Brevet FR3075404A1 — publié le 20190621

Dispositif de generation d'images et afficheur tete haute associe DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La pr6sente invention concerne de maniere generale le domaine des dispositifs de generation d'images, notamment ceux utilises dans les afficheurs tete haute pour vehicule. Elle concerne en outre un afficheur tete haute comprenant un tel dispositif de generation d'images. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Le principe des afficheurs tete haute pour vehicule est de projeter des images, notamment utiles a la conduite, directement dans le champ de vision d'un conducteur. Pour cela, les afficheurs tete haute comprennent, en general, un dispositif de g6n6ration d'images adapt6 a g6n6rer au moins une image et un dispositif de projection d'images adapte a transmettre ('image generee vers une lame partiellement reflechissante placee dans le champ de vision du conducteur. L'image g6n6r6e doit etre suffisamment lumineuse pour etre vue par le conducteur. La plupart des dispositifs de generation d'image utilises aujourd'hui comprennent un ecran a cristaux liquides retroeclaire par une source de lumiere non polarisee, diffuse et puissante. Cependant, ce type de dispositif de generation d'images ne transmet, en sortie de l'ecran, qu'environ 6% de la lumiere generee par la source de lumiere. L'ecran s'echauffe en bloquant une bonne partie de la lumiere 6mis par la source de lumiere, ce qui conduit a sa deterioration. De plus, en general, les afficheurs tete haute generent une lumiere polarisee dont la direction de polarisation est horizontale, qui est malheureusement filtree naturellement par les lunettes polarisees des conducteurs. Ce phenomene peut conduire a augmenter l'intensite lumineuse de la source de lumiere retroeclairant l'ecran, augmentant ainsi la temperature de l'ecran. OBJET DE L'INVENTION Afin de remedier aux inconvenients precites de l'etat de la technique, la presente invention propose un dispositif de generation d'images optimise pour 2 !utter contre rechauffement de l'ecran et generant des images en lumiere non polarisee. Plus particulierement, on propose selon ('invention un dispositif de g6n6ration d'images comprenant un 6cran dont une face d'entr6e est retroeclairee 5 par un module de g6n6ration de lumiere polarisee pour g6n6rer en sortie au moins une image, dans lequel le module de g6n6ration de lumiere polarisee comporte : - une source lumineuse emettant un faisceau lumineux polarise ayant une largeur spectrale inferieure ou egale a 100 nanometres, 10 et dans lequel l'ecran comporte au moins, depuis la face d'entree vers une face de sortie dudit ecran, opposee a ladite face d'entree : - une couche de cristaux liquides definissant une pluralite de pixels, chaque pixel etant adapte a modifier individuellement la direction de polarisation de la lumiere polarisee qu'il regoit, 15 - un polariseur adapt6 a laisser passer uniquement la lumiere polarisee presentant une direction de polarisation predeterminee apres qu'elle ait traverse la couche de cristaux liquides, - une couche d'un materiau photoluminescent adapte a etre excite par au moins une des longueurs d'ondes de la lumiere polarisee ayant traverse le 20 polariseur pour emettre, par photoluminescence, une lumiere non polarisee ayant une largeur spectrale superieure ou egale a 400 nanometres, et, - un filtre de couleur adapte a laisser passer les longueurs d'onde de la lumiere non polarisee comprises dans une largeur spectrale pr6d6termin6e du spectre visible pour g6n6rer une couleur donn6e dans ladite image. 25 Ainsi, la combinaison d'un retroeclairage par une lumiere polarisee de faible largeur de bande, et d'une couche de materiau photoluminescent suivi d'au moins un filtre de couleur diminue rechauffement de l'ecran. En effet, le faisceau etant polarise avant de penetrer dans l'ecran, l'ecran n'a plus a polariser la lumiere de sorte qu'il devient inutile pour l'ecran de bloquer 30 la partie de la lumiere presentant une direction de polarisation inadequate. En outre, la faible largeur de bande du faisceau lumineux excite plus efficacement le materiau photoluminescent qui genere alors, en se desexcitant, de la lumiere non polarisee a large bande qu'il est alors possible de convertir facilement dans la couleur souhaitee grace a un filtre de couleur. 3 La lumiere g6n6r6e en sortie du materiau photoluminescent de l'ecran etant non polarisee, les images generees sont en outre visibles par le conducteur, qu'il porte ou non des lunettes polarisees. D'autres caracteristiques non limitatives et avantageuses du dispositif 5 conforme a ('invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - le module de g6n6ration de lumiere polarisee comporte en outre un diffuseur congu pour recevoir en entree ledit faisceau lumineux polarise et g6n6rer en sortie une lumiere polarisee diffuse adapt6e a illuminer uniformement la face 10 d'entree de l'ecran, ladite lumiere polarisee diffuse presentant une direction de polarisation identique a celle du faisceau lumineux polarise ; - le module de g6n6ration de lumiere polarisee comporte en outre un reflecteur adapte a reflechir le faisceau lumineux polarise emis par la source lumineuse en direction de la face d'entree de l'ecran, sans modifier la direction de 15 polarisation dudit faisceau lumineux polarise. - la face d'entree de l'ecran regoit au moins 80% de lumiere polarisee directe de la part du module de generation de lumiere polarisee ; - la source lumineuse est une diode laser ; - la source lumineuse emet un faisceau polarise de couleur bleue dont le 20 spectre s'etend entre 420 nanometres et 500 nanometres et dans lequel le materiau photoluminescent de la couche de materiau photoluminescent de l'ecran comprend des phosphores excites par ladite lumiere bleue et emettant de la lumiere blanche non polarisee dont le spectre s'etend entre 420 nanometres et 800 nanometres ; 25 - le filtre de couleur de l'ecran comprend un premier filtre de couleur bleue absorbant les longueurs d'onde inferieures a 420 nanometres et superieures a 500 nanometres, un deuxieme filtre de couleur verte absorbant les longueurs d'onde inferieures a 500 nanometres et superieures a 580 nanometres et un troisieme filtre de couleur rouge absorbant les longueurs d'onde inferieures a 580 30 nanometres et superieures a 800 nanometres; - it est prevu derriere chacun des pixels (P), ledit filtre de couleur bleue ou ledit filtre de couleur verte ou ledit filtre de couleur rouge, de sorte qu'une matrice comportant un pixel de chaque couleur juxtapose soit vue comme presentant une couleur resultant d'un mélange desdites couleurs bleue, verte et 4 rouge ; - it est prevu, entre le module de generation de lumiere polarisee et la face d'entree de l'ecran, un polariseur supplementaire adapte a laisser passer uniquement la lumiere polarisee presentant une direction de polarisation 5 predeterminee pour illuminer la couche de cristaux liquides dudit ecran. L'invention propose egalement un afficheur tete haute comprenant un dispositif de generation d'images selon l'invention et un dispositif de projection d'images adapte a transmettre en direction d'une lame partiellement reflechissante les images g6n6r6es par !edit dispositif de g6n6ration d'images. 10 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexes, donnes a titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut etre realisee. Sur les dessins annexes : 15 - la figure 1 est une representation schematique de principe d'un afficheur tete haute selon l'invention en position dans un vehicule ; et - la figure 2 est une representation schematique d'un dispositif de generation d'images selon l'invention. Sur la figure 1, on a represente les elements principaux d'un afficheur 20 tete haute 1 destine a equiper un vehicule, par exemple un vehicule automobile. Un tel afficheur tete haute 1 est adapte a creer une image virtuelle I dans le champ de vision d'un conducteur du vehicule, de sorte que le conducteur puisse voir cette image virtuelle I et les informations eventuelles qu'elle contient sans avoir a detourner le regard de la route. 25 A cet effet, l'afficheur tete haute 1 comprend un dispositif de generation d'images 100 adapte a generer au moins une image, et un dispositif de projection d'images 200 adapte a transmettre ladite image en direction d'une lame au moins partiellement reflechissante 300 placee dans le champ de vision du conducteur (voir figure 1). 30 Plus precisement, dans l'exemple de realisation de l'afficheur tete haute 1, la lame partiellement reflechissante 300 est une lame au moins partiellement reflechissante et au moins partiellement transparente dediee a l'afficheur tete haute 1, communement appele combineur. II peut par exemple s'agir d'une lame semi-reflechissante et semi-transparente. 5 Une telle lame partiellement reflechissante 300 est ici placee entre le parebrise 2 du vehicule et les yeux du conducteur. En variante, la lame partiellement reflechissante pourrait etre confondue avec le parebrise 2 du vehicule, le parebrise 2 du vehicule presentant alors la 5 fonction de lame partiellement reflechissante pour l'afficheur tete haute. Par ailleurs, ici, le dispositif de projection d'images 200 comprend un miroir de repliement agenc6 de maniere a reflechir les images g6n6r6es par le dispositif de generation d'images 100 en direction de la lame partiellement reflechissante 300. Ici, !edit miroir de repliement est un miroir plan. 10 En variante, le dispositif de projection d'images pourrait comprendre une pluralite de miroirs et/ou d'autres elements optiques tels qu'une lentille par exemple. Sur la figure 2, on a represents plus precisement le dispositif de generation d'images 100 selon ('invention. 15 Le dispositif de generation d'images 100 comprend un ecran 150 dont une face d'entree 150A est retroeclairee par un module de g6n6ration de lumiere polarisee 110 pour g6n6rer en sortie au moins une image. Plus precisement, le module de generation de lumiere polarisee 110 comporte une source lumineuse 111 emettant un faisceau lumineux polarise ayant 20 une largeur spectrale inferieure ou egale a 100 nanometres. De preference, la largeur spectrale de la source de lumiere est inferieure ou egale a 80 nanometres. Ainsi la source lumineuse 111 emet un spectre de longueurs d'onde dans un intervalle predetermine ferme, de largeur inferieure ou egale a 25 100 nanometres. Autrement dit, le faisceau lumineux emis par la source lumineuse 111 est constitue uniquement de longueurs d'onde appartenant a l'intervalle predetermine. Le spectre emis par la source lumineuse 111 peut etre continu ou discontinu, c'est-a-dire qu'il peut comprendre un continuum de longueurs d'ondes 30 ou certaines longueurs d'ondes seulement dans l'intervalle predetermine. Par 0 polarisee », on entend que la lumiere generee par la source lumineuse 111 presente une direction de polarisation preferentielle. Dans l'exemple decrit ici, la source lumineuse 111 est une diode laser. Par exemple, it peut s'agir d'une diode laser emettant un faisceau 6 lumineux polarise de couleur bleue, dont le spectre s'etend entre 420 nanometres (nm) et 500 nanometres (nm). L'intervalle predetermine est dans ce cas [420nm ; 500nm], de largeur egale a 80 nanometres. La polarisation de la lumiere est de type rectiligne. Plus precisement, la polarisation est choisie de type P ou S, c'est- 5 a-dire rectiligne contenue dans le plan d'incidence ou rectiligne perpendiculaire a ce dernier, ledit plan d'incidence comportant a la fois le rayon incident et la normale a la face d'entree 150A de l'ecran 150. En pratique, la polarisation de la lumiere generee par la source lumineuse 111 est choisie soit de maniere a etre perpendiculaire a un polarisateur 10 157 de sortie de l'ecran 150 (cas de l'ecran REVENDICATIONS1. Dispositif de generation d'images (100) comprenant un ecran (150) dont une face d'entree (150A) est retroeclairee par un module de generation de lumiere polarisee (110) pour generer en sortie au moins une image, dans lequel le module de g6n6ration de lumiere polarisee (110) comporte : - une source lumineuse (111) emettant un faisceau lumineux polarise ayant une largeur spectrale inferieure ou egale a 100 nanometres, et dans lequel l'ecran (150) comporte au moins, depuis la face d'entree (150A) vers une face de sortie (150B) dudit ecran (150), opposee a ladite face d'entree (150A) : - une couche de cristaux liquides (155) definissant une pluralite de pixels (P), chaque pixel (P) etant adapte a modifier individuellement la direction de polarisation de la lumiere polarisee qu'il regoit, - un polariseur (157) adapte a laisser passer uniquement la lumiere polarisee pr6sentant une direction de polarisation predeterminee apres qu'elle ait traverse la couche de cristaux liquides (155), - une couche d'un materiau photoluminescent (159) adapte a etre excite par la lumiere polarisee ayant traverse le polariseur (157) pour emettre, par photoluminescence, une lumiere non polarisee ayant une largeur spectrale superieure ou egale a 400 nanometres, et, - un filtre de couleur (161) adapte a laisser passer la lumiere non polarisee comprise dans une largeur spectrale pr6d6termin6e du spectre visible pour generer une couleur donnee dans ladite image. 2. Dispositif de generation d'images (100 selon la revendication 1 dans lequel le module de generation de lumiere polarisee (110) comporte en outre un diffuseur (113) congu pour recevoir en entree !edit faisceau lumineux polarise et generer en sortie une lumiere polarisee diffuse adapt6e a illuminer uniform6ment la face d'entree (150A) de l'ecran (150), ladite lumiere polarisee diffuse presentant une direction de polarisation identique a celle du faisceau lumineux polarise. 3. Dispositif de generation d'images (100) selon l'une des revendications 1 et 2 dans lequel le module de generation de lumiere polarisee (110) comporte en outre un reflecteur (115) adapte a reflechir le faisceau lumineux polarise emis 15 par la source lumineuse (111) en direction de la face d'entree (150A) de l'ecran (150), sans modifier la direction de polarisation dudit faisceau lumineux polarise. 4. Dispositif de generation d'images (100) selon l'une des revendications 1 a 3 dans lequel la face d'entree (150A) de l'ecran (150) regoit au moins 80% de 5 lumiere polarisee directe de la part du module de generation de lumiere polarisee (110). 5. Dispositif de generation d'images (100) selon l'une des revendications 1 a 4, dans lequel la source lumineuse (111) est une diode laser. 6. Dispositif de generation d'images (100) selon la revendication 5, dans 10 lequel la source lumineuse (111) emet un faisceau lumineux polarise de couleur bleue dont le spectre s'etend entre 420 nanometres et 500 nanometres et dans lequel le materiau photoluminescent de la couche de materiau photoluminescent (159) de l'ecran (150) comprend des phosphores excites par ladite lumiere bleue et emettant de la lumiere blanche non polarisee dont le spectre s'etend entre 15 420 nanometres et 800 nanometres. 7. Dispositif de generation d'images (100) selon l'une des revendications 1 a 6, dans lequel le filtre de couleur (161) de l'ecran (150) comprend un premier filtre (161A) de couleur bleue absorbant les longueurs d'onde inferieures a 420 nanometres et superieures a 500 nanometres, un deuxieme filtre (161A) de 20 couleur verte absorbant les longueurs d'onde inferieures a 500 nanometres et superieures a 580 nanometres et un troisieme filtre (161A) de couleur rouge absorbant les longueurs d'onde inferieures a 580 nanometres et superieures a 800 nanometres. 8. Dispositif de generation d'images (100) selon la revendication 7, dans 25 lequel il est prevu derriere chacun des pixels (P), ledit premier filtre (161A) de couleur bleue ou ledit deuxieme filtre (161A) de couleur verte ou ledit troisieme filtre (161A) de couleur rouge de sorte qu'une matrice comportant un pixel (P) de chaque couleur juxtapose soit vue comme presentant une couleur resultant d'un melange desdites couleurs bleue, verte et rouge. 30 9. Dispositif de generation d'images (100) selon l'une des revendications 1 a 7, dans lequel il est prevu, entre le module de generation de lumiere polarisee (110) et la face d'entree (150A) de l'ecran (150), un polariseur supplementaire (170) adapte a laisser passer uniquement la lumiere polarisee presentant une direction de polarisation predeterminee pour illuminer la couche de cristaux 16 liquides (155) dudit ecran (150). 10. Afficheur tete haute (1) comprenant un dispositif de generation d'images (100) selon les revendications 1 a 9 et un dispositif de projection d'images (200) adapte a transmettre en direction d'une lame partiellement 5 reflechissante (300) les images generees par !edit dispositif de generation d'images (100).