau F' étant également réfléchi par le réflecteur 30 en direction du conducteur C de sorte que celui perçoive cette mire de réglage dans une seconde image virtuelle I' positionnée dans son champ de vision à une seconde 30 distance prédéterminée en avant du pare-brise du véhicule. Cette seconde image virtuelle I' peut être située indifféremment en amont ou en aval de l'image virtuelle I. 3060774 7 De préférence, le réflecteur 30 est constitué par un film holographique semi-transparent multiplexé apposé directement sur le pare-brise du véhicule. L'utilisation d'un tel film holographique multiplexé compacte les 5 chemins optiques, ce qui évite d'avoir recours à des miroirs de sortie et de repliement optique et permet donc réduire les dimensions des modules de projection. Un tel film permet en outre de réfléchir de manière simultanée en direction du conducteur C les faisceaux lumineux F ; F' projetés par 10 les deux modules de projection 10, 40 alors même que ces derniers sont positionnés à des angles d'incidence différents vis-à-vis de ce film 30 tel qu'illustré sur la figure 1. En variante, le réflecteur 30 du dispositif d'affichage tête-haute à réalité augmentée n'est pas de type holographique. 15 Dans un tel cas de figure, le premier module de projection 10 comprend en outre un miroir de sortie asphérique et au moins un miroir de repliement semi-transparent. Le second module de projection 40 est alors disposé derrière ce miroir de repliement, de sorte que le second faisceau lumineux F' 20 porteur de la mire de réglage soit également réfléchi par le réflecteur 30 en direction du conducteur C. Le dispositif 1 comprend également un capteur 50 de type radar ou lidar, relié à l'unité de pilotage 20, et apte à déterminer la position des objets environnant du monde réel se trouvant dans le champ de 25 vision du conducteur. La mémoire non volatile du module de stockage 22 de l'unité de pilotage 20 stocke un processus de réglage de ce dispositif d'affichage 1 dont l'organigramme est représenté sur la figure 2. On va maintenant décrire en détails et à l'appui de cet 30 organigramme, les différentes étapes de ce processus qui est mis en oeuvre automatiquement ou sur demande par l'unité de pilotage 40 lorsqu'un nouvel usager non enregistré s'installe sur le siège conducteur. 3060774 8 Selon une première étape 100, le premier module de projection 10 projette un faisceau F porteur d'une image source contenant une information S qui se retrouve dans l'image virtuelle I perçue par le conducteur (figures 3 et 4). 5 Dans le même temps, le second module de projection 20 projette un faisceau F' porteur de la mire de réglage M qui se retrouve dans l'image virtuelle I' perçue par le conducteur C (étape 200). L'information S et la mire M sont ici constituées respectivement par un carré et un losange carré dont les diagonales sont de même 10 longueur apparente pour le conducteur que celle des côtés du carré. En variante, l'information S et la mire M sont constitués par d'autres symboles complémentaires tels que par exemple un point et une croix. L'unité de pilotage 40 demande ensuite au conducteur C, par 15 exemple, via un message s'affichant sur l'écran de l'ordinateur de bord, d'aligner verticalement l'information S sur la mire M à l'aide des moyens de réglage 23 permettant de modifier le positionnement de cette information S dans l'image source et en conséquence dans l'image virtuelle I' (étape 300). 20 Une fois cet alignement réalisé (figures 5 et 6), l'unité de pilotage 40 est alors en mesure de déterminer, par une simple application des rapports homothétiques (théorème de Thales), la position verticale des yeux du conducteur C à partir des positions longitudinales et verticales connues du l'information S et de la mire de 25 réglage M dans les images virtuelles I et I' ainsi que de la position longitudinale également connue de ce conducteur (étape 400). Afin d'obtenir une précision optimale en limitant les erreurs de parallaxes, la distance entre les images virtuelles I et I' sera avantageusement supérieure ou égale à 1 mètre. 30 Cette distance sera également préférentiellement inférieure ou égale à 5 mètres afin d'éviter les difficultés d'accommodation optique du conducteur C lors de la phase d'alignement vertical de l'information S avec la mire M. 3060774 9 La position verticale des yeux ainsi obtenue est ensuite avantageusement enregistrée en mémoire dans un fichier profil associé à ce conducteur C afin d'éviter à ce dernier de renouveler ce processus de réglage lors de sa prochaine installation au volant du véhicule 5 (étape 500). Dès lors que la position longitudinale et verticale des yeux du conducteur C est connue, le premier module de projection 10 est apte à aligner parfaitement chaque information virtuelle de l'image virtuelle I sur l'axe reliant les yeux du conducteur C à l'objet environnant du 10 monde réel sur lequel cette information virtuelle doit venir se superposer et dont la position est déterminée par le capteur radar ou lidar 30. Selon des variantes de réalisation, on pourrait prévoir lorsque le réflecteur est de type holographique, que les premier et second 15 faisceaux lumineux porteurs de l'image source et de la mire soient générés par une même source lumineuse. En effet, les éléments optiques holographiques ayant un comportement spécifique pour chaque longueur d'onde, il est possible de réserver une longueur d'ondes donnée de la source lumineuse pour générer l'image virtuelle I' 20 contenant la mire M et les autres longueurs d'ondes pour générer l'image virtuelle I contenant l'information S. Selon d'autres variantes de réalisation, en utilisant un réflecteur de type holographique, on pourrait également supprimer l'élément optique affichant la mire de réglage dans le second module de 25 projection, cette mire étant alors ce réflecteur holographique ce qui permet de simplifier encore plus la conception. On rappelle enfin que la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais qu'elle englobe toute autre variante d'exécution à la portée de l'homme du métier. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de réglage d'un dispositif d'affichage tête haute à réalité augmentée pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - projection d'un premier faisceau (F) porteur d'une image source contenant une information (S) se retrouvant dans une première image virtuelle (I) perçue par le conducteur (C) dans son champ de vision ; - projection d'un second faisceau (F') porteur d'une mire de réglage (M) se retrouvant dans une seconde image virtuelle (I') perçue par le conducteur (C) dans son champ de vision ; - alignement vertical par ledit conducteur de ladite information (S) sur ladite mire (M) ; et - détermination de la position verticale des yeux du conducteur (C) à partir des positions longitudinales et verticales de ladite information (S) et de ladite mire de réglage (M) dans les première et seconde images virtuelles (I, I') ainsi que de la position longitudinale dudit conducteur (C). 2. Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit alignement est réalisé à l'aide de moyens de commandes (23) permettant de modifier le positionnement de ladite information (S) dans ladite image source et en conséquence dans ladite première image virtuelle (I). 3. Procédé de réglage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites première et secondes images virtuelles (I, I') sont éloignées longitudinalement d'une distance comprise entre un et cinq mètres. 4. Procédé de réglage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite position verticale des yeux ainsi obtenue est enregistrée en mémoire dans un fichier profil associé audit conducteur (C). 3060774 11 5. Dispositif d'affichage tête haute à réalité augmentée pour véhicule comportant un premier module de projection (10) apte à générer un premier faisceau lumineux (F) porteur d'une image source contenant des informations (S), ainsi qu'un réflecteur semi-transparent 5 (30) réfléchissant ledit premier faisceau lumineux (F) vers le conducteur (C) de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une première image virtuelle (I) positionnée dans son champ de vision, lesdites informations contenues dans ladite image virtuelle (I) étant destinées à se superposer visuellement sur des objets du monde 10 réel situés dans le champ de vision dudit conducteur (C) ; caractérisé en ce qu'il comporte un second module de projection (40) apte à générer un second faisceau lumineux (F') porteur d'une mire de réglage (M) et étant également réfléchi par ledit réflecteur (30) vers ledit conducteur (C) de sorte que celui-ci perçoive ladite mire (M) dans une 15 seconde image virtuelle (I') positionnée dans son champ de vision et distante longitudinalement de ladite première image virtuelle (I). 6. Dispositif d'affichage tête haute selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réflecteur semi-transparent est constitué par un film holographique semi-transparent multiplexé (30) apposé sur le 20 pare-brise dudit véhicule. 7. Dispositif d'affichage tête haute selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier module de projection comprend un miroir de sortie asphérique et au moins un miroir de repliement semitransparent, ledit second module de projection étant disposé derrière 25 ce miroir de repliement de sorte que le second faisceau lumineux porteur de ladite mire de réglage soit également réfléchi par ledit réflecteur en direction du conducteur. 8. Dispositif d'affichage tête haute selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de 30 type radar ou lidar (50) apte à déterminer la position des objets environnant du monde réel se trouvant dans le champ de vision du conducteur (C). 9. Dispositif d'affichage tête haute selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ledit premier module de 3060774 12 projection (10) comporte une source lumineuse (11) associée à une dalle LCD ou à une matrice de micro-miroirs DMD (12) affichant ladite image source dont les caractéristiques sont définies par le calculateur (21) d'une unité de pilotage (20). 5 10. Dispositif d'affichage tête haute selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite source lumineuse (11) est constituée par une diode laser ou une LED de forte puissance.