Brevet FR3109224A1 — publié le 20211015

L’invention concerne un système d'affichage tête haute apte à générer au moins un premier faisceau lumineux source porteur d’informations se réfléchissant sur un élément en direction du conducteur de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une première image virtuelle (V1) positionnée dans son champ de vision à une première distance prédéterminée de ses yeux, et un deuxième faisceau lumineux source porteur d’informations se réfléchissant sur ledit élément en direction du conducteur de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une deuxième image virtuelle (V2) positionnée dans son champ de vision à une seconde distance prédéterminée plus proche de ses yeux, ledit système étant configuré de sorte que ladite première image virtuelle (V1) comprenne un bandeau principal (BP1) ainsi qu’une excroissance (E1) s’étendant dans le prolongement inférieur d’au moins la zone centrale dudit bandeau, ladite deuxième image virtuelle (V2) s’étendant sous une zone latérale de ce bandeau. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 3 Système d’affichage tête haute pour véhicule générant deux images virtuelles au devant du pare-brise La présente invention concerne de manière générale un système d’affichage tête-haute pour véhicule ainsi qu’un véhicule muni d’un tel dispositif. Dans le cadre de l'amélioration de la sécurité routière, les constructeurs d'automobiles utilisent depuis quelques années des dispositifs d'affichage conçus selon le principe de la vision à tête haute mis en œuvre depuis plusieurs décennies dans l'aviation. Les dispositifs d'affichage à vision à tête haute ou (ATH pour Afficheur Tête Haute ou HUD pour Head Up Display) permettent de projeter une information dans le champ de vision du conducteur devant le véhicule automobile afin que le conducteur du véhicule automobile puisse lire cette information sans quitter des yeux l'espace devant le véhicule automobile. En même temps, l'information peut être lue sans modification de l'accommodation des yeux du conducteur du véhicule. Un tel dispositif d’affichage comporte classiquement un module de projection apte à générer un faisceau lumineux source porteur d’informations, ainsi qu’un élément réfléchissant apte à réfléchir ledit faisceau lumineux vers le conducteur de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une image virtuelle positionnée dans son champ de vision au devant dudit pare-brise et à une certaine distance prédéterminée de ses yeux. Suivant les dispositifs d’affichage tête haute, l’élément réfléchissant est constitué soit par le pare-brise du véhicule, soit par une lame indépendante de ce pare-brise et saillant de la planche de bord. On connaît de l’art antérieur et en particulier du document EP 2 960 095 A1 des systèmes d’affichage tête-haute comportant deux modules de projection aptes à générer respectivement un premier et un second faisceaux lumineux sources porteurs d’information en direction du pare-brise du véhicule. Ces deux faisceaux sont réfléchis vers les yeux du conducteur par le pare-brise de telle sorte à former une première et une seconde images virtuelles se trouvant dans le champ de vision de ce conducteur au devant dudit pare-brise et positionnées à des distances différentes de ses yeux. Dans un tel système d’affichage tête haute, la première image virtuelle proche affiche généralement des informations textuelles, par exemple la vitesse du véhicule, la limitation de vitesse sur la route parcourue par le véhicule ainsi que la direction à prendre, comme une flèche et une distance. La seconde image virtuelle affiche quant à elles des informations non textuelles de type « réalité augmentée » se matérialisant par des flèches ou des encadrements intégrés à la scène routière. Dans certains cas de figure, des informations contenues dans cette seconde image virtuelle peuvent venir se superposer avec des informations contenues dans la première image virtuelle, ce qui a tendance à perturber le conducteur. Afin d’éviter ces situations, le document US 2017/0199378 A1 divulgue un tel système d’affichage tête haute configuré de sorte que les deux images virtuelles ne se chevauchent pas. Plus précisément, la première image virtuelle plus éloignée comprend un bandeau principal s’affichant au dessus de ladite deuxième image virtuelle, tandis que cette deuxième image virtuelle plus proche comprend un bandeau inférieur s’affichant au dessous de ladite première image virtuelle, la zone verticale intermédiaire du champ de vision séparant ces deux bandeaux étant découpée en plusieurs portions appartenant à l’une ou l’autre des dites première ou deuxième images virtuelles. En limitant la surface d’affichage de l’image virtuelle la plus éloignée, une telle configuration a toutefois pour inconvénient d’empêcher l’affichage d’informations non textuelles de type « réalité augmentée » dans la partie basse du champ de vision du conducteur où se trouvent les objets environnants les plus proches du véhicule (autres véhicules, piétons, etc…) pour lesquels ces informations en « réalité augmentée » sont les plus essentielles afin d’alerter le conducteur des dangers immédiats. La présente invention vise donc à améliorer la situation. Elle propose à cet effet un système d'affichage tête haute pour véhicule apte à générer au moins : - un premier faisceau lumineux source porteur d’informations se réfléchissant sur un élément réfléchissant en direction du conducteur de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une première image virtuelle positionnée dans son champ de vision au devant du pare-brise et à une première distance prédéterminée de ses yeux, et - un deuxième faisceau lumineux source porteur d’informations se réfléchissant sur ledit élément réfléchissant en direction du conducteur de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une deuxième image virtuelle positionnée dans son champ de vision au devant du pare-brise et à une seconde distance prédéterminée de ses yeux inférieure à ladite première distance, ledit système étant configuré de sorte que lesdites première et deuxième image virtuelles ne se superposent pas dans le champ de vision dudit conducteur et de sorte que ladite première image virtuelle comprenne un bandeau principal s’affichant au dessus de ladite deuxième image virtuelle ; caractérisé en ce que ledit système est en outre configuré de sorte que ladite première image virtuelle comprenne également une excroissance s’étendant dans le prolongement inférieur d’au moins la zone centrale dudit bandeau principal, et en ce que ladite deuxième image virtuelle s’étende sous une zone latérale dudit bandeau principal de ladite première image virtuelle. Une telle configuration d’affichage permet à la première image virtuelle la plus éloignée fournissant généralement des informations non textuelles de type « réalité augmentée » de couvrir la partie centrale basse du champ de vision du conducteur où se trouvent les objets environnants les plus proches du véhicule (autres véhicules, piétons, etc…), de sorte à alerter le conducteur des dangers les plus immédiats. Selon des caractéristiques préférées dudit système d’affichage selon l’invention : - ledit système comporte un unique module de projection comprenant un projecteur générant lesdits premier et deuxième faisceaux lumineux à partir d’une même image source, un premier miroir concave grossissant agencé de manière à renvoyer uniquement ledit premier faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant, et un deuxième miroir concave grossissant agencé de manière à renvoyer uniquement ledit deuxième faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant ; - ledit module de projection est équipé d’un masque pourvu de cloisons de séparation permettant de séparer le faisceau initial généré par ledit projecteur en les au moins dits premier et deuxième faisceaux ; - ledit système comporte un premier module de projection comprenant un premier projecteur générant ledit premier faisceau lumineux ainsi qu’un premier miroir concave grossissant agencé de manière à renvoyer ledit premier faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant, et un deuxième module de projection comprenant un deuxième projecteur générant ledit deuxième faisceau lumineux ainsi qu’un deuxième miroir concave grossissant agencé de manière à renvoyer ledit deuxième faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant ; - ledit premier miroir concave grossissant comprend au moins une découpe ménagée au niveau de l’un de ses coins et dans laquelle est disposée ledit deuxième miroir concave grossissant ; - ledit système est également apte à générer un troisième faisceau lumineux source porteur d’informations se réfléchissant sur ledit élément réfléchissant en direction du conducteur de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une troisième image virtuelle positionnée dans son champ de vision au devant du pare-brise à ladite seconde distance prédéterminée de ses yeux, lesdites première, deuxième et troisième images virtuelles étant en outre agencées de sorte à ne pas ne superposer dans le champ de vision dudit conducteur, lesdits deuxième et troisième images virtuelles s’étendant sous les deux zones latérales dudit bandeau principal de ladite première image virtuelle et de part et d’autre de ladite excroissance ; - ledit module de projection comporte également un troisième miroir concave grossissant agencé de manière à réfléchir uniquement ledit troisième faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant ; - ledit système comporte un troisième module de projection comprenant un troisième projecteur générant ledit troisième faisceau lumineux ainsi qu’un troisième miroir concave grossissant agencé de manière à renvoyer ledit troisième faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant ; et/ou - ledit élément réfléchissant est constitué par le pare-brise dudit véhicule. L’invention vise également sous un second aspect un véhicule automobile comportant un tel système d'affichage tête haute. L’exposé de l’invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée d’un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : représente une vue schématique d’un système d’affichage tête haute pour véhicule automobile conforme à un premier mode de réalisation de l’invention ; est une vue schématique en perspective illustrant, selon ce premier mode de réalisation, les cônes d’émission des faisceaux lumineux générant les différentes images virtuelles entre le module de projection unique et les différents miroirs concaves sur lesquels ces faisceaux se reflètent ; illustre la manière dont les différentes images virtuelles générées par le système de la figure 1 sont vues par le conducteur au travers du pare-brise ; et illustre une configuration d’affichage différente conforme à une variante de réalisation de l’invention. La figure 1 représente une vue schématique d’une partie de planche de bord 2 d’un véhicule automobile intégrant un système d’affichage tête haute 100 selon un premier mode préféré de réalisation de l’invention. Dans la description qui va suivre et par convention, les termes « avant », « arrière », « inférieur », « supérieur », « longitudinal » et « transversal » seront définis par rapport à la position de montage de ce système d’affichage 100 dans le véhicule. Ce système 100 comporte un unique module de projection 110 logé dans un boîtier 3 ménagé sous la planche de bord 2, ainsi qu’un élément réfléchissant 120 et apte à réfléchir une partie des rayons lumineux provenant de ce module de projection 110 vers les yeux Y du conducteur du véhicule automobile. Tel qu’illustré sur la figure 1, l’élément réfléchissant 120 est constitué par le pare-brise 5 du véhicule présentant un taux de réflexion compris par exemple entre 5 et 10 %. Le module de projection 110 comporte un projecteur 111 comprenant une source lumineuse (par exemple, une diode laser ou une LED de forte puissance) émettant un faisceau dirigé vers un panneau afficheur 112 (par exemple, une dalle LCD ou une matrice de micro-miroirs DMD) représenté schématiquement sur la figure 2 et affichant une image source S découpée en trois zones Z1, Z2, Z3 contenant chacune des informations à projeter. Tel qu’illustré schématiquement sur la figure 1, ce module de projection 110 est équipé d’un masque 113 pourvu de plusieurs cloisons de séparation accolées contre le panneau afficheur 112 permettant de séparer le faisceau initial en trois faisceaux lumineux distincts F1, F2, F3 porteurs chacun des informations contenues dans une zone correspondante Z1, Z2, Z3 de l’image source S (figure 2). Le module de projection 110 comprend également : - un premier miroir concave grossissant 114 agencé de manière à renvoyer uniquement et avec un grossissement prédéterminé le premier faisceau lumineux F1 vers le pare-brise 5 sur lequel ce faisceau F1 se réfléchit en direction du conducteur, de sorte que ce dernier perçoive les informations y étant contenues dans une première image virtuelle V1 positionnée dans son champ de vision au devant de ce pare-brise 5 et à une première distance prédéterminée d1 de ses yeux, cette dernière étant supérieure à 5 mètres et avantageusement comprise entre 8 et 10 mètres ; - un deuxième miroir concave grossissant 115 agencé de manière à renvoyer uniquement et avec un grossissement prédéterminé le deuxième faisceau lumineux F2 vers le pare-brise 5 sur lequel ce faisceau F2 se réfléchit en direction du conducteur, de sorte que ce dernier perçoive les informations y étant contenues dans une deuxième image virtuelle V2 positionnée dans son champ de vision au devant de ce pare-brise 5 et à une seconde distance prédéterminée d2 de ses yeux Y, inférieure à la première distance d1 et avantageusement comprise entre 1,5 et 3 mètres (préférentiellement, entre 2 et 3 mètres) ; et - un troisième miroir concave grossissant 116 agencé de manière à renvoyer uniquement et avec un grossissement prédéterminé le troisième faisceau lumineux F3 vers le pare-brise 5 sur lequel ce faisceau F3 se réfléchit en direction du conducteur, de sorte que ce dernier perçoive les informations y étant contenues dans une troisième image virtuelle V3 positionnée dans son champ de vision au devant de ce pare-brise 5 et à la seconde distance prédéterminée d2 de ses yeux Y. Sensiblement identiques et de forme rectangulaire, les deux miroirs concaves grossissant 115, 116 sont nettement plus petits que le miroir concave grossissant 114. De forme globalement rectangulaire, ce dernier comprend deux découpes rectangulaires ménagées à ses deux coins supérieurs et dans lesquelles sont disposées symétriquement ces deux miroirs concaves grossissants 115, 116 (figure 2). Afin de permettre aux faisceaux lumineux F1, F2, F3 générés par le module de projection 110 de traverser la planche de bord 2, cette dernière présente une ouverture 6 à l’aplomb de ce module de projection 110, cette ouverture 6 étant avantageusement obturée par un élément de couverture transparent (non représenté) éventuellement recouvert sur l’une de ces faces d’un revêtement réfléchissant les rayons infrarouges afin que ces derniers ne puissent atteindre ce module le projection 110 de sorte à limiter sa montée en température. Tel qu’illustré par la figure 3, les informations contenues dans l’image virtuelle V1 sont de type « réalité augmentée », c'est-à-dire qu’elles sont constituées par des indications non textuelles I1 (lignes, flèches encadrements, etc..) venant se superposer visuellement sur des objets environnants du monde réel (véhicules, lignes de démarcation de voies de circulation, marques de signalisation au sol, etc…) situés dans le champ de vision du conducteur. Les informations I2 et I3 contenues dans les images virtuelles V2 et V3 sont essentiellement des informations textuelles reprenant celles que l’on trouve habituellement sur le combiné d’instruments du véhicule, telles que notamment la vitesse maximale autorisée sur la voie de circulation empruntée, le nombre de kilomètres effectués depuis la dernière mise à zéro du compteur kilométrique journalier ou encore l'autonomie du véhicule en terme de quantité de carburant ou de kilomètre. Ces images virtuelles V2, V3 peuvent également comprendre des informations précisant la direction à prendre (telles qu’une flèche associée à une distance comme illustré sur la partie droite de cette figure 3), des alertes relatives aux distances de sécurité ou au respect de la voie de circulation, ou encore des aides au stationnement. Les trois miroirs concaves grossissants 114, 115, 116 sont en outre agencés de sorte que les trois images virtuelles V1, V2, V3 ne se superposent pas dans le champ de vision du conducteur et se présentent conformément à la représentation illustrée par la figure 3. Tel qu’illustré sur cette figure 3, la première image virtuelle V1 comprend un bandeau rectangulaire principal BP1 ainsi qu’une excroissance rectangulaire E1 s’étendant dans le prolongement inférieur de la zone centrale de ce bandeau BP1, avantageusement jusqu’à proximité de l’extrémité inférieure du champ de vision du conducteur au travers du pare-brise 5. De forme rectangulaire et de dimensions identiques, les deuxième et troisième images virtuelles V2 et V3 s’étendent quant à elles symétriquement sous les deux zones latérales du bandeau principal supérieur BS1, de part et d’autre de l’excroissance inférieure E1 qu’elles jouxtent latéralement chacune par un côté respectif. Selon des variantes de réalisation de l’invention, le module de projection comprend un ou plusieurs miroirs de repliement plats interposés chacun entre le projecteur et un miroir concave grossissant correspondant de sorte à réduire le volume occupé par ce module de projection. Selon d’autres variantes de réalisation, l’image source du panneau afficheur est découpée en seulement deux zones de sorte que le module de projection génère uniquement un premier et un deuxième faisceaux lumineux renvoyés respectivement par un premier et un deuxième miroirs concaves grossissants en direction du pare-brise. Ces deux miroirs concaves grossissants sont en outre agencés de sorte que les deux images virtuelles V1’, V2’ formées respectivement à la distance d1 et à la distance d2 des yeux du conducteur ne se superposent pas dans son champ de vision et se présentent conformément à la représentation illustrée par la figure 4. Tel qu’illustré sur cette figure 4, la première image virtuelle V1’ comprend un bandeau rectangulaire principal BP1’ ainsi qu’une excroissance rectangulaire inférieure E1’ s’étendant dans le prolongement inférieur de la zone centrale et de la zone latérale droite de ce bandeau BP1’, avantageusement jusqu’à proximité de l’extrémité inférieure du champ de vision du conducteur au travers du pare-brise 5. De forme rectangulaire, la deuxième image virtuelle V2’ s’étend quant à elle sous la zone latérale gauche du bandeau principal supérieur BP1’ en jouxtant latéralement l’excroissance inférieure E1’. Selon d’autres modes de réalisation non représentés, les configurations des figures 3 et 4 peuvent être obtenues à partir d’un système d’affichage tête-haute de type différent comprenant plusieurs modules de projection configurés pour générer les différentes images virtuelles V1, V2, V3 ou V1’, V2’, chacun de ces modules de projection comprenant un projecteur (doté d’un panneau afficheur) couplé à au moins un miroir concave grossissant. La configuration de la figure 4 peut ainsi par exemple être obtenue à partir d’un système d’affichage comportant : - un premier module de projection comprenant un premier projecteur générant un premier faisceau lumineux, ainsi qu’un premier miroir concave grossissant agencé de manière à renvoyer ce premier faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant pour produire l’image virtuelle V1’ ; et - un deuxième module de projection comprenant un deuxième projecteur générant un deuxième faisceaux lumineux, ainsi qu’un troisième miroir concave grossissant agencé de manière à renvoyer respectivement ledit deuxième faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant pour produire l’image virtuelle V2’. Système d'affichage tête haute pour véhicule apte à générer au moins : - un premier faisceau lumineux source (F1) porteur d’informations se réfléchissant sur un élément réfléchissant (120) en direction du conducteur de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une première image virtuelle (V1 ; V1’) positionnée dans son champ de vision au devant du pare-brise (5) et à une première distance prédéterminée (d1) de ses yeux (Y), et - un deuxième faisceau lumineux source (F2) porteur d’informations se réfléchissant sur ledit élément réfléchissant (120) en direction du conducteur de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une deuxième image virtuelle (V2 ; V2’) positionnée dans son champ de vision au devant du pare-brise (5) et à une seconde distance prédéterminée (d2) de ses yeux (Y) inférieure à ladite première distance (d1), ledit système étant configuré de sorte que lesdites première et deuxième image virtuelles (V1, V2 ; V1’, V2’) ne se superposent pas dans le champ de vision dudit conducteur et de sorte que ladite première image virtuelle (V1 ; V1’) comprenne un bandeau principal (BP1 ; BP1’) s’affichant au dessus de ladite deuxième image virtuelle (V2 ; V2’) ; caractérisé en ce que ledit système est en outre configuré de sorte que ladite première image virtuelle (V1 ; V1’) comprenne également une excroissance (E1 ; E1’) s’étendant dans le prolongement inférieur d’au moins la zone centrale dudit bandeau principal (BP1 ; BP1’), et en ce que ladite deuxième image virtuelle V2 ; V2’) s’étende sous une zone latérale dudit bandeau principal (BP1 ; BP1’) de ladite première image virtuelle. Système d'affichage tête haute pour véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte un unique module de projection (110) comprenant : - un projecteur (111) générant lesdits premier et deuxième faisceaux lumineux (F1, F2) à partir d’une même image source (S) ; - un premier miroir concave grossissant (114) agencé de manière à renvoyer uniquement ledit premier faisceau lumineux (F1) en direction dudit élément réfléchissant (120) ; et - un deuxième miroir concave grossissant (115) agencé de manière à renvoyer uniquement ledit deuxième faisceau lumineux (F2) en direction dudit élément réfléchissant (120). Système d'affichage tête haute pour véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit module de projection est équipé d’un masque (113) pourvu de cloisons de séparation permettant de séparer le faisceau initial généré par ledit projecteur (111) en les au moins dits premier et deuxième faisceaux (F1, F2). Système d'affichage tête haute pour véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte : - un premier module de projection comprenant un premier projecteur générant ledit premier faisceau lumineux ainsi qu’un premier miroir concave grossissant agencé de manière à renvoyer ledit premier faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant ; et - un deuxième module de projection comprenant un deuxième projecteur générant ledit deuxième faisceau lumineux ainsi qu’un deuxième miroir concave grossissant agencé de manière à renvoyer ledit deuxième faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant. Système d'affichage tête haute pour véhicule selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit premier miroir concave grossissant (114) comprend au moins une découpe ménagée au niveau de l’un de ses coins et dans laquelle est disposée ledit deuxième miroir concave grossissant (115). Système d'affichage tête haute pour véhicule selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il est également apte à générer un troisième faisceau lumineux (F3) source porteur d’informations se réfléchissant sur ledit élément réfléchissant en direction du conducteur de sorte que celui-ci perçoive lesdites informations dans une troisième image virtuelle (V3) positionnée dans son champ de vision au devant du pare-brise (5) à ladite seconde distance prédéterminée (d2) de ses yeux (Y), lesdites première, deuxième et troisième images virtuelles (V1, V2, V3) étant en outre agencées de sorte à ne pas ne superposer dans le champ de vision dudit conducteur, lesdits deuxième et troisième images virtuelles (V2, V3) s’étendant sous les deux zones latérales dudit bandeau principal (BP1) de ladite première image virtuelle (V1) et de part et d’autre de ladite excroissance (E1). Système d'affichage tête haute pour véhicule selon les revendications 2 et 6, caractérisé en ce que ledit module de projection (111) comporte également un troisième miroir concave grossissant (116) agencé de manière à réfléchir uniquement ledit troisième faisceau lumineux (F3) en direction dudit élément réfléchissant (120). Système d'affichage tête haute pour véhicule selon les revendications 4 et 6, caractérisé en ce qu’il comporte un troisième module de projection comprenant un troisième projecteur générant ledit troisième faisceau lumineux ainsi qu’un troisième miroir concave grossissant agencé de manière à renvoyer ledit troisième faisceau lumineux en direction dudit élément réfléchissant. Système d'affichage tête haute selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit élément réfléchissant est constitué par le pare-brise dudit véhicule. Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comporte un système d'affichage tête haute selon l’une des revendications 1 à 9.