Brevet FR3091931A1 — publié le 20200724

Description Titre de l'invention : Dispositif d'affichage pour véhicule automobile Domaine technique [0001] L'invention concerne les interfaces Homme-Machine avec restitution d'au moins une image en trois dimensions (3D) et plus particulièrement les dispositifs d'affichage d'image(s) tridimensionnelle(s) embarqués dans un véhicule, notamment dc type automobile. Arrière-plan technologique [0002] Les véhicules contemporains embarquent un ou plusieurs dispositifs d'affichage pour afficher au conducteur du véhicule des informations diverses et variées pour assister le conducteur dans la conduite du véhicule. Cc ou ces dispositifs d'affichages informent par exemple le conducteur sur nombre de paramètres associés au véhicule (par exemple la vitesse, la consommation de carburant, le trajet à suivre). Ces informations sont affichées en deux dimensions (2D) ou en trois dimensions (3D) pour des véhicules plus récents. [0003] 11 existe plusieurs technologies pour afficher des informations en 3D par le biais d'une image tridimensionnelle ou d'une série d'images tridimensionnelles. A titre d'exemple, on connait du document W02015130996 un système d'unité d'affichage visuel créant un espace volumétrique tridimensionnel à l'intérieur d'un véhicule pour l'affichage d'images 3D. On connait également des systèmes inspirés du fantôme de Pepper ou des systèmes optiques basés sur une technologie holographique qui sont eux aussi capable d'afficher des images 3D. [0004] Cependant, les technologies existent offrent le plus souvent une illusion d'effet 3D plus qu'une véritable image réelle 3D. Les systèmes proposant l'affichage d'une véritable image réelle 3D souffrent quant à eux d'un encombrement important qui limite leur intégration dans la planche de bord d'un véhicule. Résumé de l'invention 100051 Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif d'affichage résolvant un ou plusieurs des inconvénients précités. La présente invention propose notamment un dispositif d'affichage qui permet d'afficher une image 3D réelle flottant dans l'air face à un observateur, par exemple face au conducteur d'un véhicule dans lequel est intégré le dispositif d'affichage objet de la présente invention. 100061 Selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif d'affichage pour un véhicule, ce dispositif comprenant un écran autostéréoscopique adapté pour le rendu d'au moins une image 3D et une lame à micro-miroirs, la lame à micro-miroirs étant inclinée d'un angle déterminé par rapport à l'écran autostéréoscopique de manière à 2 projeter la au moins une image 3D dans un plan image formé devant la lame à micro-miroirs par rapport à un point de vue donné. [0007] Selon une variante, la au moins une image 3D est masquée du point de vue donné, la au moins une image 3D étant rendue dans un plan objet situé derrière un plan comprenant la lame à micro-miroirs par rapport au point de vue donné. [0008] Selon encore une variante, le plan image est orthogonal au plan objet. [0009] Selon une autre variante, le plan image est à une distance de la lame à micro-miroirs équivalente à une distance entre le plan objet et la lame à micro-miroirs. [0010] Selon encore une variante, la lame à micro-miroirs comprend deux matrices dc micro-miroirs arrangées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre, chaque matrice de micro-miroirs comprenant une série de micro-miroirs arrangés parallèlement les uns par rapport aux autres et arrangés à intervalles réguliers dans la matrice. [0011] Selon une variante supplémentaire, l'angle déterminé est égal à 45'. [0012] Selon une autre variante, l'écran autostéréoscopique est un écran à réseau len- ticulaire. [0013] Selon une autre variante, l'écran autostéréoscopique est un écran à barrière de parallaxe. [0014] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une planche de bord pour véhicule intégrant le dispositif d'affichage tel que décrit ci-dessus selon le premier aspect de l'invention. [0015] Selon un troisième aspect, l'invention concerne un véhicule, par exemple de type au- tomobile, comprenant le dispositif d'affichage tel que décrit ci-dessus selon le premier aspect de l'invention ou la planche de bord selon le deuxième aspect de l'invention. Brève description des figures [0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description des modes de réalisation non limitatifs de l'invention ci-après, en référence aux figures 1 à 6 annexées, sur lesquelles : [0017] [fig.1] illustre dc façon schématique un dispositif d'affichage pour véhicule, selon un exemple dc réalisation particulier de la présente invention ; [0018] [fig.2] illustre une lame à micro-miroirs comprise dans le dispositif d'affichage de la figure 1, selon un exemple de réalisation particulier de la présente invention ; [0019] [fig.3] illustre le détail d'une partie de la lame à micro-miroirs de la figure 2, selon un exemple de réalisation particulier de la présente invention ; [0020] [fig.4] illustre le trajet d'un rayon de lumière dans la lame à micro-miroirs de la figure 2, selon un exemple de réalisation particulier de la présente invention ; [0021] [fig.5] illustre un premier exemple d'écran autostéréoscopique compris dans le 3 dispositif d'affichage de la figure 1, selon un exemple de réalisation particulier de la présente invention ; [0022] [fig.6] illustre un deuxième exemple d'écran autostéréoscopique compris dans le dispositif d'affichage de la figure 1, selon un exemple de réalisation particulier de la présente invention. Description des modes de réalisation [0023] Un dispositif d'affichage va maintenant être décrit dans ce qui va suivre en référence conjointement aux figures 1 à 6. Les modes de réalisation décrits ci-dessous s'attachent plus particulièrement à une mise en oeuvre du dispositif (l'affichage selon l'invention au sein d'un véhicule, notamment un véhicule automobile. Cependant, toute mise en oeuvre dans un contexte différent, en particulier dans tout type de véhicule (par exemple un train ou un avion), est également visée par la présente invention. [0024] Selon un exemple particulier et non limitatif dc réalisation de l'invention, un dispositif d'affichage pour véhicule comprend un écran autostéréoscopique (par exemple un écran autostéréoscopique lenticulaire ou un écran autostéréoscopique à barrière de parallaxe) adapté pour le rendu et/ou l'affichage d'une image 3D ou d'une séquence d'images 3D. Le dispositif d'affichage comprend également une lame à micro-miroirs. La lame à micro-miroirs est incliné d'un angle déterminé par rapport à un plan comprenant l'écran autostéréoscopique, par exemple 45'. La lame à micro-miroirs est configurée de telle manière à projeter l'image 3D rendue par l'écran stéréoscopique dans un plan image formé devant la lame, selon un point de vue donné, par exemple selon le point de vue du conducteur conduisant le véhicule comprenant le dispositif d'affichage. [0025] L'image obtenue dans le plan image est une image 3D réelle flottant dans l'air devant la lame à micro-miroirs selon le point de vue donné. [0026] [fig.11 illustre de façon schématique un dispositif d'affichage 1 pour véhicule, selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention. [0027] Le dispositif 1 est avantageusement embarqué dans un véhicule, par exemple de type automobile. Le dispositif 1 comprend un écran autostéréoscopique 10 situé dans un plan objet. L'écran autostéréoscopique est un écran permettant d'afficher plusieurs points de vue d'une même scène, par exemple 2, 8, 16, 64 points de vue. Deux exemples d'écran autostéréoscopique seront décrits en regard des figures 5 et 6. Le contenu affiché par l'écran autostéréoscopique est représenté par l'objet A 101, l'objet A 101 correspondant à l'objet à projeté dans un plan image 11 par le dispositif d'affichage 1. L'image B 111 résultant de la projection de l'objet A 101 se forme sur le plan image 11 par l'intermédiaire d'une lame à micro-miroirs 12 disposée à un angle déterminé ct, par exemple cc = 45°, par rapport à l'axe optique du plan objet 10. Une description détaillée de la lame à micro-miroirs 12 est fournie en regard des figures 2 à 4. L'utilisation d'une lame à micro-miroirs telle que celle décrite en regard des figures 2 à 4 permet d'obtenir une image réelle 111 à la différence d'une image virtuelle en utilisant une lame scull-transparente conventionnelle dans les systèmes basés sur le principe du fantôme de Pepper par exemple. Par ailleurs, l'utilisation dc la lame à micro-miroirs 12 permet de rendre l'image 3D réelle 111 devant la lame à micro-miroirs 12 par rapport à un observateur 100. Dit autrement, l'image 111 est formée sur un plan image 11 localisée entre l'observateur 100 et la lame à micro-miroirs 12. A contrario, l'objet A 101 correspondant au contenu (ou à la ou les images) rendu(e)s par l'écran autostéréoscopique 10 se situe derrière le plan comprenant la lame à micro-miroirs 12 par rapport au point de vue de l'observateur 100. Dit autrement, l'objet A 101 se situe au-delà du plan comprenant la lame à micro-miroirs 12 par rapport à l'observateur 100. Une image réelle est une image formée lorsque les rayons de lumière sont dirigés vers un point fixe, l'image réelle pouvant être projetée ou vue sur un écran. Une image virtuelle est l'opposée d'une image réelle, c'est-à-dire que les rayons de lumière qui forment cette image virtuelle ne convergent pas et une image virtuelle ne peut pas être projetée sur un écran. [0028] Le dispositif d'affichage comprend également un boîtier 13 qui sert dc support à la lame à micro-miroirs 12 et permet de masquer l'objet A 101 ainsi que l'écran autostéréoscopique 10 de la vue de l'observateur. Selon une variante, le boitier 13 est formé par un évidement dans une planche de bord d'un véhicule qui accueille le dispositif d'affichage 1. L'image B Ill est formée à une distance d de la lame à micro-miroir 12, la distance d correspondant à la norme du segment fBC1. Cette distance d est égale ou sensiblement égale à la distance entre l'écran autostéréoscopique (ou le plan objet comprenant cet écran) et la lame à micro-miroirs 12, soit la norme du segment FAC1. On entend par 'sensiblement égale' une légère différence entre la distance d=BC et la distance AC, de l'orch-e de quelques % (par exemple 1, 2, 5 ou 10 %), qui peut être observée et due par exemple à des imperfections mineures de la lame 12 ou du positionnement de la lame 12 par rapport à l'écran 10. Cette distance d peut varier en faisant varier le positionnement de la lame à micro-miroirs 12 par rapport à l'écran autostéréoscopique 10 (ou le plan objet comprenant cet écran). De la même manière, la position de l'image B Ill pat- rapport à la lame à micro-miroirs 12 et au dispositif d'affichage 1 varie en fonction de l'angle a. Selon des variantes de réalisation, ange cl est égale par exemple à 50° ou 55ace qui permet de décaler l'image Ill vers le bas du champ de vision de l'observateur 100 ; selon d'autres exemples, l'ange u est égale par exemple à 35° ou 40°ce qui permet de décaler l'image Ill vers le haut du champ de vision de l'observateur 100. [0029] Selon des variantes de réalisation la lame à micro-miroirs 12 est remplacée par une laine composée d'une surface comprenant des éléments optiques diffractifs ou des méta-surfaces configurée pour la projection de l'objet A 10 vers une image 3D réelle 111, tel que décrit ci-dessus. [0030] Selon d'autres variantes de réalisation, l'écran autostéréoscopique 10 est remplacé par un écran d'affichage de type MLD (de l'anglais « Multi-Layer Display » ou en français « Ecran multicouches ») ou par dispositif d'affichage holographique, par exemple de type SLM (dc l'anglais « Spatial Light Modulator » ou en français « modulateur dc lumière spatial »). [0031] [fig.2] illustre la lame à micro-miroirs 12, selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention. [0032] La lame à micro-miroirs 12 correspond par exemple à une structure multicouche, comprenant par exemple 4 couches, à savoir 2 couches 22 et 23 correspondant chacune à une matrice de micro-miroirs et 2 autres couches 21 et 24 enveloppant les couches 22 et 23. La lame à micro-miroirs 12 correspond par exemple à la lame ASKA 3D commercialisée par la société Asukanet. La lame à micro-miroirs 12 est configure° pour transmettre la lumière reçue de l'objet B 101 (obtenu ou affiché par l'écran autosteréoscopique 10), la lumière ainsi transmise par la lame étant collectée de l'autre côté de la lame pour générer une représentation ou une image A 111 de l'objet B 101 identique à l'objet B 101. Les deux matrices de micro-miroirs 22 et 23 sont protégées par des couches 21 et 24 composées par exemple de borosilicate. Chaque matrice comprend un arrangement de miroirs réfléchissants 221, chaque miroir correspondant à un parallélogramme. [0033] [fig.3] illustre une portion des couches 22 et 23 de la lame à micro-miroirs 12, selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention. [0034] Chaque couche comprend une série de micro-miroirs disposés parallèlement les uns aux autres à espace régulier, par exemple selon un pas de 0.3, 0.4 ou 0.5 mm. Chaque micro-miroir a la forme d'un parallélogramme avec une épaisseur égale ou sensiblement égal au pas séparant chaque micro-miroir Chaque micro-miroir est composé de verre ou plastique transparent et d'une surface réfléchissante. Les micro-miroirs des couches 22 et 23 ont par exemple la même hauteur et la même épaisseur mais possiblement des longueurs différentes (une première longueur pour la couche 22 et une deuxième longueur pour la couche 23). Comme cela apparait sur la figure 3, les micro-miroirs de la couche 22 sont arrangés perpendiculairement aux micro-miroirs de la couche 23 de manière à former des micro-dièdres droits. Selon cet arrangement, chaque micro-miroir de la couche 22 croise un ou plusieurs micro-miroirs de la couche 23 comme cela apparait sur la figure 4, les surfaces réfléchissantes ce ces micro-miroirs appartenant à 2 couches différentes 22 et 23 étant perpendiculaires les unes aux autres. 6 [0035] [fig.4] illustre un rayon de lumière 400 traversant la lame à micro-miroirs 12, selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention. [0036] Le rayon lumineux 400 est par exemple émis par l'écran autostéréoscopique et provient de l'objet B 101. Le rayon lumineux 400 est réfléchi dans un premier temps par la partie réfléchissante 411 (surface spéculaire) d'un micro-miroir 41 de la couche 23 faisant face à l'écran autostéréoscopique. Le rayon lumineux réfléchi est alors réfléchi une nouvelle fois et dans un deuxième temps par la partie réfléchissante 401 (surface spéculaire) d'un micro-miroir 40 de la couche 22 faisant face au plan image. Les micro-miroirs 40 et 41 sont arrangés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre, ainsi que leurs parties réfléchissantes respectives. L'angle d'incidence du rayon lumineux se réfléchissant sur le micro-miroir 41 est égal à l'angle d'émergence du rayon lumineux se réfléchissant sur le micro-miroir 40. Le rayon lumineux réfléchi par le micro-miroir 40 participe à la génération de l'image de l'objet B 101 dans le plan image 11. Une multitude de rayons lumineux émis par l'écran autostéréoscopique traversent ainsi la lame 12 en se réfléchissant sur les micro-miroirs des couches 22 et 23 pour former l'image 111 sur le plan image 11. La lame à micro-miroirs 12 agit comme une surface de projection avec un ratio de 1:1, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de grandissement ni de réduction de la taille de l'image 111 par rapport à l'objet 101. [0037] [fig.5] illustre un premier exemple d'écran autostéréoscopique 50, à savoir un écran stéréoscopique à barrière de parallaxe, compris dans le dispositif d'affichage de la figure 1, selon un exemple de réalisation particulier et non-limitatif de la présente invention. [0038] L'écran stéréoscopique à barrière de parallaxe comprend un écran 501 de type LCD ((le l'anglais « Liquid Crystal Display » ou en français « Ecran à cristaux liquides ») ou OLED (de l'anglais « Organic Light-Emitting Diode » ou en français « diode organique électroluminescente ») par exemple associé à un filtre 502 formant barrière de parallaxe. L'application d'une barrière de parallaxe 502 devant l'écran 501 permet de bloquer certains rayons issus des pixels de l'écran 501 afin de reproduire un affichage stéréoscopique. La barrière de parallaxe 502 est par exemple composée d'un filtre noir opaque et de petits trous en têtes d'épingle laissant passer certains rayons lumineux issues des pixels de l'écran 501. Une distance de quelques millimètres sépare la barrière de parallaxe 502 de l'écran 501, ce qui fait qu'un observateur qui regarde un petit trou de la barrière de parallaxe ne voit pas le même pixel de l'écran avec son oeil droit et son oeil gauche. Selon une variante, les petits trous en tête d'épingle sont remplacés par des fentes verticales, pour générer des vues différentes selon l'axe horizontal seulement. Une telle technique permet de reproduire un effet 3D à partir d'une image 2D. [0039] [fig.6] illustre un deuxième exemple d'écran autostéréoscopique 60, à savoir un écran 7 stéréoscopique à réseau lenticulaire, compris dans le dispositif d'affichage de la figure 1, selon un exemple de réalisation particulier et non-limitatif de la présente invention. [0040] L'écran stéréoscopique à réseau lenticulaire comprend un écran 601 de type LCD (de l'anglais « Liquid Crystal Display » ou en français « Ecran à cristaux liquides ») ou OLED (de l'anglais « Organic Light-Emitting Diode » ou en français « diode organique électroluminescente ») par exemple associé à un réseau de lentilles 602. L'application du réseau lenticulaire 602 devant l'écran 601 permet de dévier les rayons issus des pixels de l'écran pour de reproduire un affichage stéréoscopique. Le réseau lenticulaire 602 est par exemple composé d'une grille régulière de petites lentilles sphériques. Chaque lentille recouvre une zone de plusieurs pixels de l'écran 601 et va dévier la direction de la lumière émise par les pixels couverts. Chaque lentille peut être vue par l'observateur comme un pixel 3D, où la lumière émise par une lentille dans une direction donnée provient toujours d'un seul pixel, mais elle provient d'un pixel différent selon la direction d'observation choisie. Par conséquent, un observateur regardant une lentille de l'écran 3D ne voit pas le même pixel de l'écran 601 entre son oeil gauche et son oeil droit, bien que ses deux yeux fixent la même lentille. Selon une variante, le réseau lenticulaire 602 comprend des lentilles cylindriques à la place des lentilles sphériques, cc qui permet de ne dévier les rayons que selon l'axe horizontal. Une telle technique permet de reproduire un effet 3D à partir d'une image 2D. [0041] Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant mais s'étend à une planche de bord intégrant un tel dispositif d'affichage. [0042] L'invention concerne également un véhicule, par exemple automobile ou plus géné- ralement un véhicule à moteur terrestre, comprenant le dispositif 1 de la figure I. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10]