Brevet FR3077649A1 — publié le 20190809

DISPOSITIF DE GENERATION D'IMAGES ET AFFICHEUR TETE HAUTE COMPRENANT UN TEL DISPOSITIF - DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des systèmes d'affichage tête-haute, notamment dans un véhicule. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de génération d'images et afficheur tête haute comprenant un tel dispositif. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Un dispositif d'affichage tête haute installé dans un véhicule comprend généralement une unité de génération d'image émettant un faisceau lumineux et au moins un élément optique destiné à projeter ce faisceau lumineux en direction d'une lame partiellement transparente. Le faisceau lumineux se propage dans un conduit optique réalisé au sein d'un ensemble de maintien et de protection des différents éléments constituant le dispositif d'affichage tête haute. Le faisceau lumineux est ensuite réfléchi par la lame partiellement transparente en direction des yeux du conducteur du véhicule. L'unité de génération d'image comprend habituellement une source de lumière et un écran. L'écran diffuse la lumière, selon un cône lumineux dont l'étalement angulaire peut être marqué. En particulier, le cône lumineux issu de l'écran peut s'analyser comme un rayonnement utile et un rayonnement parasite. Le rayonnement utile est localisé à proximité de l'axe optique (faible étalement angulaire). Le rayonnement parasite est observé pour un fort étalement angulaire. Le rayonnement parasite est considéré comme tel car il illumine le conduit optique, qui a son tour émet un rayonnement diffus. Le rayonnement diffus du conduit optique nuit à une formation optimale de l'image sur la lame partiellement transparente. Le rayonnement parasite constitue donc un inconvénient pour le conducteur du véhicule. OBJET DE L'INVENTION Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif de génération d'images comprenant un écran dont une face d'entrée est éclairée par une source lumineuse et générant un faisceau lumineux au niveau d'une face de 2 sortie, dans lequel ledit écran comprend : un filtre de couleur adapté à recevoir la lumière et à la transmettre partiellement, ledit filtre de couleur comprenant : un réseau opaque adapté à bloquer la lumière, ledit réseau opaque comprenant des parois s'étendant selon une première dimension perpendiculairement au filtre de 5 couleur depuis un plan d'entrée dudit filtre de couleur par lequel pénètre la lumière jusqu'à un plan de sortie dudit filtre de couleur par lequel ressort la lumière, lesdites parois étant configurées pour délimiter une pluralité de caissons, une matrice de couleur comprenant une pluralité d'éléments colorés s'étendant chacun selon une deuxième dimension dans ledit plan d'entrée, chaque élément coloré 10 étant disposé dans un des caissons de ladite pluralité de caissons. Selon l'invention, la première dimension des parois du réseau opaque est supérieure à la deuxième dimension de chacun des éléments colorés. Utiliser un réseau opaque dont la première dimension est supérieure à la deuxième du réseau opaque permet de réduire l'étalement angulaire du cône 15 lumineux et donc de réduire le rayonnement parasite. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif conforme à l'invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - chaque élément coloré s'étend selon une troisième dimension 20 perpendiculairement audit plan d'entrée depuis ledit plan d'entrée jusqu'à une face de sortie dudit élément coloré, - la première dimension est supérieure à la troisième dimension créant ainsi un espace entre ladite face de sortie et ledit plan de sortie, - l'espace comprend une couche translucide s'étendant depuis ladite 25 face de sortie jusqu'audit plan de sortie, - un polariseur de sortie repose sur ledit plan de sortie, - les éléments colorés s'étendent selon une quatrième dimension dans ledit plan d'entrée dans une direction perpendiculaire à ladite première dimension et à ladite deuxième dimension, 30 - la première dimension est supérieure à ladite quatrième dimension, - chaque élément coloré présente une couleur parmi les couleurs suivantes : rouge, bleu et vert, - un ensemble de trois éléments colorés présentant chacun une des trois couleurs forme un pixel coloré. 3 L'invention propose également un afficheur tête-haute comprenant un dispositif de génération d'images et un dispositif de projection d'images adapté à transmettre en direction d'une lame partiellement transparente les images générées par le dispositif de génération d'images. 5 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 comment elle peut être réalisée. 10 Sur les dessins annexés : - la figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d'un afficheur tête haute pour véhicule ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de génération d'images comprenant un écran conforme à l'invention ; 15 - la figure 3 est une représentation en perspective d'un filtre de couleur de l'écran conforme à l'invention ; - la figure 4 est une représentation en coupe d'un filtre de couleur de l'écran conforme à l'invention. Sur les figures, les proportions ne sont pas respectées afin de faire 20 mieux ressortir la constitution des écrans présentés ci-dessous à titre d'exemples. Sur la figure 1, on a schématiquement 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 25 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 détourner le regard. À cet effet, l'afficheur 1 comprend une lame partiellement transparente 3 placée dans le champ de vision du conducteur, un dispositif de génération 30 d'images 5 adapté à générer des images et un dispositif de projection d'images 7 adapté à renvoyer, en direction de ladite lame partiellement transparente 3, les images générées par le dispositif de génération d'images 5. Plus précisément, la lame partiellement transparente 3 est ici un combineur 3, c'est-à-dire une lame partiellement transparente dédiée à l'afficheur 4 tête haute 1. Un tel combineur 3 est ici placé entre le pare-brise 9 du véhicule et les yeux du conducteur. En variante, la lame partiellement transparente 3 pourrait être confondue 5 avec le pare-brise 9 du véhicule. Autrement dit, dans cette variante, c'est le pare- brise du véhicule qui a la fonction de lame-semi transparente pour l'afficheur tête haute. Par ailleurs, ici, le dispositif de projection d'images 7 comprend un miroir de repliement agencé de manière à réfléchir les images générées par le dispositif 10 de génération d'images 5 en direction de la lame partiellement transparente 3. Ici, ledit miroir de repliement est un miroir plan. En variante, le dispositif de projection d'images 7 pourrait comprendre une pluralité de miroirs et/ou d'autres éléments optiques tels qu'une lentille par exemple. 15 Comme illustré sur la figure 1 et la figure 2, le dispositif de génération d'images 5 comprend quant à lui au moins une source de lumière 11, un écran 13 rétroéclairé par cette source de lumière 11, et un réflecteur 15. On a ainsi schématiquement représenté par une flèche L sur les figures la transmission de la lumière de la source de lumière 11 vers l'écran 13. 20 La source de lumière 11 est placée à une extrémité du dispositif de génération d'images 5, en amont de l'écran 13. La source de lumière 11 comprend au moins une diode électroluminescente (ou LED pour "Light Emitting Diode"), et en général une pluralité de telles diodes électroluminescentes. Comme représenté sur la figure 2, un diffuseur 16 est en outre placé 25 entre la source lumineuse 11 et l'écran 13. Le diffuseur 16 est adapté pour diffuser la lumière après la source de lumière 11 en un cône lumineux, afin de permettre notamment un éclairage homogène de l'écran 13. En pratique, le diffuseur 16 peut être formé d'un filtre injecté traité sur la face en regard de la source de lumière 11, ledit traitement produisant une diffusion de la lumière. 30 Le diffuseur 16 est ici placé à distance de la face d'entrée de l'écran 13 13. En variante, le diffuseur 16 peut être collé sur la face d'entrée de l'écran 13 et/ou être disposé à un angle vis-à-vis de l'écran 13. Dans l'exemple décrit, le réflecteur 15 constitue une enceinte fermée autour de la source de lumière 11, du diffuseur 16 et de la face d'entrée de l'écran 5 13. Le réflecteur 15 s'étend ici entre la source de lumière 11 et le diffuseur 16. Les parois internes du réflecteur 15 sont illuminées par le faisceau généré par la source de lumière 11. Le traitement en surface des parois internes du réflecteur 15 permet une réflexion de la lumière en direction du diffuseur 16 et de la face 5 d'entrée de l'écran 13. Le diffuseur 16 et le réflecteur 15 permettent d'homogénéiser l'éclairage au niveau de la face d'entrée de l'écran 13. La source de lumière 11, le diffuseur 16 et le réflecteur 15 permettent de rétroéclairer l'écran 13 afin de générer un faisceau lumineux. 10 Comme cela ressortira des exemples donnés dans la suite, l'écran 13 est un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display), par exemple à transistors en couche mince (ou TFT pour "Thin-Film Transisto?') à effet TN (pour « Twisted Nematic ») ou effet IFS (pour « In Plane Switching »). Comme bien visible en figure 2, l'écran 13 comprend, dans cet ordre 15 dans le sens du trajet de la lumière L (c'est-à-dire de la partie située du côté de la source de lumière 11 au côté situé vers le dispositif de projection 7), les éléments (ou lames) en forme de plaque qui suivent (chaque élément étant en contact avec le ou les éléments voisin(s)) : - un polariseur d'entrée 17 ; 20 - un premier substrat 19 ; - une couche de cristaux liquide 21 ; - un deuxième substrat 23 ; - un filtre de couleur 25 ; - un polariseur de sortie 27. 25 Tel que représenté, l'écran 13 est disposé perpendiculairement au trajet de la lumière L. Alternativement, l'écran 13 peut ne pas être perpendiculaire au trajet de la lumière L. Le polariseur d'entrée 17 et le polariseur de sortie 27 ont respectivement un premier axe et un deuxième axe perpendiculaire entre eux (on rappelle que 30 l'axe d'un polariseur est la direction de polarisation rectiligne de la lumière après passage à travers le polariseur) dans la technologie dit « normally black ». Le polariseur d'entrée 17 laisse passer la partie de la lumière dont la polarisation est parallèle à la direction de son axe de polarisation. Ainsi la couche de cristaux liquide 21 reçoit une lumière polarisée. 6 La couche de cristaux liquide 21 est contenue par le premier substrat 19 et le deuxième substrat 23. Le premier substrat 19 et le deuxième substrat 23 sont par exemple des vitres en verre translucide. En créant une différence de tension électrique entre le premier substrat 5 19 et le deuxième substrat 23, les cristaux liquides contenus dans la couche de cristaux liquide 21 changent d'orientation. La polarisation de la lumière traversant la couche de cristaux liquide 21 est éventuellement modifiée en fonction de cette orientation. La lumière dont la direction de polarisation a éventuellement été 10 modifiée, traverse le deuxième substrat 23 et arrive ensuite sur le filtre de couleur 25. Représenté sur la figure 3, le filtre de couleur 25 de l'écran 13 comprend un réseau opaque 31 et une matrice de couleur 39, 41, 43. Le réseau opaque 31 comprend des parois 35 aptes à bloquer la 15 lumière. Les parois 35 s'étendent selon une première dimension H depuis un plan d'entrée 36 du filtre de couleur 25 et perpendiculairement à celui-ci, jusqu'à un plan de sortie 38 du filtre de couleur 25. Les parois 35 permettent de délimiter une pluralité de caissons 37. Plus 20 précisément, quatre parois 35 perpendiculaires deux à deux délimitent un caisson 37 dont l'espace intérieur a ici une forme de parallélépipède rectangle. D'autres formes de caisson 37 sont possibles, par exemple des caissons délimitant un espace intérieur cubique. La matrice de couleur 39, 41, 43 comprend une pluralité d'éléments 25 colorés 39, 41, 43, ici des éléments colorés rouges 39, des éléments colorés verts 41 et des éléments colorés bleus 43), chacun des éléments colorés 39, 41, 43 est disposé dans son propre caisson 37. Alternativement les éléments colorés 39, 41, 43 peuvent présenter d'autres couleurs (dont la couleur blanche, ou être non teinté) réparties selon des critères prédéterminés, par exemple d'une manière 30 pseudo-aléatoire. Les éléments colorés 39, 41, 43 sont par exemple fabriqués classiquement et selon les technologies bien connues des écrans à cristaux liquides à partir d'une résine translucide apte à absorber une partie seulement du spectre de lumière émise par la source de lumière 11. 7 Les éléments colorés 39, 41, 43 sont chacun adaptés à ne laisser passer que la lumière comprise dans une largeur spectrale prédéterminée du spectre visible pour générer une couleur donnée dans l'image. Chaque élément coloré 39, 41, 43 présente une face d'entrée 42 située 5 dans le plan d'entrée 36. Chaque élément coloré 39, 41, 43 présente une face de sortie 44 opposée à la face d'entrée 42. Chaque élément coloré 39, 41, 43 s'étend selon une deuxième dimension p dans le plan d'entrée 36. Une valeur de la deuxième dimension p est par exemple 0,02 mm. Alternativement, la deuxième dimension p peut être 10 spécifique à chaque couleur d'élément coloré 39, 41, 43. La deuxième dimension p est typiquement comprise entre 0,01 mm et 0,05 mm. Chaque élément coloré 39, 41, 43 s'étend selon une troisième dimension h depuis leur face d'entrée 42 jusqu'à leur face de sortie 44 et perpendiculairement au plan d'entrée 36. Une valeur de la troisième dimension h 15 est par exemple de l'ordre de 0,01 mm. La troisième dimension h est typiquement comprise entre 0,005 mm et 0,015 mm. Chaque élément coloré 39, 41, 43 s'étend selon une quatrième dimension I dans le plan d'entrée 36 perpendiculairement à la deuxième dimension p et à la troisième dimension h. Une valeur de la quatrième dimension I 20 est par exemple 0,08 mm. La quatrième dimension I est typiquement comprise entre 0,05 mm et 0,11 mm. Afin de limiter l'étalement angulaire de la lumière, la première dimension H est supérieure à la deuxième dimension p. En effet, comme représenté sur la figure 4, les caissons 37 du filtre de 25 couleur 25 diffusent la lumière selon un cône de diffusion 47 d'angle a dans un plan P comprenant la première dimension H et la deuxième dimension p. Pour chaque caisson 37, la valeur de l'angle a peut être obtenue à partir de la première dimension H de la paroi 35 et de la deuxième dimension p grâce à la formule : tan (;) = 1±2 H On comprend alors qu'une valeur élevée de la première dimension H 30 permet de réduire l'angle a du cône de diffusion 47. On considère que le rayonnement utile est par exemple compris dans le cône de diffusion 47 d'angle a égal à 40°, tout rayonnement se propageant au- 8 delà de cette valeur d'angle est considéré comme un rayonnement parasite. En utilisant la formule avec la valeur de la deuxième dimension p donnée en exemple précédemment (0,02 mm), on trouve que pour contenir la lumière diffusée dans un cône de diffusion 47 d'angle a égal à 40°, la première dimension 5 doit être au moins égale à 0,027 mm, ce qui est bien supérieur à la valeur de la deuxième dimension côté p. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la première dimension H est en outre supérieure à la troisième dimension h des éléments colorés 39, 41, 43. Ainsi, les caissons 37 comprennent un espace 49 vide entre la 10 face de sortie 44 des éléments colorés 39, 41, 43 et le plan de sortie 38 du filtre de couleur 25. De manière préférentielle, pour chaque caisson 37, l'espace 49 comprend une couche translucide (non représentée) qui s'étend depuis la face de sortie 44 de l'élément coloré 39, 41, 43 jusqu'au plan de sortie 38 du filtre de 15 couleur 25. La couche translucide permet ainsi d'améliorer la tenue mécanique du polariseur de sortie 27 qui repose sur le plan de sortie 38. La couche translucide est par exemple fabriquée à partir d'une résine de protection translucide dans le domaine visible. Selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, la première 20 dimension H est en outre supérieure à la quatrième dimension I des éléments colorés 39, 41, 43. Les éléments colorés 39, 41, 43 peuvent être arrangés dans le filtre de couleur 25 par couleur. Plus précisément, le filtre de couleur 25 peut présenter une alternance de colonnes de couleurs différentes. Par exemple, le filtre de 25 couleur 25 peut comprendre une première colonne d'éléments colorés rouges 39, adjacente à une deuxième colonne d'éléments colorés verts 41, adjacente à une troisième colonne d'éléments colorés bleus 43, adjacente à une quatrième colonne d'éléments colorés rouges 39 etc. En reprenant les valeurs exemples des deuxième dimension p et 30 quatrième dimension I données précédemment, on réalise que la juxtaposition de trois éléments colorés 39, 41, 43 rectangulaires permet d'obtenir un pixel coloré 45 de forme proche d'un carré. La lumière colorée transmise par le filtre de couleur 25 arrive ensuite sur le polariseur de sortie 27. Le polariseur de sortie 27 est adapté à ne laisser passer 9 que la lumière présentant une direction de polarisation prédéterminée. Les composantes de la lumière présentant une autre direction de polarisation que la direction de polarisation prédéterminée sont bloquées par le polariseur de sortie 27. 5 Ainsi, grâce à la couche de cristaux liquides 21 précédemment décrite, il est possible d'orienter individuellement la polarisation de la lumière traversant chacun des éléments colorés 39, 41, 43 de chaque ensemble de trois éléments colorés 39, 41, 43. En sortie du polariseur de sortie 27, chaque pixel coloré 45 est alors vu par l'oeil humain comme ayant sa propre couleur, résultant du mélange 10 des couleurs rouge, vert, bleu plus ou moins intenses des trois éléments colorés 39, 41, REVENDICATIONS1. Dispositif de génération d'images (5) comprenant un écran (13) dont une face d'entrée est éclairée par une source lumineuse (11) et générant un faisceau lumineux au niveau d'une face de sortie, dans lequel ledit écran (13) comprend : - un filtre de couleur (25) adapté à recevoir la lumière et à la transmettre partiellement, ledit filtre de couleur (25) comprenant : - un réseau opaque (31) adapté à bloquer la lumière, ledit réseau opaque (31) comprenant des parois (35) s'étendant selon une première dimension (H) perpendiculairement au filtre de couleur (25) depuis un plan d'entrée (36) dudit filtre de couleur (25) par lequel pénètre la lumière jusqu'à un plan de sortie (38) dudit filtre de couleur (25) par lequel ressort la lumière, lesdites parois (35) étant configurées pour délimiter une pluralité de caissons (37), - une matrice de couleur (39, 41, 43) comprenant une pluralité d'éléments colorés (39, 41, 43) s'étendant chacun selon une deuxième dimension (p) dans ledit plan d'entrée (36), chaque élément coloré (39, 41, 43) étant disposé dans un des caissons (37) de ladite pluralité de caissons (37), caractérisé en ce que ladite première dimension (H) des parois (35) du réseau opaque (31) est supérieure à ladite deuxième dimension (p) de chacun des éléments colorés (39, 25 41,43). 2. Dispositif de génération d'images (5) selon la revendication 1, dans lequel chaque élément coloré (39, 41, 43) s'étend selon une troisième dimension (h) perpendiculairement audit plan d'entrée (36) depuis ledit plan d'entrée (36) 30 jusqu'à une face de sortie (44) dudit élément coloré (39, 41, 43), et dans lequel la première dimension (H) est en outre supérieure à la troisième dimension (h) créant ainsi un espace (49) entre ladite face de sortie (44) et ledit plan de sortie (38). 11 3. Dispositif de génération d'images (5) selon la revendication 2, dans lequel l'espace (49) comprend une couche translucide s'étendant depuis ladite face de sortie (44) jusqu'audit plan de sortie (38). 5 4. Dispositif de génération d'images (5) selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant en outre un polariseur de sortie (27) reposant sur ledit plan de sortie (38). 5. Dispositif de génération d'images (5) selon l'une des revendications 1 10 à 4, dans lequel les éléments colorés (39, 41, 43) s'étendent selon une quatrième dimension (I) dans ledit plan d'entrée (36) dans une direction perpendiculaire à ladite première dimension (H) et à ladite deuxième dimension (p), et dans lequel ladite première dimension (H) est supérieure à ladite quatrième dimension (I). 15 6. Dispositif de génération d'images (5) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel chaque élément coloré (39, 41, 43) présente une couleur parmi les couleurs suivantes : rouge, bleu et vert. 7. Dispositif de génération d'images (5) selon la revendications 6, dans 20 lequel un ensemble de trois éléments colorés (39, 41, 43) présentant chacun une des trois couleurs forme un pixel coloré (45). 8. Afficheur tête-haute comprenant un dispositif de génération d'images (5) selon l'une des revendications 1 à 7 et un dispositif de projection d'images (7) adapté à transmettre en direction d'une lame partiellement transparente (3) les images générées par le dispositif de génération d'images (5).