Brevet FR3067821A1 — publié le 20181221

DISPOSITIF D'AFFICHAGE TETE-HAUTE POUR VEHICULE [0001] La présente invention concerne de manière générale un dispositif d'affichage tête-haute pour véhicule. [0002] Il est connu dans l'art antérieur des dispositifs d'affichage tête-haute pour véhicule, permettant d'afficher une image contenant par exemple des informations de sécurité, de navigation ou de circulation dans le champ de vision du conducteur. Ainsi, il est courant de former une image virtuelle à environ 1 ou 2 m de distance du parebrise, au-dessus du capot avant du véhicule. [0003] Les dispositifs d'affichage tête-haute dits à « réalité augmentée » permettent de lier les images affichées à la scène routière perçue par le conducteur, par exemple pour mettre en évidence des obstacles ou des dangers ou pour superposer des informations de navigation sur les voies de circulation perçues par le conducteur. Il est ainsi connu que la distance entre l'image virtuelle et le parebrise doit être supérieure à environ 4 m afin que le cerveau du conducteur associe l'image affichée à l'image de la scène routière perçue. [0004] Le parebrise du véhicule est donc intégré au système optique du dispositif d'affichage tête-haute et, en plus de son rôle de protection et de confort, sert de surface optique pour réfléchir l'image réelle issue du générateur d'image du dispositif d'affichage tête-haute. L'image réelle réfléchie sur le parebrise est perçue par le conducteur sous la forme d'une image virtuelle à distance du parebrise, à l'avant du véhicule et intégrée à la scène routière. [0005] Pour des raisons de sécurité, les parebrises de véhicule sont désormais constitués de verre feuilleté et comprennent couramment deux parois de verre à faces parallèles séparées par un film intermédiaire thermoplastique typiquement constitué de poly(butyral de vinyle) ou PVB. 2 Cependant, ce type de parebrise à faces parallèles lorsqu'il est associé à un dispositif d'affichage tête-haute, présente l'inconvénient de former une image fantôme, comme illustré par la figure 1. Ainsi le rayon lumineux incident (RI), venant du générateur d'image et/ou des miroirs du dispositif d'affichage tête- 5 haute, est réfléchi par la paroi de verre interne la du parebrise 1 pour former une première image virtuelle ou image virtuelle principale IF, mais est aussi transmis au travers du film intermédiaire thermoplastique lb à la paroi externe du parebrise lc, où il est à nouveau réfléchi pour former une deuxième image virtuelle, dite image virtuelle fantôme IF, décalée en hauteur par rapport à 10 l'image virtuelle principale IF. Il en résulte la formation de deux images virtuelles IF et IF vues comme proches par le conducteur sans être néanmoins superposées, ce qui nuit à la lisibilité des informations affichées et à l'expérience utilisateur. [0006] Une solution à ce problème a été proposée sous la forme 15 d'un parebrise à faces non parallèles 2, avec par exemple un film intermédiaire thermoplastique 2b de forme prismatique, comme présenté par le document W02016198678 et illustré à la figure 2. L'angle des parois du parebrise 2 imposé par le film intermédiaire thermoplastique 2b permet de superposer l'image virtuelle principale IF avec l'image virtuelle fantôme IF, ce 20 qui permet d'améliorer la lisibilité des informations ainsi que l'expérience utilisateur. [0007] En contrepartie, ce type de parebrise à faces non parallèles ou parebrise prismatique présente l'inconvénient d'un surcoût important, limitant ainsi la diffusion des dispositifs d'affichages tête-haute au 25 sein des véhicules d'entrée de gamme. [0008] Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients des documents de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un dispositif d'affichage tête-haute pour un véhicule présentant une lisibilité des informations et une expérience 30 utilisateur optimale sans présenter de surcoût important. 3 [0009] Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un dispositif d'affichage tête-haute pour véhicule comprenant : un générateur d'image pour générer une image réelle, un parebrise feuilleté à faces parallèles et agencé pour réfléchir 5 ladite image réelle, au moins un miroir agencé pour former un chemin optique entre le générateur d'image et le parebrise de telle sorte à former une image virtuelle principale et une image virtuelle fantôme à distance du parebrise, issues de la réflexion de l'image réelle sur 10 le parebrise feuilleté, caractérisé en ce que le générateur d'image, l'au moins un miroir et le parebrise sont agencés de telle sorte à former une image virtuelle principale et une image virtuelle fantôme à une distance d'affichage de 13 à 20 m par rapport au parebrise de façon à ce qu'elles soient confondues. 15 [0010] Du fait de la coopération entre la distance d'affichage et le parebrise à faces parallèles, c'est-à-dire non prismatique, le dispositif d'affichage tête-haute permet de superposer, c'est-à-dire de confondre l'image virtuelle principale et l'image virtuelle fantôme, ce qui résulte en une lisibilité optimale de l'image virtuelle et donc en une expérience utilisateur optimale 20 sans surcoût lié par exemple à un parebrise prismatique. [0011] En outre, une distance d'affichage entre 13 et 20 m permet de maintenir l'encombrement du dispositif d'affichage tête-haute dans des dimensions acceptables, une distance d'affichage supérieure résultant en un encombrement important et donc limitant les possibilités d'intégration du 25 dispositif d'affichage tête-haute dans un véhicule. Ainsi, le dispositif d'affichage tête-haute selon la présente invention présente le meilleur compromis entre la qualité d'affichage, le coût de revient et l'encombrement, ce qui permet sa généralisation à un grand nombre de véhicules de taille et de gamme variées. 4 [0012] Avantageusement, la distance d'affichage est supérieure à 14 m, ce qui permet d'optimiser encore la qualité et la lisibilité de l'image virtuelle affichée. [0013] Avantageusement, la distance d'affichage est inférieure à 5 20 m, par exemple 19 m au plus, de sorte à limiter l'encombrement du dispositif d'affichage tête-haute et donc à faciliter son intégration dans tout type de véhicule. [0014] De manière spécialement avantageuse, le dispositif d'affichage tête-haute comprend au moins un deuxième miroir, de sorte à 10 faciliter la conception du dispositif et à réduire son encombrement. [0015] Par exemple, le générateur d'image, l'au moins un miroir et le parebrise sont agencés de telle sorte qu'une longueur du chemin optique entre le générateur d'image et le parebrise est de 660 à 690 mm. [0016] En outre, le générateur d'image, l'au moins un miroir et le 15 parebrise peuvent être configurés pour un grossissement total de x60 à x65 entre la taille de l'image virtuelle perçue par le conducteur et la taille de l'image réelle issue du générateur d'image. [0017] Par exemple, l'inclinaison du parebrise par rapport à l'horizontale est de 20 à 30 ° . 20 [0018] Un second aspect de l'invention est un véhicule comportant au moins un dispositif d'affichage tête-haute selon le premier aspect de l'invention. [0019] Avantageusement, le véhicule comprend une planche de bord intégrant ledit dispositif d'affichage tête-haute, c'est-à-dire que ledit 25 dispositif d'affichage tête-haute est intégré entre le combiné d'instrumentation et le parebrise du véhicule. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée 5 qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente un dispositif d'affichage tête-haute selon l'art antérieur avec un parebrise 1 à faces parallèles ; 5 - la figure 2 représente un dispositif d'affichage tête-haute selon l'art antérieur avec un parebrise 2 à faces non parallèles ; - la figure 3 représente un dispositif d'affichage tête-haute selon la présente invention. [0021] De façon générale, la présente invention concerne un 10 dispositif d'affichage tête-haute pour tout type de véhicule comme des véhicules particuliers, utilitaires, poids lourds ou encore de transport en commun. [0022] La figure 3 représente un dispositif d'affichage tête- haute 10 selon la présente invention. Ce dispositif d'affichage tête-haute 10 15 est typiquement intégré au sein d'une planche de bord de véhicule, par exemple entre un combiné d'instrumentation (non représenté) et un parebrise 14. Il comprend un générateur d'image 11 capable d'afficher une image sur la base d'un signal fourni par un système informatique embarqué (non représenté), un premier miroir 12, un deuxième miroir 13 ainsi que le 20 parebrise 14 à faces parallèles. [0023] Le générateur d'image comprend tout type de générateur d'image connu de l'homme du métier et adapté à un usage automobile, notamment un écran à cristaux liquides LCD ou à diodes organiques OLED, un projecteur de type à matrice de micromiroirs DLPTM ou bien encore un 25 Laserscan. [0024] En outre, le parebrise 14 est un parebrise feuilleté selon l'état de la technique, c'est-à-dire que la face extérieure est parallèle à la face intérieure et qu'il comprend un film intermédiaire thermoplastique de forme non prismatique. Par exemple, les parois de verre interne et externe ainsi que le 6 film intermédiaire thermoplastique du parebrise sont parallèles et ont une épaisseur constante. [0025] Le générateur d'image 11, le premier miroir 12, le deuxième miroir 13 et le parebrise 14 sont agencés et configurés pour la 5 réflexion de l'image réelle issue du générateur d'image 11 sur une portion 14a de la face interne du parebrise 14, visible par le conducteur C. En outre, ils sont aussi agencés et configurés pour afficher une image virtuelle, c'est-à-dire une image telle que perçue par le conducteur C a une distance d'affichage d de 13 à 20 m du parebrise14, au-devant du véhicule. C'est-à-dire que le 10 grossissement du premier miroir 12 et du deuxième miroir 13 ainsi que la longueur du chemin optique entre le générateur d'image 11 et le parebrise 14 sont calculés, comme connu de l'homme du métier, de façon à obtenir une telle distance d'affichage d de l'image virtuelle. [0026] Ainsi, le conducteur C perçoit une image virtuelle comme 15 intégrée à la scène routière. De plus, du fait du parebrise à faces parallèles, c'est-à-dire non prismatique, cette image virtuelle est composée de deux images, comme expliqué en référence à la figure 1 : l'image virtuelle principale IF, issue de la réflexion du rayon lumineux issu du générateur d'image 11 sur la face interne du parebrise 14 ainsi qu'une image virtuelle fantôme IF issue 20 de la réflexion du rayon lumineux issu du générateur d'image 11 avec la face externe du parebrise 14. [0027] Cependant, ces deux images sont considérées comme superposées, c'est-à-dire présentent un décalage vertical suffisamment faible pour ne pas être perçu par l'oeil du conducteur. En d'autres termes, l'image 25 virtuelle fantôme IF est confondue avec l'image virtuelle principale IF et donc non visible pour le conducteur. En effet, la résolution maximale de l'oeil humain est de 0,017 °, c'est-à-dire que l'oeil humain ne perçoit pas de différence entre deux points séparés d'une valeur angulaire inférieure à 0,017 °, ce qui correspond à un décalage spatial de 5,90 mm à 20 m de distance de l'observateur (ici le conducteur). 7 [0028] Dans la présente invention, le décalage vertical entre l'image virtuelle principale et l'image virtuelle fantôme est de 3,32 mm à une distance d'affichage d de 19m du parebrise, c'est-à-dire environ 20m du conducteur C. Ce décalage est ainsi non perceptible par le conducteur. 5 [0029] En conséquence, le présent dispositif d'affichage tête- haute 10 permet d'obtenir une lisibilité des informations et une expérience utilisateur optimale sans nécessiter l'utilisation d'un couteux parebrise à faces non parallèles, mais en utilisant un parebrise feuilleté classique à faces parallèles. Un surcoût important est ainsi évité pour le dispositif d'affichage 10 tête-haute. [0030] En outre, l'encombrement du dispositif d'affichage tête- haute reste raisonnable, puisque la distance d'affichage d reste limitée à 20 m. Ainsi, un dispositif d'affichage tête-haute selon la présente invention est facilement intégrable dans une planche de bord d'un véhicule. Le dispositif 15 d'affichage tête-haute 10 selon la présente invention présente donc un compromis optimal entre coût, qualité de l'image perçue (en particulier sa lisibilité) et encombrement du dispositif. [0031] Par exemple, pour un véhicule particulier, la longueur du chemin optique, c'est-à-dire la longueur du trajet lumineux au sein du dispositif 20 d'affichage tête-haute entre le générateur d'image 11 et le parebrise 14 est de 660 à 690 mm, par exemple 675 mm. De plus, le grossissement maximum offert par la surface non plane de chacun du premier miroir 12 et du deuxième miroir 13 est compris entre x10 et x12 et l'inclinaison du parebrise 14 par rapport à l'horizontale est de 20 à 30 °, par exemple 27 0. Ainsi, le 25 grossissement total offert par le dispositif d'affichage tête-haute est de x60 à x65, c'est-à-dire le rapport entre la taille de l'image virtuelle perçue par le conducteur C et la taille de l'image réelle formée par le générateur d'image 11. [0032] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux 30 différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente 8 description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, il est fait référence au nombre de miroirs utilisés par le dispositif d'affichage tête-haute qui n'est pas limité à deux, mais comprend au moins un miroir jusqu'à un nombre plus élevé comme trois, quatre ou plus, 5 comme nécessité par la conception spécifique de chaque dispositif d'affichage REVENDICATIONS1. Dispositif d'affichage tête-haute (10) pour véhicule comprenant : un générateur d'image (11) pour générer une image réelle, un parebrise (14) feuilleté à faces parallèles et agencé pour réfléchir ladite image réelle, au moins un miroir (12) agencé pour former un chemin optique entre le générateur d'image (11) et le parebrise (14) de telle sorte à former une image virtuelle principale et une image virtuelle fantôme à distance du parebrise, issues de la réflexion de l'image réelle sur le parebrise feuilleté, caractérisé en ce que le générateur d'image (11), l'au moins un miroir (12) et le parebrise (14) sont agencés de telle sorte à former une image virtuelle principale et une image virtuelle fantôme à une distance d'affichage (d) de 13 à 20 m par rapport au parebrise (14) de façon à ce qu'elles soient confondues. 2. Dispositif d'affichage tête-haute (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la distance d'affichage (d) est supérieure à 14m. 3. Dispositif d'affichage tête-haute (10) selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance d'affichage (d) est inférieure à 20 m. 4. Dispositif d'affichage tête-haute (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un deuxième miroir (13). 25 5. Dispositif d'affichage tête-haute (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur d'image (11), l'au moins un miroir (12) et le parebrise (14) sont agencés de telle sorte qu'une - 1 0 - longueur du chemin optique entre le générateur d'image (11) et le parebrise (14) est de 660 à 690 mm. 6. Dispositif d'affichage tête-haute (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur d'image (11), 5 l'au moins un miroir (12) et le parebrise (14) sont en outre configurés pour un grossissement total de x60 à x65 entre la taille de l'image virtuelle perçue par le conducteur et la taille de l'image réelle issue du générateur d'image. 7. Véhicule comportant au moins un dispositif d'affichage tête-haute (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10 8. Véhicule selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une planche de bord intégrant ledit dispositif d'affichage tête-haute (10).