Brevet FR3082631A1 — publié le 20191220

Plaque translucide, procédé de fabrication d'une telle plaque, appareil de projection et système d'affichage tête haute associés DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des afficheurs tête-haute. Elle concerne plus particulièrement une plaque translucide, un procédé de fabrication d'une telle plaque, ainsi qu'un appareil de projection et un système d'affichage tête haute associés. 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 système d'affichage tête haute, encore dit de vision haute, permettant un affichage tête-haute, adapté à projeter des informations (vitesse du véhicule, direction à suivre, ...) à la hauteur du regard du conducteur afin de l'aider dans sa conduite. A cette fin, un appareil de projection de ces informations est mis en oeuvre au sein du système d'affichage tête haute. Cet appareil de projection comporte principalement un dispositif de génération d'un faisceau lumineux et un écran imageur. En général, un miroir de repliement est utilisé pour renvoyer les images produites par l'appareil de projection vers une lame partiellement réfléchissante disposée à la hauteur du regard du conducteur en situation de conduite. Le miroir de repliement peut être intégré à l'appareil de projection. On utilise notamment dans ce type de système d'affichage une plaque translucide formant diffuseur, placée par exemple entre le dispositif de génération du faisceau lumineux et l'écran imageur. OBJET DE L'INVENTION Dans ce contexte, la présente invention propose une plaque translucide comprenant une face d'entrée et une face de sortie, la plaque translucide étant conçue pour diffuser par la face de sortie la lumière incidente sur la face d'entrée conformément à une indicatrice optique de diffusion, caractérisée en ce que l'indicatrice optique de diffusion présente un maximum pour une direction inclinée par rapport à une direction normale à la plaque translucide. 2 Une telle plaque translucide peut être utilisée avec plus de souplesse qu'un diffuseur classique, en étant par exemple disposée de sorte que le maximum de l'indicatrice optique de diffusion correspond à une direction principale d'un faisceau lumineux (en particulier dans les cas où ce faisceau lumineux n'est 5 pas perpendiculaire à la plaque translucide). D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de la plaque translucide conforme à l'invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : une desdites faces comporte des éléments optiques diffractifs 10 (configurés et dimensionnés de sorte à diffuser la lumière conformément à ladite indicatrice optique de diffusion) ; - les éléments optiques diffractifs comprennent un réseau de micro-lentilles ; - les élément optiques diffractifs comprennent un réseau de prismes ; 15 - la plaque translucide comprenant un diffuseur holographique. L'invention propose également un appareil de projection comportant au moins : - un dispositif de génération d'un faisceau lumineux d'éclairage de direction principale déterminée, 20 - un moyen de diffusion de la lumière du faisceau lumineux d'éclairage généré par le dispositif de génération en un faisceau lumineux diffusé, et - un écran imageur plan comportant deux faces opposées, une face d'entrée recevant le faisceau lumineux diffusé et une face de sortie opposée produisant un faisceau lumineux d'affichage de direction principale déterminée, 25 dans lequel le moyen de diffusion de la lumière comprend un diffuseur formé par une plaque translucide telle qu'exposée ci-dessus et disposé entre la sortie du dispositif de génération et l'écran imageur. Un tel appareil de projection peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 30 - le diffuseur est parallèle à l'écran imageur ; - le diffuseur et l'écran imageur sont inclinés par rapport à la direction principale du faisceau lumineux d'éclairage généré par le dispositif de génération, et dans lequel le diffuseur a une indicatrice optique de diffusion présentant un maximum pour une direction alignée avec la direction principale du faisceau 3 lumineux d'éclairage généré par le dispositif de génération ; - le diffuseur est appliqué contre la face d'entrée l'écran imageur. L'invention propose en outre un système d'affichage tête haute comprenant un appareil de projection tel que présenté ci-dessus, une lame 5 partiellement réfléchissante et un système optique conçu pour transmettre le faisceau lumineux d'affichage en direction de la lame partiellement réfléchissante. Enfin, on propose un procédé de fabrication par moulage par compression d'une plaque translucide telle que définie ci-dessus. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION 10 La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique d'un appareil de projection 15 selon l'invention et destiné à un système d'affichage tête haute pour conducteur de véhicule, et - la figure 2 représente une vue schématique d'un système d'affichage tête haute comportant un appareil de projection selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un appareil de projection 1 permettant de 20 projeter un faisceau lumineux représentant une image et qui comporte le long d'un chemin lumineux, d'amont vers l'aval : un dispositif de génération 2 d'un faisceau lumineux d'éclairage ayant une direction principale 15, un diffuseur 3 produisant un faisceau lumineux diffusé et un écran imageur 4 produisant un faisceau lumineux d'affichage ayant une direction principale 16. Le diffuseur 3 et l'écran 25 imageur 4 sont des éléments plans parallèles entre eux et de préférence accolés entre eux. On peut cependant prévoir que le diffuseur 3 et l'écran imageur 4 soient séparés par un espace rempli de matière transparente, notamment par bloc d'épaisseur uniforme/constante fait d'une de matière homogène ou non et par exemple d'une matière plastique transparente homogène ou comportant un 30 réseau de fibres optiques parallèles entre elles et perpendiculaires aux deux faces parallèles du bloc afin de former un guide optique collimateur. Le bloc est alors pris en sandwich entre le diffuseur et l'écran imageur qui sont toujours parallèles entre eux. L'écran imageur 4 permet la formation des images qui sont destinées à 4 être projetées. L'écran imageur 4 ne dévie pas le faisceau lumineux qui le traverse : la direction principale du faisceau lumineux traversant l'écran imageur incliné reste pratiquement inchangée et à tout le moins parallèle entre l'entrée et la sortie de l'écran imageur. En effet, l'écran imageur a des faces d'entrée/amont et de 5 sortie/aval planes et parallèle et si on considère pour simplifier que c'est un milieu homogène (ou une succession de tels milieux) alors, du fait de l'inclinaison de l'écran imageur et donc de ses interfaces optiques par paire produisant des réfractions se compensant, un léger décalage/translation des rayons lumineux non perpendiculaires aux interfaces se produit. L'écran imageur 4 comporte donc deux 10 faces opposées, une face d'entrée recevant le faisceau lumineux diffusé et une face de sortie opposée produisant le faisceau lumineux d'affichage. L'écran imageur 4 est de tout type transmissif et par exemple à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display"), passif ou actif, et de préférence de type à transistors en couche mince (ou TFT pour "Thin-Film Transistor"). 15 Le dispositif de génération 2 d'un faisceau lumineux d'éclairage comporte au moins une diode électroluminescente 5 d'éclairage installée sur un circuit imprimé 6 et un réflecteur 7. Plus généralement, la source lumineuse peut être formée par une pluralité de diodes électroluminescentes portées par le circuit imprimé 6 ou par une seule diode électroluminescente de puissance adaptée. Le 20 réflecteur 7 forme un guide lumineux intérieurement réfléchissant destiné à produire, par réflexion d'une partie au moins des rayons lumineux produits par la source lumineuse 5, un faisceau lumineux d'éclairage de direction principale 15 déterminée et sensiblement collimaté à divergence relativement réduite. Dans une variante, le guide lumineux est intérieurement non réfléchissant. Le dispositif de 25 génération 2 permet donc de générer un faisceau lumineux d'éclairage dont la direction principale 15 est déterminée et est sensiblement perpendiculaire au circuit imprimé 6 sur la figure 1, l'axe principal du cône d'émission de la/des diodes électroluminescentes 5 d'éclairage étant perpendiculaire au circuit imprimé 6. L'axe principal 15 du faisceau lumineux d'éclairage est donc vertical sur le 30 schéma de la figure 1. Le diffuseur 3 et l'écran imageur 4 sont inclinés par rapport à la direction principale 15 du faisceau lumineux d'éclairage (par exemple d'un angle compris entre 5° et 30°, ici 12, 5°), c'est-à-dire que la direction principale 15 du faisceau lumineux d'éclairage ne vient pas frapper perpendiculairement la face d'entrée du 5 diffuseur : il existe un angle d'incidence non nul (par rapport à la normale au plan du diffuseur). En fait l'inclinaison peut dépendre de la façon dont la lame partiellement réfléchissante 13 est réalisée : dans le cas où c'est le parebrise, on choisit un angle d'environ 10° et dans le cas où c'est un combineur dédié, on 5 choisit un angle d'environ 20°. On rappelle que cet angle est l'angle que font le diffuseur 3 et l'écran imageur 4 par rapport à une normale à la direction principale 15 du faisceau lumineux d'éclairage. De préférence, le diffuseur 3 est positionné contre l'extrémité aval du réflecteur 7 et cette extrémité aval présente donc une ouverture inclinée, ledit 10 réflecteur 7 ayant une forme générale en tronc de cône à sommet étroit amont, côté circuit imprimé 6 et base large aval inclinée (non perpendiculaire) par rapport à l'axe principal dudit réflecteur. Cette base large aval du réflecteur 7, qui est ouverte, s'applique sur toute sa périphérie contre le diffuseur 3. Du fait que le diffuseur 3 est ainsi positionné contre l'extrémité aval du réflecteur 7, la zone 15 interne du réflecteur 7 qui se situe entre, en amont, le circuit imprimé 6 et la/les diodes électroluminescentes 5 et, en aval, le diffuseur 3, est sensiblement isolée de l'environnement, ce qui évite que des poussières ou autres salissures puissent s'y introduire. Dans des variantes, la forme du réflecteur 7 est adaptée pour uniformiser 20 la répartition de la lumière sur la face d'entrée, amont, du diffuseur 3. Le réflecteur 7 peut former un radiateur thermique destiné à rayonner/éliminer la chaleur produite par la/les diodes électroluminescentes 5 du dispositif de génération 2 d'un faisceau lumineux d'éclairage. Le diffuseur 3 est un moyen de diffusion de la lumière du faisceau 25 lumineux d'éclairage généré par le dispositif de génération 2. Le diffuseur est une plaque translucide comprenant une face d'entrée et une face de sortie, et étant conçue pour diffuser par la face de sortie la lumière incidente sur la face d'entrée conformément à l'indicatrice optique de diffusion déjà mentionnée. La face d'entrée du diffuseur 3 (ou plaque translucide) est tournée vers la source 30 lumineuse 5 ; la face de sortie du diffuseur 3 (ou plaque translucide) est tournée vers la face d'entrée de l'écran imageur 4 (et ici plaquée au contact de la face d'entrée de l'écran imageur 4). Le diffuseur 2 produit en sortie un faisceau lumineux diffusé de direction principale déterminée fonction notamment de l'indicatrice optique de diffusion 8 du 6 diffuseur. Cette indicatrice optique de diffusion 8 définit l'intensité lumineuse en fonction de l'angle d'observation en sortie du diffuseur 3. L'indicatrice de diffusion présente donc un maximum pour une direction qui correspond à la direction principale 16 du faisceau diffusé. Dans le cadre de l'invention, l'indicatrice optique 5 de diffusion 8 est définie de sorte que la direction principale du faisceau lumineux diffusé (sortant du diffuseur) est inclinée par rapport à la normale au plan du diffuseur 3 (ou plaque translucide). Afin d'obtenir une indicatrice de diffusion présentant un maximum pour une direction inclinée par rapport à la direction normale au plan du diffuseur 3, une 10 face du diffuseur 3 est pourvue d'éléments optiques diffractifs (ou DOE pour "Diffractive Optical Elements"). De tels éléments optiques diffractifs comprennent par exemple un réseau de micro-lentilles et/ou un réseau de prismes. Les caractéristiques structurelles de ces éléments optiques diffractifs 15 (par exemple la forme et la diamètre des micro-lentilles et/ou l'angle au sommet et la longueur du motif de base pour les prismes) sont déterminées de manière à obtenir l'indicatrice optique souhaitée, laquelle présente un maximum pour une direction inclinée par rapport à la direction normale au plan du diffuseur 3 comme déjà indiqué. 20 Le diffuseur 3 pourvu des éléments optiques diffractifs peut être réalisé en matière plastique (par exemple en polycarbonate ou en polyméthcrylate de méthyle), par exemple par moulage par compression. Pour ce faire, on utilise un moule aux dimensions souhaitées du diffuseur et présentant sur une face des motifs correspondant aux éléments optiques 25 diffractifs susmentionnés. La matière plastique est injectée dans le moule et une pression est appliquée afin d'imprimer les motifs du moule dans la matière plastique, ce qui permet d'obtenir les éléments optiques diffractifs. En variante, on pourrait utiliser un diffuseur holographique permettant d'obtenir une diffusion conforme à l'indicatrice optique de diffusion susmentionnée. 30 Comme visible sur la figure 1, l'indicatrice optique de diffusion du diffuseur 3 présente ainsi un maximum pour une direction alignée avec la direction principale 15 du faisceau lumineux d'éclairage et est donc telle que la direction principale 16 du faisceau diffusé est parallèle à la direction principale 15 du faisceau lumineux d'éclairage. 7 Le type de diffusion de la lumière réalisé par le diffuseur peut être choisi parmi les diffusions : linéaire, circulaire, circulaire gaussienne, elliptique ou autre. Le diffuseur peut être en matière plastique, par exemple moulée notamment par injection. 5 On peut définir une indicatrice optique globale 10 de l'appareil de projection 1 dans la globalité des éléments le composant (dispositif de génération 2, diffuseur 3 et écran imageur 4) et cette indicatrice optique a un maximum pour une direction principale déterminée par rapport, par exemple, au plan du circuit imprimé 6. Sur la figure 1, l'indicatrice optique globale 10 a un maximum pour une 10 direction perpendiculaire au plan du circuit imprimé 6. On peut également définir une indicatrice optique cible 9 que l'on souhaite obtenir et qui correspond à une valeur adaptée au système d'afficheur tête haute dans lequel l'appareil de projection doit être installé. On choisira donc une indicatrice optique de diffusion 8 donnant dans l'appareil de projection 1 une 15 indicatrice optique globale 10 correspondant à l'indicatrice optique cible 9 souhaitée. Sur la figure 2, on a représenté un système 11 d'affichage tête haute destiné à équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile de type voiture. 20 Ce système d'affichage tête haute comprend l'appareil de projection 1 d'images piloté par un calculateur (non représenté) et un système optique de projection essentiellement constitué d'un miroir de repliement de sortie 12 et d'une lame partiellement réfléchissante 13 destinés à projeter des images vers un conducteur 14 du véhicule le long de l'axe de projection de l'image 17 entre le 25 miroir de repliement de sortie 12 et la lame partiellement réfléchissante 13 puis le long de l'axe de projection de l'image 18 entre la lame partiellement réfléchissante 13 et le conducteur 14. La lame partiellement réfléchissante 13 peut être un élément spécifique dédié ou correspondre au parebrise du véhicule. On comprend que sur la figure 2, le faisceau lumineux représenté est symbolisé par des axes 30 qui sont les directions principales dudit faisceau lumineux, le faisceau en lui-même ayant une section transversale pouvant être circulaire ou carrée ou rectangulaire, voir autre, selon les cas. Du fait que le diffuseur 3 et l'écran imageur 4 sont accolés dans l'appareil de projection 2, l'installation et le réglage de ces éléments sont simplifiés. De plus, 8 on évite les réflexions parasites éventuelles qui pourraient se produire sur les interfaces optiques de ces éléments s'ils étaient séparés ou surtout inclinés entre eux. Le fait que l'écran imageur 4 ne soit pas perpendiculaire aux faisceaux lumineux d'éclairage et d'affichage permet d'éviter les réflexions parasites et en 5 particulier du soleil. Grâce à cela, un éventuel reflet du soleil ne sera pas renvoyé dans le champ de vision du conducteur mais passera en dehors du miroir de repliement de sortie 12. Comme le montre la figure 2, l'écran imageur 4 permet, sous le contrôle du calculateur (non représenté), de générer une image qui est projetée dans le 10 champ de vision du conducteur 14 lorsque la direction du regard de ce dernier sera tournée vers la voie de circulation et la lame partiellement réfléchissante 13 qui se trouve dans cette même direction du regard. Ce système d'affichage tête haute 11 est plus précisément conçu pour projeter une image virtuelle dans le champ de vision du conducteur du véhicule. 15 Le système d'affichage tête haute 11 comporte donc à cet effet le miroir de repliement de sortie 12 et la lame partiellement réfléchissante 13, cette dernière étant placée dans le champ de vision du conducteur 14 du véhicule. Le système pourrait éventuellement aussi comporter une lentille/dioptre de grossissement (non représenté). De préférence, le miroir de repliement de sortie 20 12 est incorporé à l'appareil de projection 1 mais, dans des variantes, il peut être indépendant. La lame partiellement réfléchissante 13 est de préférence un combineur disposé dans l'habitacle du véhicule automobile, entre le pare-brise du véhicule et les yeux du conducteur 14. En variante, la lame partiellement réfléchissante 13 25 pourrait être formée par le pare-brise lui-même. La lame partiellement réfléchissante 13 de la figure 2 comporte une vitre optique courbe partiellement réfléchissante réalisant ici une fonction de grandissement. Il peut s'agir d'une pièce injectée en polycarbonate, qui est incurvée de manière à agrandir la taille de l'image vue par le conducteur 14. 30 Le calculateur (non représenté) préparant les images destinées à être projetées comprend typiquement un processeur et une unité de mémorisation, par exemple une mémoire dont une mémoire non-volatile réinscriptible ou un disque dur. Le système d'affichage tête haute 11 représenté permet l'affichage 9 d'images en deux dimensions mais, dans des variantes de réalisation, on peut compléter le système d'affichage tête haute avec notamment un filtre auto-stéréoscopique en sortie de l'écran imageur 4 afin de permettre l'affichage d'images en quasi trois dimensions par un effet visuel de profondeur pour le 5 conducteur, les images projetées semblant apparaitre sur des plans différents pour le conducteur 14. Dans diverses modalités de réalisation, on prévoit la mise en oeuvre de moyens d'agrandissement des images projetées par l'écran imageur notamment avec le moyen décrit ci-dessus et/ou la mise en oeuvre d'une lentille ou d'un 10 dioptre de grandissement sur le trajet de l'image projetée. On peut aussi prévoir des moyens de correction de forme d'image, par logiciel et/ou par des moyens matériels, par exemple avec un/des miroirs de repliement non plan(s) et/ou au moins une lentille/dioptre additionnelle ayant des surfaces adaptées pour tenir compte du fait que l'image peut être projetée sur une surface courbe sur laquelle 15 elle est rendue visible. On peut en outre ajouter une grille antidiffusante par exemple en aval de l'écran imageur 4 et/ou REVENDICATIONS1. Plaque translucide comprenant une face d'entrée et une face de sortie, la plaque translucide étant conçue pour diffuser par la face de sortie la ière incidente sur la face d'entrée conformément à une indicatrice optique de diffusion, caractérisée en ce que l'indicatrice optique de diffusion présente un maximum pour une direction inciinée par rapport à une direction normale à la plaque translucide. 10 2. Plaque translucide selon la revendication 1, dans laquelle une desdites faces comporte des éléments optiques diffractifs. 3. Plaque translucide selon la revendication 2, dans laquelle les éléments optiques diffractifs comprennent un réseau de micro-lemmes. 4. Plaque translucide selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle les élément optiques diffractifs comprennent un réseau de prismes. 20 5. Plaque translucide selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant un diffuseur holographique. 6. Appareil de projection comportant au moins - un dispositif de génération (2) d'un faisceau lumineux d'éclairage de 25 direction principale déterminée (15), - un moyen de diffusion de la lumière du faisceau lumineux d'éclaErage généré par le dispositif de génération (2) en un faisceau lumineux diffusé, et - un écran imageur (4) plan comportant deux faces opposées, une face d'entrée recevant le faisceau lumineux diffusé et une face de sortie opposée 30 produisant un faisceau lumineux d'affichage de direction principale (16) déterminée, dans lequel le moyen de diffusion de la lumière comprend un diffuseur formé par une plaque translucide selon l'une des revendications 1 à 5 et disposé entre la sortie du dispositif de génération (2) et l'écran imageur (4). 11 7. Appareil de projection selon la revendication 6, dans lequel le diffuseur (3) est parallèle à l'écran imageur (4), dans lequel le diffuseur (3) et l'écran imageur (4) sont inclinés par rapport à la direction principale (15) du faisceau lumineux d'éclairage généré par le dispositif de génération (2), et dans lequel le diffuseur (3) a une indicatrice optique de diffusion présentant un maximum pour une direction alignée avec la direction principale (15) du faisceau lumineux d'éclairage généré par le dispositif de génération (2). 10 8. Appareil de projection selon la revendication 6, dans lequel le diffuseur (3) est appliqué contre la face d'entrée l'écran imageur (4). 9. Système d'affichage tête haute comprenant un appareil de projection selon l'une des revendications 6 à 8, une lame partiellement réfléchissante (13) et 15 un système optique (12) conçu pour transmettre le faisceau lumineux d'affichage en direction de la lame partiellement réfléchissante (13). 10. Procédé de fabrication d'une plaque translucide selon l'une des revendications 1 à 5 par moulage par compression.