Brevet FR3054328A1 — publié le 20180126

Dispositif de génération d'image et afficheur tête haute DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne les systèmes d'affichage, en particulier pour véhicule. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de génération d'image et un afficheur tête haute. L'invention s'applique particulièrement avantageusement dans le cas où l'on souhaite obtenir une image particulièrement lumineuse sans toutefois provoquer un échauffement exagéré au sein du dispositif. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE On utilise, notamment dans les afficheurs tête haute pour véhicule, 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. Un tel écran à cristaux liquides comprend généralement une matrice de cristaux liquides interposée entre un polariseur d'entrée et un polariseur de sortie. Afin de permettre le passage de rayons lumineux seulement dans des régions choisies par l'activation d'éléments de la matrice de cristaux liquides, on utilise, en tant que polariseur d'entrée, un premier polariseur par absorption adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation d'entrée donnée et, en tant que polariseur de sortie, un second polariseur par absorption adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation de sortie donnée (généralement orthogonale à la polarisation d'entrée). L'utilisation de tels polariseurs par absorption entraîne toutefois un échauffement du dispositif, que ce soit au niveau du polariseur d'entrée (du fait de l'absorption d'une partie de la lumière émise par la source de lumière) ou au niveau du polariseur de sortie (du fait de l'absorption de rayons lumineux reçus de l'extérieur du dispositif, par exemple lorsque le rayonnement solaire est incident sur le système). OBJET DE L'INVENTION Dans ce contexte, la présente invention propose 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, 3054328 2 l'écran à cristaux liquides comprenant une matrice de cristaux liquides interposée entre un polariseur d'entrée et un polariseur de sortie, le polariseur d'entrée étant un premier polariseur par absorption adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation d'entrée donnée, le 5 polariseur de sortie étant un second polariseur par absorption adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation de sortie donnée, ledit dispositif de génération d'image comportant un premier polariseur supplémentaire situé sur le trajet de la lumière, en amont dudit écran à cristaux liquides et un second polariseur supplémentaire situé sur le trajet 10 de la lumière, en aval dudit écran à cristaux liquides, le premier polariseur supplémentaire étant un premier polariseur par réflexion adapté à réfléchir une composante de la lumière présentant une polarisation orthogonale à ladite polarisation d'entrée et le second polariseur supplémentaire étant un second polariseur par réflexion adapté à réfléchir une composante de la lumière 15 présentant une polarisation orthogonale à ladite polarisation de sortie. Ainsi, de chaque côté de l'écran à cristaux liquides, une partie de la lumière est réfléchie par les polariseurs supplémentaires avant d'atteindre les polariseurs par absorption de l'écran, ce qui limite l'échauffement du dispositif de génération d'image au niveau de l'écran. 20 Selon d'autres caractéristiques envisageables à titre optionnel (et donc non limitatif) : - le dispositif de génération d'image comprend une pièce optique intermédiaire, telle qu'un diffuseur, interposée entre la source de lumière et l'écran à cristaux liquides ; 25 - le premier polariseur supplémentaire est disposé entre l'écran à cristaux liquides et la pièce optique intermédiaire (par exemple entre l'écran à cristaux liquides et le diffuseur susmentionné) ; - le dispositif de génération d'image comprend un réflecteur s'étendant entre la source de lumière et la pièce optique intermédiaire ; 30 - le premier polariseur supplémentaire est disposé sur la pièce optique intermédiaire (le premier polariseur supplémentaire pouvant par exemple être déposé, éventuellement par un procédé de laminage, sur la pièce optique intermédiaire) ; - le premier polariseur supplémentaire est disposé sur l'écran à cristaux 3054328 3 liquides ; - le premier polariseur supplémentaire est déposé sur le polariseur d'entrée (par exemple au moyen d'un procédé de laminage). L'invention propose également un afficheur tête haute comprenant un 5 dispositif de génération d'image tel que présenté ci-dessus et un dispositif de projection d'images adapté à transmettre en direction d'une lame partiellement transparente les images générées par le dispositif de génération d'image. Dans les modes de réalisation décrits plus loin, le dispositif de projection comprend un miroir. On peut alors prévoir un support pour porter l'écran à cristaux 10 liquides et le miroir. Le second polariseur supplémentaire peut en pratique être monté dans le support, par exemple au niveau d'une fenêtre formée dans le support pour le passage de la lumière transmise par l'écran à cristaux liquides. Un tel support peut présenter une ouverture de passage de la lumière 15 réfléchie par le miroir en direction de lame partiellement transparente. Le second polariseur supplémentaire peut alors être situé au niveau de ladite ouverture. Le second polariseur supplémentaire peut alors fermer cette ouverture ou être déposé sur une paroi transparente fermant cette ouverture. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION 20 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. Sur les dessins annexés : - la figure 1 représente les éléments principaux d'un afficheur tête haute ; 25 - la figure 2 représente des éléments d'un dispositif de génération d'image utilisé dans l'afficheur tête haute de la figure 1 ; - la figure 3 représente un mode de réalisation alternatif ; et - la figure 4 représente une variante de réalisation envisageable pour les éléments de la figure 2. 30 Sur la figure 1, on a schématiquement représenté les éléments principaux d'un afficheur 1 tête haute destiné à équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile. Un tel afficheur 1 est adapté à créer une image virtuelle I dans le champ de vision d'un conducteur du véhicule, de sorte que le conducteur puisse voir cette 3054328 4 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 5 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 le dispositif de génération d'images 3. Plus précisément, la lame partiellement transparente 2 est ici un combineur 2, c'est-à-dire une lame partiellement transparente dédiée à l'afficheur 10 tête haute 1. 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- 15 brise du véhicule qui a la fonction de lame-semi transparente pour l'afficheur tête haute. 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 20 repliement est un miroir plan. 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 d'images 3 comprend quant à lui au moins 25 une source de lumière 5, un réflecteur 6, un diffuseur 7 qui reçoit la lumière émise par la source de lumière 5 (éventuellement après réflexion sur le réflecteur 5) et un écran 8 qui reçoit la lumière transmise par le diffuseur 7. La source de lumière 5 comprend au moins une diode électroluminescente (ou LED pour "Light Emitting Diode"), et en général une 30 pluralité de telles diodes électroluminescentes. Le réflecteur 6 s'étend entre la source de lumière 5 et le diffuseur 7, en entourant au moins partiellement l'axe principal d'émission de la source de lumière 5. Le diffuseur 7 réalise un étalement angulaire du flux lumineux généré par 3054328 5 l'ensemble source de lumière 5 - réflecteur 6. En pratique, un tel diffuseur 7 peut être réalisé par exemple au moyen d'un film ayant une face lisse (par exemple tournée vers l'écran 8) et une face opposée grainée (tournée ici vers la source de lumière 5) qui produit la diffusion de lumière. 5 L'écran 8 est un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display'), ici à transistors en couches minces (ou TFT pour "Thin-Film Transisto?'). Comme schématiquement représenté en figure 2, un tel écran 8 comprend un polariseur d'entrée 10, une matrice de cristaux liquides 12 et un polariseur de sortie 14 (la matrice de cristaux liquides 12 étant interposée entre le 10 polariseur d'entrée 10 et le polariseur de sortie 14). Le polariseur d'entrée 10 est un polariseur par absorption adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation d'entrée donnée (par exemple une polarisation de type P) ; le polariseur de sortie 14 est quant à lui un polariseur par absorption adapté à 15 transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation de sortie donnée (par exemple une polarisation de type S), généralement orthogonale (i.e. perpendiculaire) à la polarisation d'entrée. Ainsi, si aucun élément de la matrice de cristaux liquides 12 n'est activé, le faisceau lumineux entre le polariseur d'entrée 10 et le polariseur de sortie 14 20 présentera la polarisation d'entrée susmentionnée et aucune lumière ne sera donc émise en sortie du polariseur de sortie 14. Par activation adaptée de certains éléments de la matrice de cristaux liquides 12, la polarisation de parties correspondantes du faisceau lumineux est modifiée de sorte que de la lumière est émise en sortie du polariseur de sortie 14 25 au niveau des régions qui correspondent à ces parties du faisceau lumineux. Le dispositif de génération d'images 3 comprend également un premier polariseur supplémentaire 16 situé sur le trajet de la lumière, en amont dudit écran à cristaux liquides 8. Le premier polariseur supplémentaire 16 est un polariseur par réflexion 30 adapté à réfléchir une composante de la lumière présentant une polarisation orthogonale à la polarisation d'entrée susmentionnée. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, le premier polariseur supplémentaire 16 est porté par le diffuseur 7, ici sur la face du diffuseur 7 tournée vers l'écran 8. Le premier polariseur supplémentaire 16 est par exemple laminé 3054328 6 sur le diffuseur 7. En variante, le premier polariseur supplémentaire 16 pourrait être posé sur le diffuseur 7 Sur les figures, l'ensemble diffuseur 7 - premier polariseur supplémentaire 16 est situé à (faible) distance de l'écran 8 (par souci de clarté de 5 la représentation). Cet ensemble diffuseur 7 - premier polariseur supplémentaire 16 peut toutefois en pratique être placé au contact de l'écran 8 (le premier polariseur supplémentaire 16 étant en l'occurrence au contact de l'écran 8). Le premier polariseur supplémentaire 16 permet ainsi de réfléchir vers le diffuseur 7 puis le réflecteur 6 les composantes de la lumière ayant une 10 polarisation orthogonale à la polarisation d'entrée, ce qui permet d'éviter que ces composantes soient absorbées au sein du polariseur d'entrée 10 et provoquent alors un échauffement de l'écran 8. Le premier polariseur supplémentaire 16 transmet en revanche la composante de la lumière présentant la polarisation d'entrée susmentionnée, 15 composante utile à l'éclairage de l'écran 8. Les composantes réfléchies par le premier polariseur supplémentaire 16 vers le réflecteur 6 subissent par ailleurs (au moins partiellement) une modification de leur polarisation lors de la traversée du diffuseur 7 de sorte qu'elles peuvent finalement être transmises à travers le premier polariseur supplémentaire 16 et 20 participer alors à l'éclairage de l'écran 8. Le dispositif de génération d'images 3 comprend en outre un second polariseur supplémentaire 18 situé sur le trajet de la lumière, en aval dudit écran à cristaux liquides 8. Le second polariseur supplémentaire 18 est ici disposé entre l'écran 8 et 25 le miroir de repliement 4. En variante, comme représenté en figure 3 et expliqué plus loin, le second polariseur supplémentaire (référencé 18' en figure 3) pourrait être situé entre le miroir de repliement 4 et la lame partiellement transparente 2. Le second polariseur supplémentaire 18 est un polariseur par réflexion adapté à réfléchir une composante de la lumière présentant une polarisation 30 orthogonale à la polarisation de sortie susmentionnée. Ainsi, un rayon lumineux reçu de l'extérieur de l'afficheur tête haute 1 (typiquement du fait du rayonnement solaire) et réfléchi vers le dispositif de génération d'images 3 par le miroir de repliement 4 sera en partie réfléchi par le second polariseur supplémentaire 18, ce qui limitera un éventuel échauffement de 3054328 7 l'écran 8 du fait d'un tel rayon lumineux extérieur. Le second polariseur supplémentaire 18 transmet en revanche la composante de la lumière présentant la polarisation de sortie susmentionnée de sorte que la lumière émise en sortie de l'écran 8 (qui présente cette polarisation 5 de sortie du fait de l'utilisation du polariseur de sortie 14) est intégralement transmise par le second polariseur supplémentaire 18. Comme visible en figure 1, le dispositif de génération d'images 3 est ici reçu dans un support 20. Précisément, le support 20 porte un circuit imprimé 22 (sur lequel est 10 montée la source de lumière 5), l'ensemble diffuseur 7 - premier polariseur supplémentaire 16, l'écran 8 et le miroir de repliement 4. Dans l'exemple décrit ici, le support 20 porte en outre le second polariseur supplémentaire 18. On peut d'ailleurs prévoir que le second polariseur supplémentaire 18 soit monté dans le support 20 de manière à fermer une fenêtre 15 de passage de la lumière prévue dans le support 20 à l'aval de l'écran 8 (dans le sens du trajet de la lumière), comme visible en figure 1. L'écran 8 est ainsi reçu dans une enceinte close formée par le circuit imprimé 22, le support 20 et le second polariseur supplémentaire 18. Une ouverture 24 est ménagée dans le support 20 de manière à 20 permettre le passage de la lumière réfléchie par le miroir de repliement 4 en direction de la lame partiellement transparente 2. Dans un mode de réalisation alternatif représenté en figure 3, l'ouverture précitée est fermée par une paroi translucide 26 (réalisée par exemple en polycarbonate). Dans la variante déjà mentionnée où le second polariseur 25 supplémentaire 18' est situé entre le miroir de repliement 4 et la lame partiellement transparente 2, le second polariseur supplémentaire 18' peut alors être situé au niveau de cette paroi translucide 26. Le second polariseur supplémentaire 18' peut par exemple être déposé sur la face interne (face tournée vers le miroir de repliement 4) de la paroi translucide 26 afin de le protéger des 30 agressions extérieures. En variante, le second polariseur supplémentaire 18' pourrait lui-même fermer l'ouverture ménagée dans le support 20 (la paroi translucide pouvant alors être omise). Selon une autre variante encore, le second polariseur supplémentaire 3054328 8 pourrait être déposé (par exemple selon un procédé de laminage, avec interposition éventuelle d'une colle transparente) sur la face de sortie de l'écran 8 (face tournée vers le miroir de repliement 4), précisément sur le polariseur de sortie 14. 5 La figure 4 représente une variante de réalisation envisageable pour les éléments de la figure 2. Les éléments du dispositif de génération d'images non représentés sur la figure 4 sont identiques à ceux représentés en figure 1 et ne seront donc pas décrits à nouveau. 10 Dans la variante de la figure 4, le dispositif de génération d'images comprend ici encore un diffuseur 57 et un écran 58. L'écran 58 comprend, comme dans le cas de la figure 2, un polariseur d'entrée 60, une matrice de cristaux liquides 62 et un polariseur de sortie 64. Comme pour le mode de réalisation de la figure 2, le polariseur d'entrée 15 60 est un polariseur par absorption adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation d'entrée donnée et le polariseur de sortie 64 est un polariseur par absorption adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation de sortie donnée, généralement orthogonale (i.e. perpendiculaire) à la polarisation d'entrée. 20 Le dispositif de génération d'images comprend un premier polariseur supplémentaire 66, porté ici par l'écran 58, précisément par la face d'entrée de l'écran 8 (face située en regard du diffuseur 7). Le premier polariseur supplémentaire 66 est un polariseur par réflexion adapté à réfléchir une composante de la lumière présentant une polarisation 25 orthogonale à la polarisation d'entrée susmentionnée et à transmettre une composante de la lumière présentant cette polarisation d'entrée. Le premier polariseur supplémentaire 66 est par exemple laminé (c'est-à-dire déposé par un procédé de laminage, permettant un dépôt sans création de bulle d'air) sur le polariseur d'entrée 60 de l'écran 58, éventuellement avec 30 interposition d'une colle transparente. Comme déjà implicitement indiqué, le dispositif de génération d'images comprend également ici un second polariseur supplémentaire (non représenté) du même type que le second polariseur supplémentaire 18 décrit ci-dessus en référence aux figures 1 et 2. 3054328 9 Dans les exemples qui précèdent, le premier polariseur supplémentaire 16, 66 est porté soit par le diffuseur 7, soit par l'écran 58. On pourrait prévoir en variante que le premier polariseur supplémentaire 16, 66 soit situé entre le diffuseur et l'écran, à distance du diffuseur et à distance de l'écran. 5 REVENDICATIONS1. Dispositif de génération d'image (3) comprenant un écran à cristaux liquides (8 ; 58) et une source de lumière (5) associée optiquement à l'écran à cristaux liquides (8 ; 58) pour éclairer ledit écran (8 ; 58), l'écran à cristaux liquides (8 ; 58) comprenant une matrice de cristaux liquides (12 ; 62) interposée entre un polariseur d'entrée (10 ; 60) et un polariseur de sortie (14 ; 64), le polariseur d'entrée (10 ; 60) étant un premier polariseur par absorption adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation d'entrée donnée, le polariseur de sortie (14 ; 64) étant un second polariseur par absorption adapté à transmettre sélectivement une composante de la lumière présentant une polarisation de sortie donnée, ledit dispositif de génération d'image (3) étant caractérisé en ce qu'il comporte un premier polariseur supplémentaire (16 ; 66) situé sur le trajet de la lumière, en amont dudit écran à cristaux liquides (8 ; 58) et un second polariseur supplémentaire (18 ; 18') situé sur le trajet de la lumière, en aval dudit écran à cristaux liquides (8 ; 58), en ce que le premier polariseur supplémentaire (16 ; 66) est un premier polariseur par réflexion adapté à réfléchir une composante de la lumière présentant une polarisation orthogonale à ladite polarisation d'entrée et en ce que le second polariseur supplémentaire (18 ; 18') est un second polariseur par réflexion adapté à réfléchir une composante de la lumière présentant une polarisation orthogonale à ladite polarisation de sortie. 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant une pièce optique intermédiaire (7) interposée entre la source de lumière (5) et l'écran à cristaux liquides (8 ; 58). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la pièce optique intermédiaire est un diffuseur (7). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le premier polariseur supplémentaire (16 ; 66) est disposé entre l'écran à cristaux liquides (8 ; 58) et la pièce optique intermédiaire (7 ; 57). 3054328 11 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, comprenant un réflecteur (6) s'étendant entre la source de lumière (5) et la pièce optique intermédiaire (7 ; 57). 5 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel le premier polariseur supplémentaire (16) est disposé sur la pièce optique intermédiaire (7). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le premier 10 polariseur supplémentaire (66) est disposé sur l'écran à cristaux liquides (58). 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le premier polariseur supplémentaire (66) est déposé sur le polariseur d'entrée (60). 15 9. Afficheur tête haute (1) comprenant un dispositif de génération d'image (3) selon l'une des revendications 1 à 8, et un dispositif de projection d'images (4) adapté à transmettre en direction d'une lame partiellement transparente (2) les images générées par le dispositif de génération d'image (3). 20 10. Afficheur tête haute selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de projection comprend un miroir (4) et dans lequel un support (20) porte l'écran à cristaux liquides (5 ; 58) et le miroir (4). 11. Afficheur tête haute selon la revendication 10, dans lequel le second 25 polariseur supplémentaire (18) est monté dans le support (20). 12. Afficheur tête haute selon la revendication 10 ou 11, dans lequel le support (20) présente une ouverture de passage de la lumière réfléchie par le miroir (4) en direction de lame partiellement transparente (2) et dans lequel le 30 second polariseur supplémentaire (18') est situé au niveau de ladite ouverture.