Brevet FR3087150A1 — publié le 20200417

PARE-BRISE ADAPTE A UN SYSTEME DE VISION TETE HAUTE L'invention a trait au domaine des véhicules automobiles, plus particulièrement au domaine de la vision tête-haute et plus particulièrement encore à un pare-brise de véhicule automobile, pour un système de vision tête-haute. Depuis un certain nombre d'années et pour des raisons de sécurité, les pare-brise de véhicule automobile sont réalisés par laminage de deux feuilles de verre. Ainsi, le pare-brise comprend au moins deux feuilles transparentes, préférentiellement en verre, fixées ensemble par une feuille intermédiaire d'adhésion, généralement en poly(butyral vinylique) (PVB). Mais dans le cas où le véhicule accueille un système de vision tête haute, le dioptre formé par la face extérieure du pare-brise est délétère, puisqu'il provoque une deuxième réflexion de l'image, conduisant à l'apparition d'une image fantôme. Cette image est décalée par rapport à l'image principale et peut gêner la perception du conducteur. Le document de brevet publié EP 0 420 228 A2 divulgue un dispositif de vision tête haute projetant une image sur un pare-brise de véhicule automobile. L'objectif principal de ce document est de limiter l'apparition d'images fantômes sans nécessiter l'installation d'hologrammes ou de revêtement diélectrique sur le pare-brise. L'absence d'image fantôme est rendue possible grâce à une variation en épaisseur de la couche intermédiaire d'adhésion, qui va permettre une superposition entre les rayons réfléchis par la deuxième feuille transparente et les rayons réfléchis par la première feuille. Ainsi, les deux images sont superposées. Mais la production d'une feuille d'adhésion d'épaisseur variable est difficile à mettre en oeuvre et est coûteuse à fabriquer. Le document publié "Windshield wedge angle and layer thickness measurements", écrit par Michael A. Marcus et Filipp Ignatovich décrit les pare-brise en coin utilisés dans les véhicules automobiles, qui permettent un meilleur fonctionnement des systèmes de vision tête haute en supprimant les images fantômes. Ces pare-brise présentent, dans une zone spécifique de leur surface, une variation dans l'épaisseur de la feuille intermédiaire en PVB (poly(butyral vinylique)). Ainsi, la couche de PVB, dite « en coin », permet de décaler la face extérieure de la deuxième feuille transparente. Les première et deuxième feuilles transparentes sont alors non 2 parallèles entre elles ; ce qui permet la réflexion de l'image fantôme sur l'image principale. L'invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l'état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de limiter 5 l'apparition d'images fantômes lors de l'utilisation d'un système de vision tête haute, et de diminuer les coûts de production d'un pare-brise adapté à un tel système. L'invention a pour objet un pare-brise pour véhicule automobile équipé d'un système de vision tête haute, ledit pare-brise comprenant : une première feuille transparente et une deuxième feuille transparente ; et une feuille intermédiaire d'adhésion des 10 première et deuxième feuilles ; la première feuille comprenant une face extérieure correspondant à une face intérieure au véhicule, formant un premier dioptre apte à réfléchir vers un occupant du véhicule des rayons lumineux formant une image et émis par le système de vision tête haute ; remarquable en ce que le pare-brise comprend, en outre : un élément ultra réfractif avec un indice de réfraction inférieur ou égal à 1, 15 disposé entre les première et deuxième feuilles et formant un deuxième dioptre incliné par rapport au premier dioptre et apte à réfléchir les rayons lumineux émis par le système de vision tête haute et transmis par le premier dioptre, de manière à former une image se superposant à l'image réfléchie par le premier dioptre. Selon un mode avantageux de l'invention, l'élément ultra réfractif est disposé dans la 20 couche intermédiaire d'adhésion. Selon un mode avantageux de l'invention, le deuxième dioptre est incliné par rapport au premier dioptre d'un angle y compris entre -2 ° et 2 °. Selon un mode avantageux de l'invention, l'élément ultra réfractif est en un méta matériau. 25 Selon un mode avantageux de l'invention, l'élément ultra réfractif présente une face nanostructurée du type « Moth eye » lui conférant un caractère non-réfléchissant, ladite face étant en vis-à-vis de la deuxième feuille. Avantageusement, la face nanostructurée du type « moth eye » comprend des protubérances de taille inférieure à 1 pm, préférentiellement inférieure à 500nm, c'est- 3 à-dire à la longueur d'onde de la lumière incidente, de manière à diminuer l'indice de réfraction de la surface et à diminuer la réflexion lumineuse. Selon un mode avantageux de l'invention, l'inclinaison du deuxième dioptre par rapport au premier dioptre est telle que lesdits dioptres forment, dans un plan 5 longitudinal vertical du véhicule lorsque le pare-brise est en position de montage sur ledit véhicule, un profil divergeant vers le haut. Selon un mode avantageux de l'invention, la deuxième feuille présente une face extérieure parallèle à la face extérieure de la première feuille. L'invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant : un système 10 de vision tête haute apte à émettre des rayons lumineux formant une image ; et un pare-brise avec une face intérieure au véhicule, formant un premier dioptre apte à réfléchir vers un occupant du véhicule les rayons lumineux émis par le système de vision tête haute ; remarquable en ce que le pare-brise est selon l'invention. Selon un mode avantageux de l'invention, l'élément ultra réfractif est situé dans le 15 champ de vision de l'occupant du véhicule, lorsque le regard de l'occupant est dirigé vers l'avant dudit véhicule. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un pare-brise, comprenant les étapes suivantes : mise en place d'une feuille d'adhésion sur une première feuille transparente, mise en place d'une deuxième feuille transparente 20 contre la feuille d'adhésion ; chauffage des feuilles transparentes et d'adhésion en vue de réaliser une adhésion desdites feuilles transparentes ; remarquable en ce que le pare-brise est selon l'invention, et en ce que le procédé comprend l'étape préalable suivante : insertion ou fixation de l'élément ultra réfractif entre les première et deuxième feuilles transparentes. 25 L'élément ultra réfractif peut être déposé sur au moins une des première et deuxième feuilles transparentes avec la mise en place de la feuille d'adhésion, ou être inséré dans la feuille d'adhésion, avant ou au moment de sa mise en place. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent de diminuer les coûts de production d'un pare-brise adapté à un système de vision tête haute. En 4 effet, la production d'une feuille PVB ayant une épaisseur variable est difficile à mettre en oeuvre et donc plus coûteuse par rapport à une feuille de PVB classique. L'intégration d'un matériau ultra réfractif va permettre d'éviter l'utilisation de la feuille de PVB à épaisseur variable, en faveur d'une feuille de PVB à épaisseur constante. 5 Cela va donc va permettre de diminuer les coûts de production d'un pare-brise adapté à un système de vision tête haute. L'invention permet en outre de limiter la production d'images fantômes à différents endroits du pare-brise lors de la réflexion des rayons lumineux produits par le projecteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris 10 à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - [Fig. 1] est un schéma représentant un véhicule automobile avec un pare-brise selon l'invention ; - [Fig. 2] est un schéma détaillant le mode de fonctionnement du pare-brise de la figure 1, donc détaillant la suppression de l'image fantôme ; 15 - [Fig. 3] reprend les différentes étapes du procédé selon l'invention. La figure 1 représente un schéma reproduisant un véhicule automobile avec un pare-brise selon l'invention. Ainsi, le véhicule automobile 1 selon l'invention est équipé d'un système de vision tête haute 3. Ce système 3 comprend notamment un projecteur 3A, généralement intégré dans un tableau de bord 1 A du véhicule 1, à l'avant d'un volant 20 1 B. Ce projecteur 3A est connecté à un ordinateur de bord (non représenté sur ces figures), qui va transmettre des informations à afficher. Ces informations peuvent par exemple concerner la vitesse du véhicule 1, la distance parcourue, etc. Ces informations sont converties en image et transmises via un rayon lumineux 7 qui, après réflexion sur le pare-brise 9, forme une image I, à l'avant du véhicule 1, dans le 25 champ de vision d'un occupant 5, préférentiellement le conducteur. De manière générale, les pare-brise 9 de véhicules automobiles 1 sont laminés afin de limiter l'intrusion de bris de verres lors d'un choc, potentiellement dangereuse pour les occupants 5. Ces pare-brise 9 comprennent le plus souvent une première et une seconde feuilles transparentes (9A, 9B), généralement en verre, réunies et fixées 30 ensemble par une feuille intermédiaire d'adhésion 9C, généralement fabriquée en 5 PVB (acronyme de poly(butyral vinylique)). La première feuille transparente 9A comprend une face extérieure 9A.1 correspondant à une face intérieure au véhicule 1, et formant un premier dioptre 9A.1. Ce premier dioptre 9A.1 peut réfléchir vers l'occupant 5, par le principe de réflexion totale, les rayons lumineux 7 émis par le 5 projecteur 3A du système de vision tête haute 3, permettant alors la formation d'une image I. La deuxième feuille transparente 9B présente une face extérieure 9B.1 parallèle à la face extérieure 9A.1 de la première feuille transparente 9A. Le pare-brise 9 selon l'invention comprend plus spécifiquement un élément ultra réfractif 9D. Cet élément ultra réfractif 9D présente la particularité d'avoir un indice de 10 réfraction inférieur ou égal à 1, et il est préférentiellement disposé entre les première et deuxième feuilles transparentes (9A, 9B). Celui-ci peut soit être rattaché à la première ou deuxième feuille transparente (9A, 9B) ou être inclus dans la feuille intermédiaire d'adhésion 9C. Cet élément ultra réfractif 9D forme un deuxième dioptre 9D.1 qui est incliné par rapport au premier dioptre 9A.1 d'un angle compris entre-2° et 15 2°, plus préférentiellement compris entre -0.30° et0.30° (cet angle étant visible à la figure 2). Ce deuxième dioptre 9D.1 à la particularité de pouvoir réfléchir une partie des rayons lumineux 7 émis par le système de vision tête haute 3 et transmis par le premier dioptre 9A.1, de manière à former une image se superposant à l'image réfléchie I par le premier dioptre 9A.1. Avantageusement, l'élément ultra réfractif 9D 20 est réalisé en un métamatériau (tel que décrit dans la demande de brevet publiée EP 3 270 191 A1), mais il est également envisageable d'utiliser des nanostructures basées sur des cristaux photoniques, des guides d'ondes et/ou des structures multicouches. Un métamatériau est un matériau capable d'atteindre des caractéristiques optiques non découvertes dans le milieu naturel grâce à la présence 25 d'inclusions dans ce matériau, ces inclusions ayant une taille inférieure à la longueur d'onde que l'on souhaite inhiber. Avantageusement, l'élément ultra réfractif 9D présente une face nanostructurée 9D.1 du type « Moth eye » qui lui confère un caractère non réfléchissant (telle que décrite dans la demande de brevet publiée US 2009/0080075 A1). La face nanostructurée 9D.1 de type « Moth eye » est dans ce 30 cas en vis-à-vis de la deuxième feuille 9B, et peut comprendre des protubérances de taille inférieure à 1 pm, préférentiellement inférieure à 500nm, c'est-à-dire inférieure à la longueur d'onde de la lumière incidente, de manière à diminuer l'indice de réfraction 6 de la face 9D.1 et donc à diminuer la réflexion lumineuse. Avantageusement, l'inclinaison du deuxième dioptre 9D.1 par rapport au premier dioptre 9A.1 est telle que lesdits dioptres (9A.1, 9D.1) forment, dans un plan longitudinal vertical du véhicule 1 lorsque le pare-brise 9 en position de montage sur ledit véhicule 1, un profil 5 divergeant vers le haut. La figure 2 montre un schéma détaillé de la réfraction et de la réflexion des rayons lumineux émis par le système de vision tête haute sur le pare-brise selon l'invention. À partir du projecteur 3A du système de vision tête haute, et plus spécifiquement du point A, partent des rayons lumineux (7A, 7B) en direction du pare-brise 9, en vue de 10 projeter une image (non représentée sur cette figure). Ce point A est situé à une hauteur nommée YHUD (préférentiellement comprise entre 1 et 10cm) du premier dioptre 9A.1 du pare-brise 9. Les indices de réfraction de l'air (nAir= 1), du verre (1.4> nv >1.55) sont connus. Il est convenu qu'un cône de rayons (7A, 7B) partent du point A, mais pour clarifier le schéma seuls deux rayons seront représentés. Le rayon 15 lumineux 7A forme l'image principale et est totalement réfléchi en direction de l'occupant 5. Ce rayon 7A interagit avec le pare-brise 9 avec un angle d'incidence el par rapport à une perpendiculaire au premier dioptre 9A.1 du pare-brise 9. À partir du point A part un second rayon lumineux 7B, qui rencontre le premier dioptre 9A.1 avec un angle d'incidence 82 qui est légèrement inférieur à Bi et à l'angle limite 20 de réfraction tel que défini par la loi de Snell-Descartes. Ce rayon lumineux 7B est alors réfracté et est transmis par la première feuille de verre 9A pour interagir avec le second dioptre 9D.1 formé par le matériau ultra réfractif 9D. Le second dioptre 9D.1, de par ses propriétés optiques, va réfléchir le rayon lumineux 7B par réflexion totale, suivant un angle d'incidence B3. Ce rayon lumineux 7B, après réflexion, rencontre à 25 nouveau le premier dioptre 9A.1 selon un angle d'incidence 9'1, et est réfracté de manière à se superposer au rayon lumineux 7A, donc présenter un angle Bi selon une perpendiculaire au premier dioptre 9A.1. Cette condition se traduit par la loi de Snell Descartes : [Math 1] n, - sin(6'1) = nAir - sin(61) 7 Détermination de YE la hauteur entre le deuxième dioptre 9D.1 et le premier dioptre 9A.1. [Math 2] ri, - sin(O'1) = n'Id]. - sin(01) [Math 3] YE= d1. tan(ar) = d2. tan(ce2) [Math 4] di. + d2 = d donc [Math 5] (d - d2). tan(ari) = d2. tan(ce2) dtan(ari) [Math 6] d2 = tan(ari)+tan(arz) dian(amian(d2) Et [Math 7] YE tan(a11)+tan(a12) 10 [Math 8] YE d tan(ar1)+tan(ar2) YE est préférentiellement compris entre 2 et 3mm. Avec des valeurs déterminées, l'homme du métier pourra facilement retrouver les valeurs de YE. Détermination de y, l'angle d'orientation du matériau ultra réfractif 9D par rapport à 15 une parallèle au premier dioptre 9A.1. [Math 9] y = 90 - 03 - Oct Or [Math 10] sin( 0,3 = cos(0'2) [Math 11] y = 90 - 93 - sin-1(cos( 0'2)) Détermination de l'indice otique nE du matériau ultra réfractif 9D. 20 Cet indice de réfraction est déterminé par la condition de réflexion interne totale. En effet, il est nécessaire que la majorité des rayons lumineux 7B transmis par le premier dioptre 9A.1 soient réfléchis par le deuxième dioptre 9D.1. Donc [Math 12] nE = sin(63). nt, , et 8 Car pour avoir une réflexion totale, nv>nE, avantageusement nE.s1. La figure 3 reprend les différentes étapes du procédé selon l'invention, en référence aux figures 1 et 2. La première étape consiste à insérer ou à fixer l'élément ultra réfractif 9D entre les 5 première et deuxième feuilles transparentes (9A, 9B). L'élément ultra réfractif 9D est préférentiellement inséré dans la feuille intermédiaire d'adhésion 9C. La deuxième étape consiste à mettre en place la feuille d'adhésion 9C sur la première feuille transparente 9A. La troisième étape consiste à mettre en place la deuxième feuille transparente 9B 10 contre la feuille d'adhésion 9C. Puis une dernière étape de chauffage des feuilles transparentes (9A, 9B) et d'adhésion 9C est réalisée, en vue de permettre l'adhésion des feuilles transparentes (9A, REVENDICATIONS1. Pare-brise (9) pour véhicule automobile (1) équipé d'un système de vision tête haute (3), ledit pare-brise (9) comprenant : - une première feuille transparente (9A) et une deuxième feuille transparente (9B) ; et - une feuille intermédiaire d'adhésion (9C) des première et deuxième feuilles (9A, 9B) ; la première feuille (9A) comprenant une face extérieure (9A.1) correspondant à une face intérieure au véhicule (1), formant un premier dioptre (9A.1) apte à réfléchir vers un occupant (5) du véhicule (1) des rayons lumineux (7) formant une image (I) et émis par le système de vision tête haute (3) ; caractérisé en ce que le pare-brise (9) comprend, en outre : un élément ultra réfractif (9D) avec un indice de réfraction (nE) inférieur ou égal à 1, disposé entre les première et deuxième feuilles (9A, 9B) et formant un deuxième dioptre (9D.1) incliné par rapport au premier dioptre (9A.1) et apte à réfléchir les rayons lumineux (7B) émis par le système de vision tête haute (3) et transmis par le premier dioptre (9A.1), de manière à former une image (I) se superposant à l'image (I) réfléchie par le premier dioptre (9A.1). 2. Pare-brise (9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément ultra réfractif (9D) est disposé dans la couche intermédiaire d'adhésion (9C). 3. Pare-brise (9) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le deuxième dioptre (9D.1) est incliné par rapport au premier dioptre (9A.1) d'un angle (y) compris entre -2° et 2°. 4. Pare-brise (9) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément ultra réfractif (9D) est en un méta matériau. 5. Pare-brise (9) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément ultra réfractif (9D) présente une face nanostructurée (9D.1) du type Moth eye » lui conférant un caractère non-réfléchissant, ladite face (9D.1) étant en vis-à-vis de la deuxième feuille (9B). 10 6. Pare-brise (9) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'inclinaison du deuxième dioptre (9D.1) par rapport au premier dioptre (9A.1) est telle que lesdits dioptres (9A.1, 9D.1) forment, dans un plan longitudinal vertical du véhicule (1) lorsque le pare-brise (9) est en position de montage sur 5 ledit véhicule (1), un profil divergeant vers le haut. 7. Pare-brise (9) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la deuxième feuille (9B) présente une face extérieure (9B.1) parallèle à la face extérieure (9A.1) de la première feuille (9A). 8. Véhicule automobile (1) comprenant : 10 - un système de vision tête haute (3) apte à émettre des rayons lumineux (7) formant une image (I) ; et - un pare-brise (9) avec une face intérieure au véhicule (1), formant un premier dioptre (9A.1) apte à réfléchir vers un occupant (5) du véhicule (1) les rayons lumineux (7) émis par le système de vision tête haute (3) ; 15 caractérisé en ce que le pare-brise (9) est selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Véhicule (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément ultra réfractif (9D) est situé dans le champ de vision de l'occupant (5) du véhicule (1), lorsque le regard de l'occupant (5) est dirigé vers l'avant dudit véhicule (1). 20 10. Procédé de fabrication d'un pare-brise (9), comprenant les étapes suivantes : - mise en place d'une feuille d'adhésion (9C) sur une première feuille transparente (9A), - mise en place d'une deuxième feuille transparente (9B) contre la feuille d'adhésion (9C) ; 25 - chauffage des feuilles transparentes (9A, 9B) et d'adhésion (9C) en vue de réaliser une adhésion desdites feuilles transparentes (9A, 9B) ; caractérisé en ce que le pare-brise (9) est selon l'une des revendications 1 à 7, et en ce que le procédé comprend l'étape préalable suivante : - insertion ou fixation de l'élément ultra réfractif (9D) entre les première et deuxième feuilles transparentes (9A, 9B).