Brevet FR3102571A1 — publié le 20210430

La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce optique au moins partiellement réfléchissante destinée à être utilisée dans un afficheur tête-haute. Selon l’invention, ce procédé comporte des étapes de : - positionnement d’un film (200) au moins partiellement réfléchissant sur un support (300), - mise en place du film positionné sur le support au regard et à distance d’un substrat (100), et - charge électrique du film et/ou du substrat de façon à ce que le film se dépose sur le substrat par projection électrostatique. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Procédé et dispositif de fabrication d’une pièce optique réfléchissante pour afficheur tête-haute La présente invention concerne de manière générale le domaine des afficheurs tête-haute. Elle concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif de fabrication d’une pièce optique au moins partiellement réfléchissante destinée à être utilisée dans un afficheur tête-haute. Elle concerne aussi un afficheur tête-haute comprenant une pièce optique ainsi obtenue. Elle trouve une application particulièrement intéressante dans la fabrication des afficheurs tête-haute pour véhicules automobiles. Etat de la technique Le principe des afficheurs tête-haute pour véhicules est de projeter des informations utiles à la conduite directement dans le champ de vision du conducteur. Pour ce faire, les afficheurs tête-haute comportent en général : - un dispositif de génération d’images adapté à générer au moins une image, - un dispositif de renvoi d’images, et - une lame partiellement réfléchissante prévue pour projeter cette image dans le champ de vision du conducteur. Ils utilisent ainsi plusieurs pièces optiques réfléchissantes ou partiellement réfléchissantes pour permettre au conducteur de voir l’image projetée. A ce jour, compte tenu de leurs formes souvent complexes, ces pièces optiques sont généralement fabriquées en verre ou en matière plastique, puis revêtues d’une couche réfléchissante d’aluminium ou d’argent. Le dépôt final de la couche d’aluminium sur le verre ou le plastique rend les procédés de fabrication de ces pièces optiques couteux, longs et délicats, notamment car le procédé généralement utilisé est un dépôt en phase vapeur souvent appelé « PVD ». En outre, les pièces optiques réfléchissantes ainsi obtenues sont relativement fragiles, et nécessitent un traitement pour les protéger, lui aussi réalisé sous vide. Un autre problème qui affecte les afficheurs tête-haute est celui de l’échauffement. Les différents composants d’un tel afficheur sont en effet logés dans un boîtier de protection et ont tendance à chauffer. Une partie de la lumière du soleil se reflète en outre sur les pièces optiques de l’afficheur et rentre dans le boîtier, ce qui participe à cet échauffement. Enfin, cet échauffement est d’autant plus grand qu’on utilise actuellement des écrans de plus en plus grands pour générer les images. Présentation de l'invention Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose une solution simple à mettre en œuvre pour obtenir une pièce optique de très bonne qualité aussi bien en termes d’état de surface que de régularité de surface, et qui permet si nécessaire de réduire l’échauffement des composants logés dans le boîtier de protection. Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de fabrication d’une pièce optique au moins partiellement réfléchissante destinée à être utilisée dans un afficheur tête-haute, qui comporte des étapes de : - positionnement d’un film au moins partiellement réfléchissant sur un support, - mise en place du film positionné sur le support au regard et à distance d’un substrat, et de - charge électrique du film et/ou du substrat de façon à ce que le film se dépose sur le substrat par projection électrostatique . Par « charge électrique », on entend un ajout ou un retrait d’électrons. A titre d’exemple, on peut ainsi prévoir de charger positivement le film en lui retirant des électrons. Le déséquilibre en électrons du substrat par rapport au film permet alors de créer une force électrostatique qui attire le film vers le substrat. Plus généralement, selon l’invention, il est prévu de charger positivement et/ou négativement en électricité statique le film et/ou le substrat de façon à permettre à ces deux éléments de s’attirer mutuellement et de s’assembler. Cet assemblage est donc réalisé en appliquant sur le film des contraintes aussi réduites et aussi uniformes que possible, ce qui permet une dépose sans défaut du film sur son substrat. De ce fait, la régularité et l’état de surface de la pièce ainsi obtenue permet l’utilisation de cette dernière dans un afficheur tête-haute. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - le support présentant au moins une buse d’aspiration, à l’étape de positionnement, le film est placé sur le support et/ou maintenu sur le support en dépressurisant ladite buse d’aspiration ; - le support présentant au moins une buse d’éjection, à l’étape de charge, il est prévu de souffler un fluide au travers de ladite buse d’éjection ; - le support présentant plusieurs buses d’éjection, à l’étape de charge, il est prévu de souffler au travers des buses d’éjection selon un ordre prédéfini ; - après la dépose du film sur le substrat, une force mécanique est exercée pour comprimer le film contre le substrat ; - le film présente, du côté du substrat, une face revêtue au moins partiellement d’un adhésif ; - le substrat présente, du côté du film, une face revêtue au moins partiellement d’un adhésif ; - le substrat présente des parties évidées (ces parties évidées permettent l’aspiration du film à travers lui et/ou empêchent la formation de bulles d’air entre le film et le substrat) ; - à l’étape de charge, le film et le substrat sont placés dans une enceinte sous vide d’air ou à pression réduite par rapport à la pression atmosphérique. L’invention concerne aussi un dispositif de fabrication d’une pièce optique réfléchissante destinée à être utilisée dans un afficheur tête-haute, comportant : - un support adapté à recevoir un film au moins partiellement réfléchissant, - un élément de réception d’un substrat, mobile relativement au support de façon à pouvoir placer le film au regard et à distance du substrat, et - un moyen de mise en charge adapté à charger électriquement le film et/ou le substrat de telle sorte que le film puisse se déposer sur le substrat par projection électrostatique. Elle concerne également un afficheur tête-haute comportant : - un dispositif de génération d’images adapté à générer au moins une image, - un dispositif de renvoi d’images adapté à recevoir l’image générée par le dispositif de générations d’images, et - une lame partiellement réfléchissante adaptée à recevoir l’image renvoyée par le dispositif de renvoi d’images et à la renvoyer en direction d’un usager, au moins une pièce optique réfléchissante de cette afficheur étant obtenue selon un procédé tel que précité. Préférentiellement, le dispositif de renvoi d’images comporte un miroir de repliement et/ou un miroir de magnification, et la pièce optique réfléchissante est formée par le miroir de repliement et/ou par le miroir de magnification. Avantageusement, le substrat présente une forme courbe. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Description détaillée de l'invention De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où : représente schématiquement un afficheur tête-haute conforme à l’invention ; est une vue schématique en perspective éclatée de composants utiles à la fabrication d’un élément optique de l’afficheur tête-haute de la figure 1 ; et est une vue schématique en perspective de composants représentés sur la figure 2, en position d’utilisation. Sur la figure 1, on a représenté les éléments principaux d’un afficheur tête-haute 10 destiné à équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile, un train, un bateau tel qu’une péniche, un tramway, un bus ou un véhicule aérien. De préférence, un tel afficheur tête-haute 10 équipe un véhicule automobile tel qu’une voiture ou un camion. Cet afficheur tête-haute 10 sera décrit ci-après dans ce contexte. Un tel afficheur tête-haute 10 est adapté à créer une image virtuelle Img dans le champ de vision d’un conducteur du véhicule, de sorte que le conducteur puisse voir cette image virtuelle Img et les informations éventuelles qu’elle contient sans avoir à détourner le regard de la route. A cet effet, l’afficheur tête-haute 10 comprend un dispositif de génération d’images 11 adapté à générer au moins une image, et un dispositif de renvoi d’images 12 adapté à transmettre ladite image générée en direction d’une lame partiellement réfléchissante 20 placée dans le champ de vision du conducteur. Cette lame partiellement réfléchissante 20 est une lame partiellement transparente dédiée 1. Autrement dit, l’expression « lame partiellement réfléchissante» désigne ici une lame présentant un niveau de transparence non nul. Cette lame est plus communément appelée combineur. Elle est ici placée entre le parebrise 1 du véhicule et les yeux du conducteur et permet de renvoyer en direction du conducteur une partie au moins de la lumière produite par le dispositif de génération d’images 11. L’image virtuelle Img, formée dans le champ de vision du conducteur par la lame partiellement réfléchissante 20, est située à l’opposé du conducteur par rapport à la lame partiellement réfléchissante 20, par exemple à quelques mètres devant la lame partiellement réfléchissante 20. En variante (non représentée), la lame partiellement réfléchissante pourrait être confondue avec le parebrise 1 du véhicule, le parebrise 1 du véhicule présentant alors la fonction de combineur. Le dispositif de génération d’images 11 comporte ici un écran tel qu’un écran à cristaux liquides (ou LCD pour « Liquid Crystal Display ») à transistors en couche mince (ou TFT pour « Thin Film Transistor »), rétro-éclairé par une source de lumière comportant par exemple des LEDs. En variante (non représentée), le dispositif de génération d’image pourrait aussi être de type laser à balayage, de type lumière à traitement numérique ou DLP (pour « Digital Light Processing ») notamment commercialisé par Texas Instrument®, ou encore de type holographique. Le dispositif de renvoi d’images 12 comprend ici un miroir de repliement 14 et un miroir de magnification 13 agencés de manière à réfléchir les images générées par le dispositif de génération d’images 11 en direction du combineur 20. Ici, le miroir de repliement 14 est un miroir plan. Il est utilisé pour augmenter la compacité de l’afficheur tête-haute 10. Il permet en effet de placer le dispositif de génération d’images 11 dans la position souhaitée. Le miroir de magnification 13, qui peut également être appelé « miroir grossissant » ou « miroir d’agrandissement », est en revanche un miroir courbe qui permet non seulement d’optimiser la compacité de l’afficheur, mais aussi de modifier la taille de l’image vue par le conducteur. Il est notamment utilisé lorsque l’écran du dispositif de génération d’images 11 est de grande taille (pour une application d’affichage tête-haute). En variante, le dispositif de renvoi d’images pourrait comprendre un seul miroir ou plus de deux miroirs plans ou courbes, réfléchissants ou semi-réfléchissants, et/ou d’autres éléments optiques tels qu’une lentille par exemple. On s’intéresse ici plus particulièrement au procédé de fabrication d’un des éléments optiques réfléchissant ou partiellement réfléchissant de l’afficheur tête-haute 10, tel que le miroir de repliement 14 et/ou le miroir de magnification 13 et/ou le combineur 20. On parlera ci-après de « miroir » pour désigner l’un et/ou l’autre de ces éléments optiques. En l’espèce, l’invention s’appliquera particulièrement bien à la fabrication du miroir de magnification 13, du fait que ce dernier présente une courbure complexe et qu’il n’est donc pas possible de le fabriquer en utilisant un procédé simple du type laminage.. Le miroir est, dans le cadre de l’invention, fabriqué en deux parties à assembler, à savoir un film 200 et un substrat 100. Le substrat 100 est plus rigide que le film 200 qui est souple. Il est donc utilisé pour recevoir le film 200 et pour lui imposer une forme particulière (plane ou courbe). Le film 200 est quant à lui prévu pour présenter des propriétés optiques utiles, telles qu’un coefficient de réflexion et un coefficient de transmission de la lumière adaptés à l’utilisation qui sera faite du miroir. Deux exemples de films seront donnés à la fin de cet exposé. Ici, on considérera que le film 200 présente une face revêtue au moins partiellement d’un adhésif et une face opposée adaptée si nécessaire à recevoir des traitements optiques. Le substrat 100 et le film 200 sont tous deux fabriqués en matière plastique. Pour fabriquer un tel miroir, on utilise un dispositif de fabrication (voir figure 2) comportant principalement un support 300 prévu pour supporter initialement le film 200, un élément de réception 400 pour le substrat 100, et des moyens de charge électrique. Comme cela apparait sur la figure 3, le support 300 présente une forme de plaque dont l’une des faces présente une forme sensiblement identique, en négatif, à celle de la face du substrat 100 qui est prévue pour recevoir le film 200. Grâce à cette forme, le support 300 peut recevoir le film 200 en lui imposant de prendre la forme qu’il devra présenter lorsqu’il aura été placé sur le substrat 100. Par ailleurs, cette forme permet, avant la projection du film 200 sur le substrat 100, de placer le film 200 à une distance du substrat 100 qui est constante sur l’ensemble de la surface de ce film 200. Ceci permet de s’assurer qu’au moment de sa projection, le film viendra au contact du substrat sur l’ensemble de sa surface, en un seul et même instant. Le support 300 présente préférentiellement de multiples ouvertures ci-après appelées buses d’aspiration 302 et buses d’éjection 301, qui le traversent de part en part. Les buses d’aspiration 302 et d’éjection 301 sont ici formées par des trous cylindriques de révolution. Le diamètre des buses d’aspiration 302 est inférieur à celui des buses d’éjection 301. Ce support 300 est prévu pour être connecté à une pompe permettant de dépressuriser chaque buse d’aspiration 302 en aspirant l’air qui s’y trouve et à un souffleur permettant de souffler de l’air au travers des buses d’éjection 302. L’élément de réception 400 est quant à lui conçu pour recevoir le substrat 100 du miroir de façon stable. Des moyens de déplacement sont prévus de façon à pouvoir amener le substrat 100 en regard et à distance du film 200. Les moyens de charge électrique sont prévus pour charger positivement ou négativement le film et/ou le substrat. Ils comportent en l’espèce un générateur de haute tension continue qui est connecté par une borne au support 300 et par l’autre au substrat 100, ce qui permet ici de charger positivement le film 200 en lui retirant des électrons. La fonction des différents composants du dispositif de fabrication apparaîtra plus explicitement à la lecture de la suite de cet exposé, qui porte sur le procédé de fabrication du miroir. Ce procédé de fabrication comporte au moins trois étapes successives. La première étape consiste à positionner le film 200 sur le support 300 du dispositif de fabrication et le substrat 100 sur l’élément de réception 400 (voir figure 2). On peut envisager différentes solutions pour faciliter ce positionnement puis pour permettre le maintien du film sur le support 300. Ici, le support 300 est équipé d’une pompe permettant de dépressuriser chaque buse d’aspiration 302 en aspirant l’air qui s’y trouve. Cette dépressurisation permet ainsi de maintenir le film sur le support 300 tout en permettant d’ajuster manuellement la position relative de ces deux éléments. Une fois le film ajusté et maintenu sur le support 300, il est prévu de déplacer le support 300 par rapport à l’élément de réception 400 de façon à placer le film 200 au regard et à distance non nulle de la face du substrat 100 sur laquelle on souhaite l’y déposer. Cette étape est par exemple mise en œuvre en profitant de la mobilité du substrat 300 par rapport à l’élément de réception 400. La distance à laquelle le film 200 est placé du substrat 100 est choisie en fonction de la différence de potentiels appliquée par le générateur de haute tension. L’objectif est que cette différence de potentiels soit la plus grande possible pour générer une force électrostatique maximale, mais que cette différence de potentiels ne génère pas d’arc électrique. Généralement, la distance en millimètres sera choisie strictement supérieure à la différence de potentiels appliquée en kilovolts. Par exemple, si on travaille à tension réduite, on pourra placer le film 200 à une distance du substrat 100 égale à 4 mm si la différence de potentiels appliquée est égale à 3 kV. A l’inverse, si on travaille à tension élevée, on pourra placer le film 200 à une distance du substrat 100 égale à 70 mm si la différence de potentiels appliquée est égale à 60 kV. En pratique, la distance utilisée sera comprise entre 1 mm et 10 cm. Sur la figure 3, on a représenté le film 200 à une distance très réduite du substrat 100, si bien qu’ils paraissent au contact l’un de l’autre alors qu’un espace les sépare. La troisième étape consiste à charger électriquement le film 200 et/ou le substrat 100. L’objectif de cette étape est de créer un déséquilibre électrostatique entre le film 200 et le substrat 100 de telle façon à ce que ces deux éléments soient attirés l’un vers l’autre. On peut ainsi par exemple décharger le film 200 en électron. En variante, on pourrait décharger plutôt le substrat 100. On pourrait aussi choisir de charger l’un de ces deux éléments en électrons. Encore en variante, on pourrait choisir de décharger l’un de ces éléments et de charger l’autre. Quoi qu’il en soit, le film 200 se déplace alors et se dépose naturellement sur le substrat 100. On parle de « projection électrostatique » du film 200 sur son substrat 100. Le film présentant ici une face revêtue entièrement d’un adhésif, il se colle alors naturellement sur le substrat 100. Ici, le substrat est dépourvu d’adhésif mais, en variante, on pourrait prévoir qu’il en porte. Dans cette variante, on pourrait prévoir que le film en soit alors dépourvu. En complément, on peut prévoir, au moment où se produit la projection électrostatique, d’aider le film 200 à se décoller de son support 300 en éjectant un flux d’air au travers des buses d’éjection 301 du support 300, grâce au souffleur. Un raffinement consiste, pour éviter l’apparition de bulles d’air entre le film 200 et le substrat 100, à prévoir un séquençage dans le soufflage d’air au travers de ces buses. On peut ainsi commencer par souffler de l’air d’abord dans les buses d’éjection 301 situées au centre du support 300, puis ensuite au travers de toutes les buses d’éjection. Ceci permet en effet de ramener l’air initialement situé entre le substrat 100 et le film 200 vers l’extérieur avant que la périphérie du film 200 ne se colle au substrat 100. En variante, pour éviter l’apparition de bulles d’air, on pourrait placer le film 200 et le substrat 100 dans une enceinte dans laquelle la pression est inférieure à la pression atmosphérique, voire dans une enceinte sous vide d’air. Encore en variante et toujours dans ce même but, on pourrait prévoir que la face du support 300 portant initialement le film 200 présente une forme différente de celle du substrat 100. Ainsi, on pourrait prévoir que la distance entre le film 200 (situé sur le support 300) et le substrat 300 ne soit pas identique en tout point, mais qu’elle soit plus faible au centre du film 200 qu’à sa périphérie. De cette façon, la force électrostatique sera plus grande au centre du film, si bien que ce dernier se collera au substrat 300 d’abord par sa partie centrale. Selon une autre variante de l’invention, après la dépose du film 200 sur le substrat 100, on peut ensuite prévoir d’exercer à l’aide d’une presse ou du support 300 une force mécanique sur le film 200 et le substrat 100 de manière à les comprimer l’un sur l’autre, de préférence avec une force s’appliquant uniformément sur le film 200. Quelle que soit la méthode utilisée, on obtient grâce à ce procédé de fabrication un miroir ayant une surface optique au moins partiellement réfléchissante qui présente une valeur d’état de surface inférieure ou égale à 100 micromètres et idéalement inférieure ou égale à 50 micromètres. L’état de surface (ou tolérance de profil surfacique TPS) est considérée selon la norme ISO 1101. La surface optique réfléchissante présente aussi une rugosité inférieure ou égale à 50 nanomètres (nm), idéalement inférieure ou égale à 10 nm. La rugosité correspond, à partir d’une coupe schématique de la surface, à la moyenne arithmétique des écarts de cette surface par rapport à la ligne moyenne, la ligne moyenne étant la ligne imaginaire séparant la surface de sorte que, dans la coupe, les surfaces situées au-dessus de la ligne moyenne sont égales aux surfaces situées sous la ligne moyenne. A ce stade de la description, on peut donner deux exemples de film 200 utilisables dans une application d’afficheur tête-haute. Le film 200 peut comporter une couche CMF (de l’anglais « Cold Mirror Film ») tel que commercialisée par la société 3M®. Un tel film 200 permet de laisser passer l’infra-rouge proche et de ne renvoyer que la partie visible de la lumière, ce qui réduit les phénomènes d’échauffement dans l’afficheur tête-haute dus à la lumière du soleil. En effet, la partie infrarouge de la lumière du soleil ne peut alors plus pénétrer dans le boîtier de protection de l’afficheur tête-haute jusqu’au dispositif de génération d’images 11. En variante ou en complément, le film peut comporter une couche RPM (de l’anglais Reflective Polarizer Film) tel que commercialisée par la société 3M®. Ce film permet de ne refléter que la lumière polarisée issues de l’écran du dispositif de génération d’images 11. On peut prévoir d’utiliser ces deux couches en superposition l’une sur l’autre, ou chacune sur l’un des deux miroirs 13, 14 du dispositif de renvoi d’images 12. En variante, on pourrait utiliser tout autre type de film ayant des propriétés intéressantes dans le cadre de la fabrication d’un afficheur tête-haute. Procédé de fabrication d’une pièce optique au moins partiellement réfléchissante (13 ; 14) destinée à être utilisée dans un afficheur tête-haute (10), caractérisé en ce qu’il comporte des étapes de : - positionnement d’un film (200) au moins partiellement réfléchissant sur un support (300), - mise en place du film (200) positionné sur le support (300) au regard et à distance d’un substrat (100), et de - charge électrique du film (200) et/ou du substrat (100) de façon à ce que le film (200) se dépose sur le substrat (100) par projection électrostatique. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel le support (300) présentant au moins une buse d’aspiration (302), à l’étape de positionnement, le film (200) est placé sur le support (300) et/ou maintenu sur le support (300) en dépressurisant ladite buse d’aspiration (302). Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le support (300) présentant au moins une buse d’éjection (301), à l’étape de charge, il est prévu d’éjecter un fluide au travers de ladite buse d’éjection. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel le support (300) présentant plusieurs buses d’éjection (301) , à l’étape de charge, il est prévu de souffler au travers des buses d’éjection (301) selon un ordre prédéfini. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, après la dépose du film (200) sur le substrat (100), une force mécanique est exercée pour comprimer le film (200) contre le substrat (100). Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le film (200) présente, du côté du substrat (100), une face revêtue au moins partiellement d’un adhésif. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, à l’étape de charge, le film (200) et le substrat (100) sont placés dans une enceinte sous vide d’air ou à pression réduite par rapport à la pression atmosphérique. Dispositif de fabrication d’une pièce optique au moins partiellement réfléchissante (13 ; 14) destinée à être utilisée dans un afficheur tête-haute (10), comportant : - un support (300) adapté à recevoir un film (200) au moins partiellement réfléchissant, - un élément de réception d’un substrat (100), qui est mobile relativement au support (300) de façon à pouvoir placer le film (200) au regard et à distance du substrat (100), et - des moyens de mise en charge adaptés à charger électriquement le film (200) et/ou le substrat (100) de telle sorte que le film (200) puisse se déposer sur le substrat (100) par projection électrostatique. Afficheur tête-haute (1) comportant : - un dispositif de génération d’images (11) adapté à générer au moins une image, - un dispositif de renvoi d’images (12) adapté à recevoir l’image générée par le dispositif de générations d’images (11), et - une lame partiellement réfléchissante (20) adaptée à recevoir l’image renvoyée par le dispositif de renvoi d’images (12) et à la renvoyer dans le champ de vision d’un usager, caractérisé en ce que l’afficheur tête haute (10) comporte au moins une pièce optique réfléchissante (13 ;14) obtenue selon un procédé conforme à l’une des revendications 1 à 7. Afficheur tête-haute (10) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de renvoi d’images (12) comporte un miroir de repliement (14) et/ou un miroir de magnification (13) et dans lequel la pièce optique réfléchissante (13 ; 14) est formée par le miroir de repliement (14) ou par le miroir de magnification (13). Afficheur tête-haute (10) selon l’une des deux revendications précédentes, dans lequel le substrat (100) présente une forme courbe.