Brevet FR3143139A1 — publié le 20240614

Il est proposé un dispositif de génération d’image (100) comprenant : - une source de lumière (111) produisant un faisceau lumineux, - un écran (112) traversé par le faisceau lumineux et configuré pour modifier le faisceau lumineux de manière à former une image, et - un dispositif transparent (113) traversé par le faisceau lumineux et comprenant un premier dioptre accolé à l’écran, un second dioptre et une tranche. Le dispositif transparent comprend un élément optique (114) positionné sur la tranche et configuré pour empêcher une lumière incidente ayant été réfléchie par le second dioptre vers l’intérieur du dispositif transparent, d’être réfléchie par la tranche du dispositif transparent. On décrit également un afficheur tête-haute (100) comprenant un tel dispositif de génération d’image. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Dispositif de génération d’image et afficheur tête-haute comprenant un tel dispositif La présente invention concerne le domaine technique de l’imagerie, et notamment le domaine de la projection d’informations ou d’images. L’invention concerne plus particulièrement un dispositif de génération d’image comprenant : - une source de lumière produisant un faisceau lumineux, - un écran traversé par le faisceau lumineux et configuré pour modifier le faisceau lumineux de manière à former une image, et - un dispositif transparent traversé par le faisceau lumineux et comprenant un premier dioptre accolé à l’écran, un second dioptre et une tranche. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans des systèmes d’aide à la conduite pour véhicule automobile. Arrière-plan technologique On connaît des véhicules équipés d’un afficheur tête-haute (« head-up display » ou HUD en anglais) destiné à afficher une image virtuelle à un individu. Un afficheur tête-haute comprend classiquement un dispositif de génération d’image configuré pour générer une image et un système optique configuré pour transmettre l’image générée en direction d’une lame partiellement réfléchissante. Cet afficheur tête-haute peut être aussi bien un afficheur tête-haute « sur pare-brise » qu’un afficheur tête-haute « à combineur ». Dans le premier cas, la lame partiellement réfléchissante est formée par le pare-brise du véhicule, et la projection de l’image virtuelle à l’occupant du véhicule est donc réalisée de manière ultime par réflexion optique sur le pare-brise. Dans le deuxième cas, la lame partiellement réfléchissante est un élément indépendant (appelé parfois combineur) de l’afficheur tête-haute. La plupart des dispositifs de génération d’images utilisés aujourd’hui comprennent une source de lumière rétroéclairant un écran adapté à générer les images. Cet écran absorbe une partie de la lumière qui le rétroéclaire, ce qui provoque son échauffement thermique. Afin de refroidir l’écran et éviter son endommagement, il est connu de placer une lame en céramique transparente sur l’écran. La céramique étant un bon conducteur thermique, elle permet d’évacuer la chaleur. On propose selon l’invention un dispositif de génération d’image tel que défini en introduction, dans lequel le dispositif transparent comprend un élément optique positionné sur la tranche et configuré pour empêcher une lumière incidente ayant été réfléchie par le second dioptre vers l’intérieur du dispositif transparent, d’être réfléchie par la tranche du dispositif transparent. L’utilisation d’un dispositif transparent accolé à l’écran est particulièrement avantageux notamment pour évacuer la chaleur de l’écran. Toutefois, en l’absence de mesure spécifique (c’est-à-dire par exemple sans l’élément optique précité), cette configuration génère des images parasites visibles par l’utilisateur. En effet, en l’absence de mesure particulière, une partie des rayons lumineux provenant de l’écran et traversant le dispositif transparent, subissent des réflexions internes au dispositif transparent. Lorsque les rayons ressortent après plusieurs réflexions, ils suivent le chemin optique de l’afficheur tête-haute et créent ainsi des images parasites. L’élément optique, ici configuré pour empêcher une de ces réflexions parasites, permet de supprimer les images parasites. Le dispositif transparent peut être réalisé en céramique transparente. Par ailleurs, la tranche du dispositif transparent peut comprendre quatre côtés, et le dispositif transparent peut alors comprendre quatre éléments optiques, un élément optique étant positionné sur chaque côté. Dans un mode de réalisation, l’élément optique est configuré pour transmettre la lumière incidente vers l’extérieur du dispositif transparent. L’invention propose que l’élément optique puisse comprendre au moins une face comprenant un traitement antireflet. Par ailleurs, ledit élément optique peut être formé par une extrémité en biseau d’une partie de la tranche du dispositif transparent. Dans un autre mode de réalisation, l’élément optique est configuré pour piéger la lumière incidente. L’invention propose que l’élément optique puisse être une pièce additionnelle montée sur la tranche. En particulier, ledit élément optique peut comprendre au moins deux composants agencés de manière à ce que les composants sont juxtaposés selon l’épaisseur du dispositif transparent. Par ailleurs, lesdits composants peuvent être des prismes de telle sorte que leur section dans le plan tangent à la largeur de la tranche est un triangle. Selon un mode de réalisation, les composants sont des formes géométriques de telle sorte que leur section dans le plan tangent à la largeur de la tranche est une surface fermée comprenant deux segments courbes se rejoignant en un point, ayant chacun une courbure et dont les courbures sont de même sens. L’invention concerne également un afficheur tête-haute comprenant un dispositif de génération d’image tel que décrit ci-dessus et un système optique configuré pour transmettre, en direction d’une lame partiellement réfléchissante, l’image générée par le dispositif de génération d’image. 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. Brève description des figures 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 : est une représentation schématique d’un dispositif de génération d’image tel que connu par l’art antérieur et générant des images parasites, est une représentation schématique d’un afficheur tête selon un mode de l’invention, est une représentation schématique d’un dispositif de génération d’image selon un autre mode de réalisation de l’invention, est une représentation schématique d’un dispositif transparent en coupe transversale selon un premier mode de réalisation, est une représentation schématique d’un dispositif transparent en coupe transversale selon un deuxième mode de réalisation, et est une représentation schématique d’un dispositif transparent en coupe transversale selon un troisième mode de réalisation. Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références. Description détaillée La représente un dispositif de génération d’image 200 tel que connu par l’art antérieur. Le dispositif de génération d’image de la comprend une source lumineuse 210, un écran 220 et une lame 230 qui est ici collé sur l’écran. La lame 230 est ici une lame à face parallèle en céramique transparente et permet de refroidir l’écran 220. La lame 230 comprend, dans cet exemple, deux dioptres 231, 232. Le premier dioptre 231 est celui collé à l’écran 220 grâce à une couche de colle 240. Le second dioptre 232 est le dioptre le plus éloigné de l’écran 220. La source lumineuse 210 est placée derrière l’écran 220 de manière à le rétroéclairer. La source lumineuse 210 génère des rayons lumineux. Classiquement, les rayons lumineux traversent l’écran 220 de manière à former une image. Les rayons lumineux sont ensuite transmis par la couche de colle 240 et par la lame 230, c’est-à-dire par les deux dioptres 231, 232 de la lame. Néanmoins, une partie des rayons lumineux (tel que représenté par le rayon en trait plein sur la ) traversent le premier dioptre 231 et sont réfléchis par le second dioptre 232 vers l’intérieur de la lame 230. Ces rayons peuvent ensuite être réfléchis de nouveau par la tranche de la lame 230 puis par le premier dioptre 231. Finalement, ces rayons peuvent être transmis par le second dioptre 232 et ainsi retrouver le chemin optique classique du dispositif de génération d’image 100. De plus, une partie des rayons lumineux (tel que représenté par le rayon en tirets sur la ) sont directement réfléchis par la tranche de la lame 230 avant d’être transmis par le second dioptre 232 et ainsi retrouver le chemin optique classique du dispositif de génération d’image 100. Les rayons lumineux ayant suivi ces chemins optiques alternatifs ont subi un retard optique et vont créer des images parasites par rapport aux rayons lumineux ayant suivi le chemin optique classique. Un afficheur tête-haute 100 selon un des modes de réalisation de l’invention est présenté en , en utilisation dans un véhicule automobile. Un individu 20 est placé dans le véhicule, ici à la place du conducteur. En variante, cela pourrait être un passager avant ou arrière du véhicule. L’individu 20 est symbolisé par un de ses yeux sur la . Le véhicule automobile est représenté par un parebrise 10 et un capot. L’individu 20 observe, au travers du pare-brise 10 du véhicule, une image virtuelle 11. En pratique, l’image 11 est formée à une distance-image de l’individu 20 qui est généralement comprise entre 1,5 mètre et 15 mètres, de préférence entre 5 mètres et 10 mètres. Les images projetées peuvent comprendre par exemple des informations relatives au véhicule (vitesse, régime moteur, niveau d’essence, distance par rapport aux autres véhicules, etc.), à son environnement (présence de piétons, panneaux de signalisation, etc.), ou encore des instructions quant à l’itinéraire à suivre par le véhicule (en association avec un système de navigation embarquée par exemple). Comme représenté sur la , l’afficheur tête-haute 100 comprend ici un dispositif de génération d’images 110 et un système optique. Le dispositif de génération d’image 110 est configuré pour générer une image. Le système optique est configuré pour transmettre, en direction d’une lame partiellement réfléchissante (ici en direction du parebrise 10), l’image générée par le dispositif de génération d’image 110. Le système optique comprend ici un réflecteur 130 et un miroir de repliement 120. Le dispositif de génération d’images 110 émet un faisceau lumineux (sur la , seul un rayon lumineux primaire, ou rayon lumineux principal, est représenté) en direction du miroir de repliement 120. Ce faisceau lumineux est représentatif d’une scène lumineuse, incluant les images à afficher à l’individu 20. Le faisceau lumineux est réfléchi par le miroir de repliement 120 vers le réflecteur 130. Le faisceau lumineux est alors de nouveau réfléchi (par le réflecteur 130) en un faisceau lumineux image qui est alors lui-même réfléchi par le pare-brise 10 du véhicule en direction de l’individu 20. Le système optique combiné au parebrise permet ainsi de former une image virtuelle visible par l’individu 20. Les différents éléments, ici le dispositif de génération d’images 110, le miroir de repliement 120 et le réflecteur 130, sont logés dans une enveloppe extérieure 150. L’enveloppe extérieure 150 comprend ici une paroi 153 et un hublot 152. Le hublot 152 permet de laisser passer le faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur 130 jusqu’au parebrise 10. Le hublot 152 est préférentiellement en plastique. De manière alternative, le hublot 152 peut être en verre. Afin d’empêcher l’entrée de lumière extérieure, la paroi 153 est opaque. Elle permet ainsi de limiter la propagation de lumière parasite. La paroi 153 peut être en plastique ou en métal. Ici, elle comporte avantageusement une partie supérieure (située côté parebrise) en plastique et une partie inférieure (située à l’opposé du pare-brise) en métal. Le réflecteur 130 est une pièce optique avec une face optiquement active et ici un substrat ayant une épaisseur non nulle qui sert de support à la face optiquement active. La face active est ici tournée vers un miroir de repliement 120 pour intercepter le faisceau lumineux réfléchi en provenance du miroir de repliement 120. Cette face active est au moins partiellement réfléchissante. Préférentiellement, on utilise dans l’invention comme réflecteur 130 un miroir de puissance. Par exemple, le miroir de puissance peut être avoir une forme spécifiquement conçue pour produire certains effets, par exemple compenser la déformation liée à la réflexion sur le pare-brise (on utilise alors parfois dans ce cas la dénomination anglaise « freeform » pour qualifier le miroir de puissance). L’équation de surface de la face active n’est alors pas une simple sphère (miroir sphérique) mais peut s’écrire très simplement sous la forme d’une surface polynômiale (asphérique) en x et y, éventuellement additionnée d’un terme « conique », de révolution ou non. Dans d’autres modes de réalisation, les équations de surface peuvent s’écrire au moyen de polynômes de Zernike ou bien de Tchebychev. En pratique, la forme (i.e. la géométrie) de la surface de la face optiquement active du réflecteur peut être conçue et calculée par simulation optique en fonction : - des différents paramètres optiques : taille (largeur et hauteur) et distance de projection de l’image virtuelle (distance œil-image), taille et position de l’unité de générations d’images 110, courbure du pare-brise 10, etc… ; et - des contraintes mécaniques : encombrement maximal de l’afficheur 100, position et inclinaison du pare-brise 10, position moyenne de l’individu 20 dans l’habitacle, position de la boîte à œil (« eyebox » en anglais), etc. Le dispositif de génération d’images 110 comprend quant à lui au moins une source de lumière 111, un écran 112 rétroéclairé par cette source de lumière 111, et un dispositif transparent 113. La source de lumière 111 produit un faisceau lumineux, qui traverse l’écran 112 afin de former une image. Le faisceau lumineux traverse ensuite le dispositif transparent 113. La source de lumière 111 est ici une diode électroluminescente (ou LED pour "Light Emitting Diode"). L’écran 112 est ici un module d’écran du type TFT-LCD qui est un type d’écran à cristaux liquides à transistors en couche mince (« TFT-LCD » signifie « Thin-Film Transistors-Liquid Crystal Display » en anglais). Par exemple, l’écran 112 comprend des éléments à transmittance variable configurés pour représenter une scène et de manière à ce que lorsque les rayons lumineux traversent l’écran, ils soient modulés (en intensité lumineuse) de façon à créer l’image. Le dispositif de génération d’images 110 est généralement connectée à un module de commande (non représenté) de l’écran 112, ce module de commande recevant des signaux en provenance de l’ordinateur de bord (non représenté) du véhicule et pilotant en conséquence l’écran pour régler la transmittance des éléments à transmittance variable et ainsi produire le faisceau lumineux correspondant à la scène lumineuse voulue. En d’autres termes, lorsque l’écran 112 est piloté par le module de commande, le dispositif de génération d’images 110 génère un faisceau lumineux représentant la scène à projeter dans le champ de vision de l’individu 20. Le dispositif transparent 113 est ici collé à l’écran 112 grâce à une couche de colle (non représentée sur la ). Alternativement, le dispositif transparent 113 peut être maintenu en contact avec l’écran 112 par un maintien mécanique. Le dispositif transparent 113 permet par exemple d’absorber la chaleur de l’écran 112. Le dispositif transparent 113 peut également protéger l’écran 112. Ici, le dispositif transparent 113 est situé au niveau (ou à proximité) de la face de sortie de la lumière de l’écran 112. On pourrait toutefois prévoir, en variante ou en surplus, un dispositif transparent du même type au niveau (ou à proximité) de la face d’entrée de la lumière dans l’écran 112, c’est-à-dire de la face tournée vers la source de lumière 111. Le dispositif transparent 113 est ici en céramique transparente. Par exemple, le dispositif transparent 113 est obtenu au moyen d’un procédé de frittage. Un tel procédé de frittage est par exemple du type "pressage isostatique à chaud" (ou HIP pour "Hot Isostatic Pressing") ou du type "frittage flash" (ou SPS pour "Spark Plasma Sintering"). En variante, le dispositif transparent 113 peut être en plastique ou en verre (BK7 par exemple). Le dispositif transparent 113 comprend un premier dioptre 115 (accolé à l’écran 112), un second dioptre 116 et une tranche 117. La tranche 117 peut être définie comme la surface externe du dispositif transparent 113 formée dans l’épaisseur L du dispositif transparent 113 dans une dimension transversale à ses dioptres 115, 116. De manière préférentielle, le dispositif transparent 113 est de forme parallélépipédique. Le dispositif transparent 113 peut comporter quatre parties de tranche 117 (ou quatre côtés). Par exemple, une partie de tranche 117 peut être définie comme une portion continue de tranche 117 comprise entre deux arrêtes. Cette forme n’est pas limitative, et le dispositif transparent 113 pourrait être par exemple être cylindrique et posséder ainsi une seule partie de tranche. Le dispositif transparent 113 est ici une lame à faces planes et parallèles. L’épaisseur L du dispositif transparent 113 peut varier selon la matière et la fonction du dispositif transparent 113. Le dispositif transparent 113 a ici une épaisseur L d’environ 2 mm. Par exemple, le dispositif transparent 113 pourrait avoir une épaisseur L jusque plusieurs centimètres. Le dispositif transparent 113 comprend un élément optique 114 positionné sur la tranche 117. Le dispositif transparent 113 peut comprendre un élément optique 114 sur chaque partie de tranche 117. Afin d’éliminer les images parasites, l’élément optique 114 est configuré pour empêcher une lumière incidente ayant été réfléchie par le second dioptre 116 vers l’intérieur du dispositif transparent 113, d’être réfléchie par la tranche 117. Selon un premier mode de réalisation, l’élément optique 114 est configuré pour transmettre la lumière incidente vers l’extérieur du dispositif transparent 113. Par exemple, afin d’éviter les réflexions internes, l’élément optique 114 peut comprendre au moins une face ayant un traitement anti-reflet. L’élément optique 114 peut être confondu avec le dispositif transparent 113, et la tranche 117 du dispositif transparent 114 peut alors comprendre un traitement anti-reflet. Comme représenté sur la , l’élément optique 114 peut être formé par la tranche 117 du dispositif transparent 113 taillé en biseau. Par exemple, le biseau est taillé dans l’épaisseur L du dispositif transparent 113. Toutes les parties de tranche 117 peuvent être taillées en biseau. Sur la , le dispositif transparent 113 est représenté en coupe transversale. Le biseau peut être continu selon toute la longueur de la tranche. En pratique, l’écran n’est pas utilisé dans son intégralité et seule une zone utile Z (représentée sur la ) de l’écran 112 permet de former l’image voulue. En sortie de l'écran, la lumière est comprise dans un cône d'angle β. Le biseau peut être taillé à un angle α. Afin que le biseau empêche les réflexions internes dans le dispositif transparent 113 et donc la génération d'image parasite, l’angle du biseau α doit respecter la condition suivante : où tan est la fonction tangente et d est une distance de marge prévue entre la zone utile Z de l’écran et le bord de l’écran. Par exemple, l’angle du biseau α est compris entre 10 et 25 degrés. D’une manière alternative, l’élément optique 114 peut être un objet indépendant et fixé sur une partie de la tranche supérieure du dispositif transparent 113. L’élément optique 114 est alors une pièce additionnelle. Par exemple, l’élément optique 114 peut être un prisme positionné sur la tranche 117 du dispositif transparent 113 configuré pour respecter les mêmes conditions que le biseau, explicitées ci-dessus. L’élément optique 114 peut être fixé mécaniquement ou collé au dispositif transparent 113. Selon un second mode de réalisation, l’élément optique 114 est configuré pour piéger la lumière incidente. Comme représentés sur les figures 4, 5 et 6, l’élément optique 114 peut comprendre au moins deux composants agencés de manière que les éléments soient côte à côte selon l’épaisseur L du dispositif transparent 113. Le dispositif transparent 117 peut par exemple comprendre entre 2 et 20 composants selon la largeur L du dispositif transparent 113. Par exemple, un composant peut avoir une épaisseur d’environ 0,5 mm. L’élément optique 114 peut comprendre quatre composants pour un dispositif transparent de 2 mm d’épaisseur ou quarante composants pour un dispositif transparent de 20 mm d’épaisseur. Préférentiellement, l’élément optique 114 et ses composants sont continus sur la longueur de la tranche du dispositif transparent 113. Les composants de l’élément optique 114 peuvent être taillés directement dans le dispositif transparent 113. D’une manière alternative, les composants de l’élément optique 114 peuvent être des objets indépendants et fixés sur une partie de la tranche du dispositif transparent 113. L’élément optique 114 est alors une pièce additionnelle. L’élément optique 114 peut être fixé mécaniquement ou collé au dispositif transparent 113. Les composants sont avantageusement configurés pour piéger une partie de la lumière parasite dans la structure de l’élément optique 114. Les composants de l’élément optique sont par exemple des prismes de telle sorte que leur section dans le plan tangent à la largeur de la tranche est un triangle, comme présentés en et 5. Par exemple, comme représenté en , leur section dans le plan tangent à la largeur de la tranche est un triangle équilatéral. Par exemple, comme représenté en , leur section dans le plan tangent à la largeur de la tranche est un triangle rectangle et la face représentée par la diagonale du triangle peut former un angle de 45° avec la tranche 117 du dispositif transparent 113, représenté par la base du triangle. De manière alternative, les composants peuvent prendre des formes géométriques différentes et plus complexes. Par exemple, comme représenté sur la , les composants peuvent avoir une section dans le plan tangent à la largeur de la partie de tranche supérieure du dispositif transparent 113 ayant une forme similaire à un aileron de requin. La section est ici définie par une surface fermée composée de trois segments. Le premier segment est droit et est tangent à la partie de tranche supérieure du dispositif transparent 113. Les deux autres segments sont courbes et ont des rayons de courbure de même sens. Ils se rejoignent en un point. Les deux angles entre chacun des segments courbes et du segment droit peuvent être compris entre 40° et 60°. Les valeurs des angles dépendent des contraintes mécaniques (angle de la lumière incidente β, valeur de la zone utile Z, configuration du véhicule…) et sont données à titre indicatif. Chaque partie de tranche 117 peut avoir un élément optique 114 utilisant une configuration différente. La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. Dispositif de génération d’image (110) comprenant : - une source de lumière (111) produisant un faisceau lumineux, - un écran (112) traversé par le faisceau lumineux et configuré pour modifier le faisceau lumineux de manière à former une image, et - un dispositif transparent (113) traversé par le faisceau lumineux et comprenant un premier dioptre (115) accolé à l’écran, un second dioptre (116) et une tranche (117), caractérisé en ce que le dispositif transparent (113) comprend un élément optique (114) positionné sur la tranche (117) et configuré pour empêcher une lumière incidente ayant été réfléchie par le second dioptre (116) vers l’intérieur du dispositif transparent (113), d’être réfléchie par la tranche (117) du dispositif transparent (113). Dispositif de génération d’image (110) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif transparent (113) est réalisé en céramique transparente. Dispositif de génération d’image (110) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel la tranche (117) du dispositif transparent (113) comprend quatre parties, et dans lequel le dispositif transparent (113) comprend quatre éléments optiques (114), un élément optique (114) étant positionné sur chaque côté. Dispositif de génération d’image (110) selon l’une des revendication 1 à 3, dans lequel l’élément optique (114) est configuré pour transmettre la lumière incidente vers l’extérieur du dispositif transparent (113). Dispositif de génération d’image (110) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’élément optique (114) comprend au moins une face comprenant un traitement antireflet. Dispositif de génération d’image (110) selon l’une des revendication 1 à 3, dans lequel l’élément optique (114) est configuré pour piéger la lumière incidente. Dispositif de génération d’image (110) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel l’élément optique (114) est une pièce additionnelle montée sur la tranche (117). Dispositif de génération d’image (110) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel ledit élément optique (114) comprend au moins deux composants agencés de manière à ce que les composants sont juxtaposés selon l’épaisseur du dispositif transparent (113). Dispositif de génération d’image (110) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit élément optique (114) est formé par une extrémité en biseau d’une partie de la tranche (117) du dispositif transparent (113). Dispositif de génération d’image (110) selon la revendication 8, dans lequel lesdits composants sont des prismes de telle sorte que leur section dans le plan tangent à la largeur de la tranche (117) est un triangle. Dispositif de génération d’image (110) selon la revendication 8, dans lequel lesdits composants sont des formes géométriques de telle sorte que leur section dans le plan tangent à la largeur de la tranche (117) est une surface fermée comprenant deux segments courbes se rejoignant en un point, ayant chacun une courbure et dont les courbures sont de même sens. Afficheur tête-haute (100) comprenant un dispositif de génération d’image (110) selon l’une des revendications 1 à 11 et un système optique configuré pour transmettre, en direction d’une lame partiellement réfléchissante, l’image générée par le dispositif de génération d’image (110).