Brevet FR3133573A1 — publié le 20230922

Dispositif de projection d’images à changement d’image optimisé Un tel dispositif de projection d’images comprenant : au moins une LED émettant un faisceau lumineux d’éclairage, ainsi qu’un module de changement d’image comprenant différentes images à projeter montées sur disque couplé à un moteur pas à pas. Le dispositif comprend un circuit électrique de commande configuré pour commander le moteur de manière à faire tourner le disque pour changer l’image projetée, en commandant le moteur avec une fréquence de commande (f) de changement de pas qui : pendant une phase principale (Pp), est supérieure ou égale à une fréquence cible (fc) donnée, puis pendant une phase de décélération contrôlée (Pd), décroit progressivement jusqu’à zéro. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 7 Dispositif de projection d’images à changement d’image optimisé Le domaine technique de l’invention est celui des dispositifs de projection d’images et plus particulièrement ceux équipant les véhicules automobiles et permettant la projection d’images sur le sol. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Il existe aujourd’hui de tels dispositifs, parfois appelés « dynamic carpet projectors » en anglais (projecteurs au sol modulables), permettant de projeter des images au sol lors de l’ouverture ou du déverrouillage d’une portière, ou à l’approche de celle-ci, quand le conducteur approche une clé ou un badge d’ouverture du véhicule. Un tel dispositif utilise par exemple un disque sur lequel sont placées des images. Ce dispositif comprend une source de lumière, généralement une LED, qui produit un faisceau lumineux d’éclairage, mis en forme par une lentille d’illumination ou de collimation placée en aval de la source, entre la source et le disque. Pour projeter telle ou telle image du disque, un moteur électrique actionne le disque pour le faire tourner, de manière à amener l’image à projeter sur le trajet du faisceau lumineux d’éclairage (en pratique, en face de la lentille d’illumination). Le dispositif comprend aussi un système optique de projection, situé en vis-à-vis de la source, de l’autre côté du disque. Ce système comprend au moins une lentille, et permet de projeter au sol l’image qui a été placée dans le faisceau lumineux. Dans un tel dispositif, la LED (selon l’acronyme anglo-saxon de « Light Emitting Diode », c’est-à-dire diode électroluminescente ou DEL) est généralement alimentée par un courant électrique qui varie au cours du temps, avec une variation en créneau. Il est souhaitable que cette variation en créneau respecte certains critères. Il est souhaitable notamment que sa fréquence de variation et/ou son rapport cyclique soient assez élevés, pour éviter qu’un scintillement ou une fluctuation de luminosité ne soit perçu par un individu. En effet, d’un point de vue électrique, le temps de réponse d’une LED est généralement très court si bien que la LED cesse d’émettre de la lumière dès qu’elle n’est plus alimentée électriquement, entre deux impulsions en créneau. Si la fréquence du signal en créneau est faible (ou si le rapport cyclique est faible, cette extinction répétée de la LED peut être perçue par un individu, du fait de la persistance rétinienne limitée de l’œil humain, et donner lieu à une impression visuelle de scintillement indésirable. Sur la , qui représente des points de fonctionnement envisageables dans le plan fréquence de variation du courant f LED / rapport cyclique R, la courbe Cv1 montre la limite au-dessus de laquelle il est souhaitable de travailler, pour éviter qu’un individu ne perçoive un scintillement ou une fluctuation d’intensité lumineuse de l’image formée sur le sol (en l’occurrence dans le cas d’un sol globalement blanc, dans un environnement lumineux – pas dans l’obscurité). La zone hachurée située sous la courbe Cv1 correspond ainsi à une zone à éviter si possible, dans le plan f LED – R. Mais il est aussi souhaitable, en général, d’employer un rapport cyclique et/ou une fréquence de variation pas trop élevé, pour, entre deux impulsions de courant (en créneau), laisser un laps de temps suffisant pour pouvoir passer d’une image à l’autre (en faisant tourner le disque) pendant que la LED est éteinte . Cela permet de passer d’une image à l’autre sans bavure ou chevauchement entre images, ni masquage de parties d’image. Sur la , la courbe Cv2’ montre la limite en dessous de laquelle il est souhaitable de travailler, pour disposer d’un temps suffisant pour changer d’image pendant l’intervalle d’extinction de la LED, entre deux créneaux de courant. La zone en hachures pointillées, située au-dessus de la courbe Cv2’, correspond ainsi à une zone à éviter si possible, dans le plan f LED – R. La position de cette courbe dans le plan f LED /R est fixée par le temps de réponse de l’ensemble disque-moteur, c’est-à-dire par le temps nécessaire pour passer d’une image à l’autre disque, avec un arrêt dans la position finale (dans le cas de la , ce temps de réponse est de 10 ms). Enfin, les inventeurs ont remarqué que l’emploi d’un rapport cyclique R faible est défavorable en termes de rendement énergétique Eff de la LED. En effet, pour obtenir une même luminosité moyenne, lorsqu’on réduit le rapport cyclique R, il faut en contrepartie augmenter le courant crête, ce qui réduit le rendement énergétique de la LED, comme expliqué plus loin (en référence à la ). Sur la , la courbe Cv3 correspond ainsi à une limite de rapport cyclique, au-dessus de laquelle il est préférable de travailler, pour des raisons de rendement (cette courbe correspond à une luminosité cible, et à une consommation électrique maximale acceptable donnée). Sur la , la zone Z’ non hachurée correspond alors à la zone dans laquelle la fréquence f LED et le rapport cyclique R sont choisis pour satisfaire ces différents critères. Comme on peut le voir, cette zone est peu étendue, dans le plan f LED – R, alors même que ces courbes correspondent à une LED très performante (de type « bichip », c’est-à-dire à double substrat), et à un ensemble moteur-disque également très performant en termes de temps de réponse. Il est donc souhaitable d’augmenter l’étendue la zone du plan f LED – R dans laquelle ces différents critères de fonctionnement sont satisfait, afin de donner plus de liberté dans le choix du point de fonctionnement du dispositif ou dans le choix des composants du dispositif de projection. RESUME Pour remédier au moins en partie aux limites de l’art antérieur, la présente technologie concerne alors un dispositif de projection d’images comprenant : au moins une LED émettant un faisceau lumineux d’éclairage, un module de changement d’image comprenant différentes images à projeter montées sur disque couplé à un moteur pas à pas, et un circuit électrique de commande, connecté au moteur pas à pas et configuré pour commander le moteur conformément à une séquence de commande donnée, de manière à faire tourner le disque : depuis une première position angulaire, dans laquelle une première desdites images est présente sur le trajet du faisceau lumineux, jusqu’à une deuxième position angulaire, dans laquelle une deuxième desdites images est présente sur le trajet du faisceau lumineux, avec arrêt dans la deuxième position angulaire, le circuit électrique de commande étant configuré pour, au cours de la séquence de commande, commander le moteur avec une fréquence de commande de changement de pas qui, pendant une phase principale, est supérieure ou égale à une fréquence cible donnée, puis pendant une phase de décélération contrôlée, décroit progressivement jusqu’à zéro. Dans les dispositifs de projection de l’art antérieur, le déplacement du disque est le plus souvent arrêté instantanément, le signal de commande de changement de pas passant instantanément (à l’instant t3’, sur la ) d’une fréquence de commande fo non-nulle, à une fréquence nulle. Cet arrêt instantané, qui correspond à un fonctionnement du moteur pas à pas de type « pull-in », permet de réduire au minium la durée pendant laquelle le disque est entraîné. Mais, après le déplacement, l’arrêt subit de la rotation du disque entraine un phénomène d’oscillation dont la durée t’ osc s’avère longue en pratique, parfois aussi longue que le déplacement lui-même (voir la ). Or il est souhaitable que l’image, placée sur le trajet du faisceau d’éclairage, ait cessé d’osciller (angulairement), ou que l’oscillation descende en dessous d’un certain seuil, qui peut être angulaire, par exemple 0,1 degrés ou 0,01 degrés, avant de rallumer la LED, pour éviter de former sur le sol une image tremblotante. En pratique, il est donc souhaitable que la LED reste éteinte pendant la durée d’entrainement par le moteur, et aussi pendant cette durée d’oscillation t’ osc (i.e. : jusqu’à ce que ces oscillations soient amorties). Le temps de réaction mécanique à considérer est donc t3’+ t’ osc , qui, dans le cas de la , vaut 10ms, comme pour la (alors que la durée t3’ du déplacement en lui-même est de 5ms seulement). Au contraire, dans le dispositif conforme à la présente technologie, lors du passage d’une image à l’autre, le moteur est commandé selon la séquence suivante : phase principale (phase de déplacement principale), pendant laquelle la fréquence de commande est supérieure ou égale à la fréquence cible (par exemple constante, et égale à cette fréquence cible), puis phase de décélération contrôlée. L’ajout de cette phase de décélération contrôlée rallonge la durée totale de la séquence de commande, par rapport à un arrêt instantané de la rotation. Mais, en contrepartie, cela réduit de manière substantielle la durée t osc du régime d’oscillation transitoire qui suit l’arrêt du moteur (voir la par exemple). Et il s’avère en pratique que la réduction de la durée d’oscillation obtenue ainsi est plus importante que la perte de temps due à l’ajout de la phase de décélération. L’ajout de cette phase de décélération progressive permet donc finalement de réduire le temps de réponse mécanique total du système moteur-disque, et d’augmenter ainsi l’étendue de la zone de travail Z, dans le plan f LED – R (voir la , par exemple, qui correspond à un temps de réponse de 7ms, au lieu de 10 ms pour la ). Le fait d’introduire cette phase de décélération progressive permet en outre, pendant la phase principale de déplacement, d’employer une valeur de fréquence de commande de changement de pas supérieure aux limites de fonctionnement en mode pull-in du moteur (un rappel de la définition de la limite de fonctionnement en mode pull-in est donnée plus bas), ce qui conduit à une vitesse angulaire importante, plus élevée qu’en mode pull-in, sans pour autant risquer de manquer des pas du signal de commande lors de l’arrêt. Cette possibilité d’employer une vitesse angulaire élevée (sans risquer de manquer des pas) contribue aussi à réduire la durée totale nécessaire pour remplacer une image par la suivante, augmentant ainsi l’étendue de la zone de travail Z. Dans le dispositif de projection qui vient d’être décrit, il peut être souhaitable de décaler angulairement la première image et la deuxième image de manière assez importante (par exemple avec un écart supérieur ou égal à 45 degrés, ou même supérieur ou égal à 60 degrés). En effet, la phase de décélération (combinée éventuellement à l’emploi d’une valeur de fréquence cible supérieure aux limites de pull-in) permet de réduire le temps de réponse mécanique, mais augmente en revanche la distance angulaire à parcourir ou qui doit être parcourue par le disque (au cours de la séquence de commande). Selon le type de moteur employé, il peut alors être nécessaire d’écarter substantiellement les première et deuxième images, à projeter successivement. Pour obtenir un écart notable les première et deuxième images, on peut alors prévoir que la première image et la deuxième image ne sont pas consécutives, sur le disque, au moins une autre desdites images étant intercalée entre la première image et la deuxième image. Cela permet d’écarter angulairement ces deux images, sans perdre de place sur le disque, puisque l’intervalle entre les deux images est alors employé pour placer une autre image. Cela permet de conserver un nombre total d’images élevé, sur le disque, tout en ayant un écart angulaire important entre deux images projetées successivement (i.e. : projetée l’une immédiatement après l’autre). Le dispositif de projection peut en particulier être configuré (notamment son circuit électrique de commande 8) pour projeter les images du disque successivement, selon une séquence de projection préétablie. Par exemple, l’image Im1, puis Im2, puis Im3, puis Im4, puis Im5, puis Im6, puis Im7, puis Im8, puis Im9, puis Im10, puis Im11, puis Im12 si le disque comporte 12 images, Im1 à Im12. Les images en question sont alors positionnées sur le disque de manière à ce que, pour chaque couple de deux images de cette séquence qui se suivent immédiatement dans la séquence (par exemple pour le couple Im5, Im6), les deux images en question ne sont pas consécutives sur le disque, au moins une autre desdites images étant intercalée entre ces deux images. Pour afficher successivement l’ensemble des images de la séquence, le moteur fait alors tourner le disque de manière, à chaque changement d’image, à sauter l’image ou les images intercalées, sans les projeter. Pour afficher l’ensemble des images du disque, le disque tourne alors de plus d’un tour, en pratique de quasiment deux tours complets, si une image intercalaire est insérée à chaque fois (ou presque à fois) entre deux images successives de la séquence. En effet, lors d’un premier tour du disque, une image sur deux sera projetée, et au tour suivant, ce sont les images « intercalaires », non projetées lors du premier tour, qui seront projetées (voir la ). Et si deux images intercalaires sont insérées à chaque fois (ou presque à fois) entre deux images successives de la séquence, alors, le disque effectuera quasiment trois tours complets pour projeter l’ensemble de la séquence (voir la ). Outre les caractéristiques mentionnées ci-dessus, le dispositif qui vient d’être présenté peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement envisageables : le nombre d’images intercalées entre la première image et la deuxième image est inférieur ou égal à quatre ; cela permet de ne pas non plus trop augmenter la distance à parcourir entre la première et la deuxième image, ce qui finirait par augmenter le temps nécessaire pour passer de l’une à l’autre de ces deux images ; la séquence de commande comprend, avant la phase principale, une phase d’accélération contrôlée, au cours de laquelle la fréquence de commande de changement de pas augmente progressivement (en pratique à partir de zéro) jusqu’à atteindre ladite fréquence cible ; au cours de la séquence de commande, le moteur exerce un couple moteur donné, et dans lequel le circuit électrique de commande est configuré de sorte que ladite fréquence cible soit supérieure à une fréquence de pull-in du moteur, la fréquence de pull-in étant une fréquence limite au-delà de laquelle le moteur rate certains pas du signal de commande, si il est commandé pour passer d’une première position d’arrêt à une deuxième position d’arrêt à une vitesse angulaire constante correspondant à ladite fréquence de commande de changement de pas et en exerçant ledit couple moteur ; le circuit électrique de commande est configuré de sorte que ladite fréquence cible soit inférieure à une fréquence de pull-out du moteur, la fréquence de pull-out étant une fréquence limite pour laquelle, lorsque le moteur exerce ledit couple moteur et que le moteur est déjà en rotation à une vitesse angulaire correspondant à ladite fréquence de commande de changement de pas, alors, si la fréquence de commande est augmentée au-delà de la fréquence de pull-out, le moteur rate certains pas du signal de commande ; la première position angulaire et la deuxième position angulaire sont décalées angulairement l’une par rapport à l’autre d’au moins 45 degrés, voire d’au moins 60 degrés ; la première position angulaire et la deuxième position angulaire sont décalées angulairement l’une par rapport à l’autre de moins de 120 degrés, voire de moins de 90 degrés ; le dispositif comprenant en outre un système optique de projection agencé pour projeter au sol, depuis un véhicule automobile, l’image placée sur le trajet du faisceau lumineux ; le circuit électrique de commande est configuré pour : recevoir un signal d’ouverture ou déverrouillage d’un ouvrant du véhicule, et pour en réponse audit signal, commander le moteur conformément à ladite séquence de commande. La présente technologie concerne également un procédé de commande d’un dispositif de projection d’images tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant une séquence de commande au cours de laquelle le circuit électrique de commande commande le moteur de manière à faire tourner le disque : depuis une première position angulaire, dans laquelle une première desdites images est présente sur le trajet du faisceau lumineux, jusqu’à une deuxième position angulaire, dans laquelle une deuxième desdites images est présente sur le trajet du faisceau lumineux, avec arrêt dans la deuxième position angulaire, et, au cours de la séquence de commande, le circuit électrique de commande commande le moteur avec une fréquence de commande de changement de pas qui, pendant une phase principale, est supérieure ou égale à une fréquence cible donnée, puis pendant une phase de décélération contrôlée, décroit progressivement jusqu’à zéro. Les caractéristiques optionnelles présentées ci-dessus en termes de dispositif peuvent aussi s’appliquer au procédé qui vient d’être décrit. La présente technologie et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif. représente schématiquement une zone de travail Z’ respectant certains critères, dans un plan fréquence de variation - rapport cyclique d’un courant électrique d’alimentation d’une LED d’un dispositif de projection. représente schématiquement un disque d’un dispositif de projection d’image de l’art antérieur. représente schématiquement l’évolution au cours du temps d’une position angulaire du disque de la , lors d’un changement d’image à projeter, pour un dispositif de projection d’image de l’art antérieur. représente schématiquement un véhicule équipé d’un dispositif de projection d’image mettant en œuvre la présente technologie, vu de côté. représente schématiquement le dispositif de projection d’image du véhicule de la , vu en perspective. représente des éléments du dispositif de la , sous forme de blocs fonctionnels. représente schématiquement l’évolution au cours du temps d’une position angulaire d’un disque du dispositif de la , lors d’un changement d’image à projeter, ainsi que l’évolution correspondante, au cours du temps, d’une fréquence de commande de changement de pas commandant un moteur par à pas couplé à ce disque. représente schématiquement un point de fonctionnement du moteur pas à pas, dans un plan fréquence de commande – couple exercé. représente schématiquement le disque du dispositif de la . représente schématiquement un autre disque pouvant équiper le dispositif de la . représente schématiquement une zone de travail Z respectant certains critères, dans un plan fréquence de variation - rapport cyclique d’un courant électrique d’alimentation de LED du dispositif de projection de la . représente schématiquement une caractéristique courant-tension d’une LED du dispositif de la . Dispositif (2) de projection d’images comprenant : au moins une LED (60) émettant un faisceau lumineux (F) d’éclairage, un module de changement d’image (7) comprenant différentes images (Im1, Im2, Im3, Im12) à projeter montées sur disque (5) couplé à un moteur (4) pas à pas, et un circuit électrique de commande (8), connecté au moteur (4) pas à pas et configuré pour commander le moteur (4) conformément à une séquence de commande (Sc) donnée, de manière à faire tourner le disque (5) : depuis une première position angulaire (α1), dans laquelle une première desdites images (Im1) est présente sur le trajet du faisceau lumineux (F), jusqu’à une deuxième position angulaire (α2), dans laquelle une deuxième desdites images (Im2) est présente sur le trajet du faisceau lumineux (F), avec arrêt dans la deuxième position angulaire, caractérisé en ce que le circuit électrique de commande (8) est configuré pour, au cours de la séquence de commande (Sc), commander le moteur (4) avec une fréquence de commande (f) de changement de pas qui, pendant une phase principale (Pp), est supérieure ou égale à une fréquence cible (fc) donnée, puis pendant une phase de décélération contrôlée (Pd), décroit progressivement jusqu’à zéro. Dispositif (2) selon la revendication 1, dans lequel la première image (Im1) et la deuxième image (Im2) ne sont pas consécutives, sur le disque (5), au moins une autre desdites images (Im7 ; Im5, Im9) étant intercalée entre la première image (Im1) et la deuxième image (Im2). Dispositif (2) selon la revendication 2, dans lequel le nombre d’images intercalées entre la première image (Im1) et la deuxième image (Im2) est inférieur ou égal à quatre. Dispositif (2) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le circuit électrique de commande (8) est configuré pour commander le moteur (4) de manière à projeter successivement les images (Im1, Im2, Im3, Im12) du disque (5) conformément à une séquence de projection préétablie, lesdites images étant réparties sur le disque de sorte que, pour chaque couple regroupant deux desdites images (Im1, Im2) qui se suivent immédiatement dans la séquence de projection, les deux images (Im1, Im2) du couples sont non-consécutives sur le disque, au moins une autre desdites images (Im7 ; Im5, Im9) étant intercalée entre les deux images du couple. Dispositif (2) selon la revendication précédente, dans lequel le disque (5) tourne de plus d’un tour, voire de plus d’un tour et demi pour projeter successivement lesdites images (Im1, Im2, Im3, Im12) conformément à ladite séquence de projection. Dispositif (2) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la séquence de commande (Sc) comprend, avant la phase principale (Pp), une phase d’accélération contrôlée (Pa), au cours de laquelle la fréquence de commande (f) de changement de pas augmente progressivement (à partir de zéro) jusqu’à atteindre ladite fréquence cible (fc). Dispositif (2) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, au cours de la séquence de commande (Sc), le moteur (4) exerce un couple (C M ) moteur donné, et dans lequel le circuit électrique de commande (8) est configuré de sorte que ladite fréquence cible (fc) soit supérieure à une fréquence de pull-in (f PI ) du moteur, la fréquence de pull-in (f PI ) étant une fréquence limite au-delà de laquelle le moteur (4) rate certains pas du signal de commande, si il est commandé pour passer d’une première position d’arrêt à une deuxième position d’arrêt à une vitesse angulaire constante correspondant à ladite fréquence de commande (f) de changement de pas et en exerçant ledit couple (C M ) moteur. Dispositif (2) selon la revendication précédente, dans lequel, lequel le circuit électrique de commande (8) est configuré de sorte que ladite fréquence cible (fc) soit inférieure à une fréquence de pull-out (f P O ) du moteur, la fréquence de pull-out (f P O ) étant une fréquence limite pour laquelle, lorsque le moteur exerce ledit couple (C M ) moteur et que le moteur est déjà en rotation à une vitesse angulaire correspondant à ladite fréquence de commande (f) de changement de pas, alors, si la fréquence de commande est augmentée au-delà de la fréquence de pull-out (f P O ), le moteur rate certains pas du signal de commande. Dispositif (2) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première position angulaire (α1) et la deuxième position angulaire (α2) sont décalées angulairement l’une par rapport à l’autre d’au moins 45 degrés, voire d’au moins 60 degrés. Dispositif (2) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première position angulaire (α1) et la deuxième position angulaire (α2) sont décalées angulairement l’une par rapport à l’autre de moins de 120 degrés, voire de moins de 90 degrés. Dispositif (2) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un système optique de projection (21) agencé pour projeter au sol, depuis un véhicule automobile (1), l’image (Im1) placée sur le trajet du faisceau lumineux (F). Dispositif (2) selon la revendication précédente, dans lequel le circuit électrique de commande (8) est configuré pour : recevoir un signal ( s ) d’ouverture ou déverrouillage d’un ouvrant (10, 11) du véhicule (1), et pour en réponse audit signal, commander le moteur (4) conformément à ladite séquence de commande (Sc). Procédé de commande d’un dispositif (2) de projection d’images qui comprend : au moins une LED (60) émettant un faisceau lumineux (F) d’éclairage, un module de changement d’image (7) comprenant différentes images (Im1, Im2, Im3, Im12) à projeter montées sur disque (5) couplé à un moteur (4) pas à pas, et un circuit électrique de commande (8) connecté au moteur (4) pas à pas, le procédé comprenant une séquence de commande (Sc) au cours de laquelle le circuit électrique de commande (8) commande le moteur (4) de manière à faire tourner le disque (5) : depuis une première position angulaire (α1), dans laquelle une première desdites images (Im1) est présente sur le trajet du faisceau lumineux (F), jusqu’à une deuxième position angulaire (α2), dans laquelle une deuxième desdites images (Im2) est présente sur le trajet du faisceau lumineux (F), avec arrêt dans la deuxième position angulaire, le procédé étant caractérisé en ce que, au cours de la séquence de commande (Sc), le circuit électrique de commande (8) commande le moteur (4) avec une fréquence de commande (f) de changement de pas qui, pendant une phase principale (Pp), est supérieure ou égale à une fréquence cible (fc) donnée, puis pendant une phase de décélération contrôlée (Pd), décroit progressivement jusqu’à zéro.