Brevet FR3054330A1 — publié le 20180126

Dispositif de génération d'images et afficheur tête haute associé DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des afficheurs tête haute pour véhicule, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de génération d'images et un afficheur tête haute comprenant un tel dispositif. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Le principe des afficheurs tête haute pour véhicule est de projeter des images, notamment utiles à la conduite, directement dans le champ de vision d'un conducteur. Pour cela, les afficheurs tête haute comprennent en général un dispositif de génération d'images adapté à générer des images et un dispositif de projection des images générées adapté à transmettre ces images vers une lame semi- transparente placée dans le champ de vision du conducteur. La plupart des dispositifs de génération d'images utilisés aujourd'hui comprennent une source de lumière rétroéclairant un écran adapté à générer les images. L'image générée par l'écran doit être suffisamment lumineuse pour être vue par le conducteur, ce qui implique que la source de lumière rétroéclairant cet écran produise elle-même suffisamment de lumière visible, comprise dans l'intervalle du spectre visible s'étendant approximativement entre 400 nanomètres (nm) et 800 nm. OBJET DE L'INVENTION Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif de génération d'images particulier dans lequel une partie au moins de la lumière non-visible de longueur d'onde inférieure à 420 nm, émise par la source de lumière, est convertie en lumière visible (c'est-à-dire de longueur d'onde généralement comprise entre 400 nm et 800 nm), avant de rétroéclairer l'écran. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un dispositif de génération d'images comprenant : - un écran adapté à former au moins une image, - une source de lumière adaptée à émettre au moins un rayon lumineux à destination de l'écran, et 3054330 2 - au moins un élément optique intermédiaire disposé sur un trajet optique dudit rayon lumineux entre ladite source de lumière et ledit écran, ledit au moins un élément optique intermédiaire comportant un matériau luminescent. Ainsi, au contact de l'élément optique intermédiaire comprenant le 5 matériau luminescent une partie au moins des rayons Ultra-Violets (UV), c'est-à- dire dont la longueur d'onde s'étend globalement entre 100 nm et 420 nm, produits par la source de lumière est convertie en rayons visibles, c'est-à-dire dont la longueur d'onde s'étend globalement entre 400 nm et 800 nm. En outre, avantageusement, grâce à l'invention, il n'est pas nécessaire 10 d'introduire d'éléments optiques supplémentaires à ceux déjà compris dans le dispositif de génération d'images usuels. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif de génération d'images conforme à l'invention sont les suivantes : - le matériau luminescent comprend au moins un luminophore adapté à 15 être excité par un rayon lumineux ultra-violet de longueur d'onde globalement comprise entre 100 nanomètres et 420 nanomètres et à réémettre un rayon lumineux visible de longueur d'onde globalement comprise 400 nanomètres et 800 nanomètres - le matériau luminescent comprend au moins un luminophore 20 phosphorescent ; - ladite source de lumière est une diode électroluminescente ; - l'élément optique intermédiaire est une lentille adaptée à recevoir au moins deux rayons lumineux émis par ladite source de lumière et à transmettre ces rayons parallèlement en direction dudit écran ; 25 - la lentille est une lentille convergente disposée entre ladite source de lumière et l'écran de sorte que ladite source de lumière est comprise dans le plan focal objet de ladite lentille convergente ; - l'élément optique est une lentille de Fresnel disposée entre la source de lumière et l'écran de sorte que ladite source de lumière soit dans le plan focal 30 objet de ladite lentille de Fresnel ; - ledit dispositif de génération d'images comprend en outre un diffuseur de lumière, adapté à recevoir ledit au moins un rayon émis par la source de lumière et à diffuser ce rayon lumineux en direction dudit écran ; - le diffuseur comporte un matériau luminescent, tel qu'un matériau 3054330 3 comportant au moins un luminophore phosphorescent ; - l'élément optique intermédiaire est un diffuseur de lumière adapté à recevoir ledit au moins un rayon lumineux émis par la source de lumière et à diffuser ce rayon lumineux en direction dudit écran ; 5 - l'élément optique intermédiaire est recouvert d'une couche dudit matériau luminescent ; - l'élément optique intermédiaire est réalisé dans un matériau au moins en partie luminescent ; - le dispositif comprend un réflecteur fermé d'un côté par ladite source de 10 lumière et, de l'autre côté, par ledit écran, et adapté à réfléchir ledit au moins rayon lumineux émis par la source de lumière en direction de l'écran ; - ledit réflecteur comporte ledit matériau luminescent. L'invention propose également comprenant un dispositif de génération d'images tel que décrit précédemment et un dispositif de projection d'images 15 adapté à transmettre en direction d'une lame semi-transparente au moins une image générée par ledit dispositif de génération d'images. 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 20 comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une représentation schématique d'un afficheur tête haute selon l'invention en position dans le véhicule ; - la figure 2 est une représentation schématique en coupe d'un premier 25 mode de réalisation du dispositif de génération d'images selon l'invention ; - la figure 3 est une représentation schématique en coupe d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de génération d'images selon l'invention ; et, - la figure 4 est une représentation schématique en coupe d'un troisième mode de réalisation du dispositif de génération d'images selon l'invention. 30 Sur la figure 1, on a 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 image virtuelle I et les informations éventuelles qu'elle contient sans avoir à 3054330 4 détourner le regard. A cet effet, l'afficheur 1 comprend une lame semi-transparente 10 placée dans le champ de vision du conducteur (voir figure 1), un dispositif de génération d'images 20 adapté à générer des images et un dispositif de projection 30 5 d'images adapté à transmettre en direction de ladite lame semi-transparente 10 les images générées par l'unité de génération d'images 20. Plus précisément, la lame semi-transparente 10 est ici un combineur 10, c'est-à-dire une lame semi-transparente dédiée à l'afficheur tête haute 1. Un tel combineur 10 est ici placé entre le parebrise 2 du véhicule et les 10 yeux du conducteur. En variante, la lame semi-transparente pourrait être confondue avec le parebrise du véhicule. Autrement dit, dans cette variante, c'est le parebrise du véhicule qui a la fonction de lame-semi transparente pour l'afficheur tête haute. Par ailleurs, ici, le dispositif de projection 30 d'images comprend un 15 miroir de repliement agencé de manière à réfléchir les images générées par le dispositif de génération 20 d'images en direction de la lame semi-transparente 10. Ici, ledit miroir de 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 20 exemple. Sur les figures 2 à 4, on a représenté plus précisément un premier, un deuxième et un troisième mode de réalisation du dispositif de génération 20 d'images selon l'invention, en coupe dans un plan perpendiculaire au plan de la figure 1. 25 Dans ses trois modes de réalisation, les éléments identiques ou similaires seront référencés de façon identique. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, le dispositif de génération 20 d'images comprend un écran 25 adapté à former au moins une image, une source de lumière 21 adaptée à émettre au moins un rayon lumineux à 30 destination de l'écran 25, et au moins un élément optique intermédiaire 22 ; 24 ; 23, 26 disposé sur un trajet optique dudit rayon lumineux émis par la source de lumière 21 à destination de l'écran 25. Plus précisément, dans les trois modes de réalisation proposés, l'écran 25 est un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display'), par 3054330 5 exemple à transistors en couche mince (ou TFT pour "Thin-Film Transistor'). Cet écran 25 est adapté à former une image à destination du dispositif de projection 30. Pour ce faire, quel que soit le mode de réalisation envisagé, l'écran 25 est rétroéclairé par la source de lumière 21, placée à distance de ce 5 dernier. Autrement dit, une face d'entrée 25A dudit écran 25, tournée vers la source de lumière 21, est rétroéclairée par ladite source de lumière 21, et une face de sortie 25B de cet écran 25, tournée vers le miroir de repliement du dispositif de projection 30 d'images, émet l'image en direction dudit dispositif de projection 30 10 d'images en vue de son affichage dans l'afficheur 1 tête haute. Dans les premier et deuxième modes de réalisation du dispositif de génération 20 selon l'invention, ledit dispositif de génération 20 comprend en réalité une pluralité de sources de lumière 21. Dans ces deux modes de réalisation, il comprend quatre sources de lumière 21, disposées sous forme d'une 15 unique rangée. Dans le troisième mode de réalisation, le dispositif de génération 20 d'images comprend une unique source de lumière 21. En variante, on pourrait aussi envisager, quel que soit par ailleurs le mode de réalisation du dispositif de génération d'images, que ledit dispositif de 20 génération d'images comprenne entre deux et dix sources de lumière, par exemple disposées sur une ou deux rangées. Quel que soit le mode de réalisation du dispositif de génération 20 selon l'invention, les sources de lumière 21 sont classiquement montées sur un support (non représenté). 25 En pratique, dans les trois modes de réalisation proposés, chaque source de lumière 21 est une diode électroluminescente (ou LED pour « Light Emitting Diode »), et la LED, ou l'ensemble des LEDs, est montée sur un circuit imprimé jouant le rôle de support. En variante, notamment lorsqu'on utilise une technique de montage 30 direct de la puce (ou « On Chip Board »), on peut utiliser, en tant que support, le dissipateur thermique usuellement associé aux sources de lumière. En pratique, les LEDs émettent une multitude de rayons lumineux en direction de l'écran 25. Plus précisément, chaque LED est adaptée à émettre, suite à une 3054330 6 stimulation électrique, une pluralité de rayons lumineux, appartenant notamment soit au domaine visible, c'est-à-dire au domaine des longueurs d'onde visibles approximativement comprises entre 400 nanomètres et 800 nm environ, soit au domaine Ultra-Violet, c'est-à-dire au domaine des longueurs d'onde comprises 5 approximativement entre 100 nm et 420 nm. (Le chevauchement des plages données ci-dessus correspond à la frontière du visible, variable notamment selon les individus.) Quel que soit le mode de réalisation envisagé, l'élément optique intermédiaire 22 ; 24 ; 23, 26 est disposé entre la (ou les) source(s) de lumière 21 10 et ledit écran 25. Ainsi, l'élément optique intermédiaire est adapté diriger les rayons lumineux qu'il reçoit de chaque source de lumière 21 en direction de l'écran 25. Plus précisément, dans le premier mode de réalisation, l'élément optique intermédiaire 22 est une lentille 22 adaptée à recevoir au moins deux rayons 15 lumineux émis par les sources de lumière 21 et à transmettre ces rayons parallèlement en direction dudit écran 25. En pratique, une telle lentille est ici une lentille 22 convergente présentant une distance focale relativement courte. Cette lentille 22 convergente est disposée entre les sources de lumière 20 21 et l'écran 25 de sorte que lesdites sources de lumière 21 sont comprises dans le plan focal objet de ladite lentille convergente 22. Avantageusement, la lumière émise par les sources de lumière 21 est alors collimatée sur l'écran 25, c'est-à-dire que les rayons lumineux entrant par la face d'entrée 25A de l'écran 25 sont parallèles entre eux et perpendiculaires à 25 cette face d'entrée 25A. Avantageusement, cette configuration répartit la lumière sur toute la face d'entrée 25A de l'écran 25. En variante (non représentée), on pourrait envisager que la lentille soit une lentille de Fresnel. 30 Cette lentille de Fresnel serait alors disposée entre les sources de lumière et l'écran de sorte que lesdites sources de lumière soient comprises dans le plan focal objet de ladite lentille de Fresnel. Avantageusement, selon cette variante, la distance séparant l'écran et les sources de lumière peut être fortement réduite. 3054330 7 Dans le deuxième mode de réalisation du dispositif de génération 20 d'images selon l'invention, l'élément optique intermédiaire est un diffuseur 24 de lumière adapté à recevoir au moins une partie des rayons lumineux émis par les sources de lumière 21 et à diffuser ces rayons lumineux en direction dudit 5 écran 25. En pratique, le plan d'extension du diffuseur 24 est ici parallèle au plan d'extension de l'écran 25. Ici, le diffuseur 24 est accolé à la face d'entrée 25A dudit écran 25, de sorte que le diffuseur 24 et l'écran 25 sont en contact l'un avec l'autre. 10 Avantageusement, grâce au diffuseur 24 l'ensemble de la face d'entrée 25A de l'écran 25 reçoit une lumière homogène. Selon une variante non représentée de ce deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention, ledit dispositif de génération d'images comprend en outre un réflecteur, disposé sur un trajet optique d'au moins un rayon lumineux 15 émis par les sources de lumière. En pratique, le réflecteur est fermé d'un côté par lesdites sources de lumière et, de l'autre côté, par ledit écran. Le dispositif de génération d'images forme ainsi une enceinte close. Avantageusement, les éléments internes du dispositif de génération d'images sont 20 alors protégés des poussières ou autres agressions extérieures. L'enceinte close assure également qu'aucun rayon parasite ne soit émis depuis les sources de lumière directement en direction des autres éléments de l'afficheur tête haute (miroir de repliement et/ou la lame semi-transparente). Le réflecteur est adapté à réfléchir ledit au moins rayon lumineux émis 25 par les sources de lumière en direction de l'écran. Pour ce faire, une face interne de ce réflecteur, c'est-à-dire recevant les rayons lumineux émis par la source, présente un coefficient de réflexion élevé (par exemple réflexion diffuse). A cet effet, la face interne peut par exemple être de couleur blanche. Elle peut en variante être recouverte d'une couche réfléchissante, par exemple de chrome, 30 d'argent ou d'aluminium, afin d'obtenir un coefficient de réflexion élevé (par exemple réflexion spéculaire). Selon le troisième mode de réalisation du dispositif de génération 20 d'images, ledit dispositif de génération 20 d'images comprend deux éléments optiques intermédiaires, à savoir à la fois une lentille 23 telle que celles décrites 3054330 8 dans le premier mode de réalisation de l'invention et un diffuseur 26 tel que celui décrit dans le deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention. En pratique, le diffuseur est disposé entre la lentille 23 et l'écran 25. Dans ce troisième mode de réalisation, le diffuseur 26 est accolé à la 5 face d'entrée de l'écran 25, de sorte que ledit écran 25 et ledit diffuseur 26 sont au contact l'un de l'autre avec leur plan d'extension respectif parallèle entre eux. Il est également possible de prévoir un réflecteur dans ce troisième mode de réalisation, similaire à celui décrit dans le deuxième mode de réalisation. Il est enfin possible de prévoir un mode de réalisation supplémentaire de 10 l'invention, dans lequel l'élément optique intermédiaire est un réflecteur tel que celui décrit ci-dessus dans les variantes des deuxième et troisième modes de réalisation. Dans ce mode de réalisation supplémentaire, le dispositif de génération pourrait alors ne comprendre ni lentille ni diffuseur. De manière remarquable, quel que soit le mode de réalisation du 15 dispositif selon l'invention, au moins un desdits éléments optiques intermédiaires 22 ; 24 ; 23, 26 compris dans ledit dispositif de génération 20 d'images comporte un matériau luminescent. Avantageusement, le dispositif de génération d'images selon l'invention ne comporte pas d'éléments optiques additionnels par rapport aux dispositifs de 20 génération déjà connus. Dans le troisième mode de réalisation comprenant deux éléments optiques intermédiaires 23, 26, soit la lentille 23 seulement comporte le matériau luminescent, soit le diffuseur 26 seulement comporte le matériau luminescent, soit à la fois la lentille 23 et le diffuseur 26 comporte le matériau luminescent. 25 Dans les premier et deuxième modes de réalisation de l'invention, la lentille 22, respectivement le diffuseur 24, comporte chacun ledit matériau luminescent. Le matériau luminescent est adapté à être stimulé par un rayon lumineux de longueur d'onde donnée, et à réémettre un autre rayon lumineux, présentant 30 une autre longueur d'onde. Ici, le matériau luminescent utilisé est adapté à être stimulé par un rayon lumineux ultra-violet de longueur d'onde globalement comprise entre 100 nanomètres et 420 nanomètres et à réémettre un rayon lumineux visible de longueur d'onde globalement comprise entre 400 nanomètres et 800 nanomètres. 3054330 9 Ainsi, le matériau luminescent est transparent (ou inactif) pour les rayons lumineux appartenant au domaine visible, dans la mesure où il laisse passer ces rayons. En revanche, le matériau luminescent est actif pour les rayons lumineux du domaine Ultra-Violet dans la mesure où il transforme, en quelque sorte, ces 5 rayons en rayons lumineux appartenant au domaine visible. Avantageusement, grâce à l'élément optique intermédiaire comportant le matériau luminescent, l'écran 25 reçoit plus de rayons lumineux appartenant au domaine visible. En d'autres termes, le rétroéclairage de l'écran 25 est de meilleure 10 qualité dans la mesure où il plus de rayons lumineux appartenant au domaine visible atteignent la face d'entrée 25A dudit écran 25. Par suite, l'image en sortie de l'écran 25 est plus lumineuse. En pratique, le matériau luminescent comprend ici au moins un composé luminophore phosphorescent (classiquement appelé « phosphor » en anglais). 15 Ce composé luminophore phosphorescent est susceptible d'émettre un rayon lumineux visible, par désexcitation suite à une excitation par un rayon lumineux ultra-violet. Le phénomène de désexcitation donnant lieu à l'émission d'un rayon lumineux visible peut perdurer après l'instant de l'excitation, c'est pourquoi on parle plutôt de phosphorescence (par opposition à fluorescence). 20 Le composé luminophore utilisé est par exemple choisi parmi la liste de composés suivants : ZnS:Ag+(Zn,Cd)S:Ag, ZnS:Ag+ZnS:Cu+Y202S:Eu, ZnS:Ag+(Zn,Cd)S:Cu, Y202S:Tb, (Zn,Cd)S:Cu,C1+(Zn,Cd)S:Ag,CI, InB03:Tb+InB03:Eu+ZnS:Ag, Ca5(F,C1)(PO4)3:Sb,Mn ou un de leur mélange. En pratique, quel que soit le mode de réalisation du dispositif de 25 génération d'images selon l'invention, au moins un des éléments optiques intermédiaires 22 ; 24 ; 23, 26 est recouvert d'une couche dudit matériau luminescent (ou d'une lame formée dudit matériau luminescent et adjointe à l'élément optique intermédiaire concerné). En variante, il est possible que l'un des éléments optiques intermédiaires 30 22 ; 24 ; 23, 26 soit réalisé dans un matériau au moins en partie luminescent. Par exemple, dans les cas où l'élément optique intermédiaire est la lentille 22 ou le diffuseur 24, il est possible d'introduire des luminophores tels que ceux décrits précédemment dans la composition destinée à être moulée pour former la lentille 22 ou le diffuseur 24. 3054330 10 Par ailleurs, dans les variantes évoquées ci-dessus où ledit dispositif de génération d'images comprend le réflecteur, il est envisageable que ce réflecteur comporte le matériau luminescent. En pratique, la face interne du réflecteur, à savoir celle présentant un 5 coefficient de réflexion élevé, est alors elle-même recouverte d'une couche de matériau transparent comprenant des luminophores tels que ceux présentés précédemment. REVENDICATIONS1. Dispositif de génération (20) d'images comprenant : - un écran (25) adapté à former au moins une image, - une source de lumière (21) adaptée à émettre au moins un rayon lumineux à destination de l'écran (25), et - au moins un élément optique intermédiaire (22 ; 24 ; 23, 26) disposé sur un trajet optique dudit rayon lumineux entre ladite source de lumière (21) et ledit écran (25), caractérisé en ce que ledit au moins un élément optique intermédiaire (22 ; 24 ; 23, 26) comporte un matériau luminescent. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le matériau luminescent comprend au moins un luminophore adapté à être excité par un rayon lumineux ultra-violet de longueur d'onde globalement comprise entre 100 nanomètres et 420 nanomètres et à réémettre un rayon lumineux visible de longueur d'onde globalement comprise 400 nanomètres et 800 nanomètres. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le matériau luminescent comprend au moins un luminophore phosphorescent. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite source de lumière (21) est une diode électroluminescente. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'élément optique intermédiaire est une lentille (22 ; 23) adaptée à recevoir au moins deux rayons lumineux émis par ladite source de lumière (21) et à transmettre ces rayons parallèlement en direction dudit écran (25). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément optique intermédiaire est une lentille de Fresnel disposée entre la source de lumière (21) et l'écran (25) de sorte que ladite source de lumière (21) soit dans le plan focal objet de ladite lentille de Fresnel. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant en outre un diffuseur (26) de lumière, adapté à recevoir ledit au moins un rayon émis par la source de lumière (21) et à diffuser ce rayon lumineux en direction dudit écran (25). 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le diffuseur (24) comporte un matériau luminescent, tel qu'un matériau comportant au moins un 3054330 12 luminophore phosphorescent. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'élément optique intermédiaire est un diffuseur (24) de lumière adapté à recevoir ledit au moins un rayon lumineux émis par la source de lumière (21) et à diffuser ce rayon 5 lumineux en direction dudit écran. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'élément optique intermédiaire (22 ; 24 ; 23, 26) est recouvert d'une couche dudit matériau luminescent. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'élément 10 optique intermédiaire (22 ; 24 ; 23, 26) est réalisé dans un matériau au moins en partie luminescent. 12. Afficheur tête haute (1) comprenant un dispositif de génération (20) d'images selon l'une des revendications 1 à 11 et un dispositif de projection (30) d'images adapté à transmettre en direction d'une lame semi-transparente (10) au 15 moins une image générée par ledit dispositif de génération (20) d'images.