Brevet FR3156924A1 — publié le 20250620

Dispositif d’affichage tête haute pour un véhicule La présente invention concerne un dispositif (16) d’affichage tête haute pour un véhicule, comprenant : un support (20) comprenant un élément réflecteur (22), une source d’émission (24) propre à émettre un faisceau lumineux, dit faisceau utile (F u ), et un bloc optique (26) propre à acheminer le faisceau utile (F u ) en direction de l’élément réflecteur (22) de sorte que l’élément réflecteur (22) soit propre à réfléchir le faisceau utile (F u ) pour former une image utile (IM) dans une fenêtre d’observation d’un conducteur (18) ou d’au moins un passager (19) du véhicule (10), le bloc optique (26) comprenant une optique ayant à la fois une propriété réfléchissante et une propriété diffusante, dite miroir diffusant, le miroir diffusant étant propre à recevoir le faisceau utile (F u ), et à le réfléchir et le diffuser telle une source d’émission secondaire. Figure pour l'abrégé : 2 Dispositif d’affichage tête haute pour un véhicule La présente invention concerne un dispositif d’affichage tête haute pour un véhicule. La présente invention concerne aussi un véhicule comprenant un tel dispositif d’affichage tête haute. Un dispositif d’affichage, tel qu’un dispositif d’affichage tête haute (en anglais « head-up display »), comprend de manière classique une source d’émission d’informations associée à un ensemble d’optiques pour émettre un faisceau lumineux en direction d’un support semi-réfléchissant ou réfléchissant. La réflexion du faisceau lumineux sur le support semi-réfléchissant ou réfléchissant permet de générer une image utile observable par un utilisateur, par exemple le conducteur d’un véhicule. Néanmoins, un tel dispositif d’affichage est généralement lourd et volumineux du fait notamment de l’ensemble d’optiques. Ainsi, les performances du dispositif d’affichage sont généralement limitées pour qu’il soit moins volumineux et puisse être intégré dans la planche de bord d’un véhicule. Dans d’autres cas, le dispositif d’affichage n’est pas intégré dans la planche de bord du fait de son volume. Il existe donc un besoin pour un dispositif d’affichage permettant l’affichage des informations utiles à la conduite d’un véhicule qui soit compact et facile à intégrer dans un véhicule. A cet effet, la présente description a pour objet un dispositif d’affichage tête haute pour un véhicule, comprenant : un support comprenant un élément réflecteur, une source d’émission propre à émettre un faisceau lumineux, dit faisceau utile, et un bloc optique propre à acheminer le faisceau utile en direction de l’élément réflecteur de sorte que l’élément réflecteur soit propre à réfléchir le faisceau utile pour former une image utile dans une fenêtre d’observation d’un conducteur ou d’au moins un passager du véhicule, le bloc optique comprenant une optique ayant à la fois une propriété réfléchissante et une propriété diffusante, dite miroir diffusant, le miroir diffusant étant propre à recevoir le faisceau utile, et à le réfléchir et le diffuser telle une source d’émission secondaire. Selon d’autres aspects avantageux, le dispositif d’affichage comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle, dite BRDF, du miroir diffusant est constante sur la surface de la source d’émission secondaire vue depuis la fenêtre d’observation du conducteur ou du passager ; - le coefficient de réflexion du miroir diffusant est supérieur ou égal à 90 pourcents, de préférence strictement supérieur à 92 pourcents, avantageusement strictement supérieur à 95 pourcents ; - le miroir diffusant est formé d’un empilement de couches parmi lesquelles : un substrat, une couche de fixation et une couche réfléchissante, le substrat ayant une face texturée conférant la propriété diffusante au miroir diffusant, la couche de fixation étant fixée sur la face texturée du substrat, la couche réfléchissante étant fixée sur la couche de fixation ; - la face texturée du substrat est formée d’un agencement d’éléments diffusants sur ladite face texturée ; - les éléments diffusants sont agencés de façon isotrope ; - chaque élément diffusant présente au moins deux plans de symétrie, de préférence les éléments diffusants ayant une forme sphérique ; - le miroir diffusant comprend au moins une couche d’oxyde fixée sur la couche réfléchissante ; - le miroir diffusant est le seul élément diffusant du bloc optique. La présente description concerne aussi un véhicule comprenant un dispositif d’affichage tel que décrit précédemment. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l’invention, donnée à titre d’exemple uniquement, et en référence aux dessins qui sont : - FIG. 1 FIG. 1 , une représentation schématique d’un habitacle d’un véhicule, le véhicule comprenant un exemple d’un dispositif d’affichage, - FIG. 2 FIG. 2 , une représentation schématique d’un exemple de dispositif d’affichage, - FIG. 3 FIG. 3 , une représentation schématique d’un exemple de miroir diffusant, - FIG. 4 FIG. 4 , une représentation schématique illustrant un gain dans le nombre d’optiques apporté par un dispositif d’affichage selon l’invention par rapport à un dispositif d’affichage de l’état de la technique, - FIG. 5 FIG. 5 , une autre représentation schématique illustrant un gain dans le nombre d’optiques apporté par un dispositif d’affichage selon l’invention par rapport à un dispositif d’affichage de l’état de la technique, et - FIG. 6 FIG. 6 , encore une autre représentation schématique illustrant un gain dans le nombre d’optiques apporté par un dispositif d’affichage selon l’invention par rapport à un dispositif d’affichage de l’état de la technique. Un véhicule 10 est illustré par la FIG. 1 . Dans cet exemple, le véhicule 10 comprend, dans un habitacle 11, un parebrise 12, une planche de bord 14 et un dispositif d’affichage 16 tête haute. La planche de bord 14 est définie comme étant une tablette s’étendant sur toute la largeur du véhicule 10, en dessous du parebrise 12 et au-dessus des pieds du conducteur 18 et, le cas échéant, du passager avant. Le véhicule 10 est, par exemple, un véhicule terrestre, aérien ou naval. Le véhicule terrestre est, par exemple, un véhicule automobile ( FIG. 1 ) ou un véhicule ferroviaire. Dans un exemple, le dispositif d’affichage 16 est disposé dans le véhicule 10 de sorte à permettre l’affichage d’informations dans une fenêtre d’observation (en anglais « eyebox ») du conducteur 18 en position de conduite ou d’un ou plusieurs passager(s) 19 du véhicule 10 (passager(s) avant ou arrière). Dans un exemple de mise en œuvre, le dispositif d’affichage 16 est intégré à la planche de bord 14 du dispositif d’affichage 16. Les informations sont, par exemple, des informations de contrôle du véhicule. Par exemple, les informations de contrôle sont des instruments de bord du véhicule 10. Les instruments de bord sont des indicateurs ou témoins qui renseignent le conducteur 18 d’un véhicule 10 sur les paramètres de conduite (vitesse, accélération, température…) et le fonctionnement du véhicule 10, notamment du moteur du véhicule 10. Pour un véhicule automobile, les instruments de bord comprennent, par exemple, au moins un compte tour, un compteur de vitesse, une jauge d’essence et un indicateur de la température du liquide de refroidissement. En complément ou en variante, les informations de contrôle sont des informations utiles à la conduite telles que de la navigation (cartographie, positions, directions) ou des conditions de circulation (embouteillages, travaux). En complément ou en variante, les informations sont d’autres informations telles que des services multimédias, ou des informations relatives à la climatisation du véhicule 10. Comme illustré par la FIG. 2 , le dispositif d’affichage 16 comprend un support 20, une source d’émission 24 et un bloc optique 26. Comme visible sur la FIG. 2 , le support 20 comprend un élément de base 21 et un élément réflecteur 22. Dans un exemple de mode réalisation, l’élément de base 21 est transparent. L’élément de base 21 présente un dioptre d’entrée et un dioptre de sortie. Chacun du dioptre d’entrée et du dioptre de sortie présente une face externe et une face interne opposée à la face externe. La face externe de chaque dioptre est une face orientée vers l’extérieur dudit dioptre, c’est-à-dire en direction du milieu extérieur (l’air). La face interne de chaque dioptre est orientée vers l’intérieur dudit dioptre. De manière facultative, le support 20 comprend au moins une couche d’un matériau transparent entre le dioptre d’entrée et le dioptre de sortie de l’élément de base 21. Le matériau transparent est, par exemple, le verre, le plastique, l’éthylène vinyle acétate (EVA), ou encore le polyvinyle butyrale (PVB). Dans cet exemple de mode de réalisation, le support 20 est, par exemple, une lame aussi appelée « combineur » (en anglais « combiner »). En variante, le support 20 est un parebrise, tel que le parebrise 12 du véhicule 10 dans lequel est intégré le dispositif 16. Dans un autre exemple de mode de réalisation, l’élément de base 21 est opaque, c’est-à-dire de transparence nulle. En variante ou en complément, l’élément de base 21 est teinté ou à teinte activable (photo ou électro chromique). L’élément réflecteur 22 est au moins partiellement réfléchissant. L’élément réflecteur 22 est, par exemple, un revêtement ou un traitement (par exemple obtenu par dépôt physique ou dépôt chimique) ou un film (par exemple laminé ou maintenu par effet électrostatique). Lorsque l’élément de base 21 est transparent, l’élément réflecteur 22 est, par exemple, disposé sur toute ou partie de la face externe du dioptre entrée ou sur toute ou partie de la face interne du dioptre de sortie. Lorsque l’élément de base 21 est opaque, l’élément réflecteur 22 est, par exemple, disposé sur toute ou partie de l’élément de base 21 (surface orientée en direction du conducteur 18). La source d’émission 24 est propre à émettre au moins un faisceau lumineux, dit faisceau utile F u , comprenant des informations à destination du conducteur 18 ou d’un passager 19. Le faisceau lumineux est, par exemple, dans la gamme de longueurs d’onde visible (380 nanomètres à 700 nanomètres). De préférence, la source d’émission 24 comprend au moins un écran. L’écran est, par exemple, un écran à cristaux liquides (en anglais LCD pour « liquid cristal display). Le bloc optique 26 est propre à acheminer le faisceau utile F u en direction de l’élément réflecteur 22 du support 20 de sorte que l’élément réflecteur 22 soit propre à réfléchir le faisceau utile F u pour former une image utile IM dans une fenêtre d’observation du conducteur 18 en position de conduite ou d’un passager 19 du véhicule 10. L’image utile IM est une image virtuelle ou une image réelle (image réelle possible en fonction du bloc optique entre la source d’émission 24 et l’élément réflecteur 22 et lorsque l’élément réflecteur 22 comporte en outre une propriété diffusante). De préférence, le bloc optique 26 est configuré pour que le faisceau utile F u arrive sur l’élément réflecteur 22 en un point d’incidence P I prédéterminé avec un angle d’incidence prédéterminé, le point d’incidence P I et l’angle d’incidence étant choisis pour que le faisceau utile F u réfléchi sur l’élément réflecteur 22 forme une image utile IM dans une fenêtre d’observation du conducteur 18 en position de conduite ou d’un passager 19 du véhicule 10. L’angle d’incidence est l’angle entre l’axe du faisceau et la normale N à l’élément réflecteur 22 au point d’incidence P I du faisceau utile F u sur l’élément réflecteur 22. Le bloc optique 26 comprend au moins une optique à la fois réfléchissante et diffusante, dite miroir diffusant 30. Le miroir diffusant 30 est propre à recevoir le faisceau utile F u , et à le réfléchir et le diffuser telle une source d’émission secondaire, c’est-à-dire une source qui renvoie un faisceau lumineux mais sans le produire. De préférence, le miroir diffusant 30 est le seul élément diffusant du bloc optique 26. En d’autres termes, le bloc optique 26 ne comprend pas de diffuseur additionnel. De préférence, la fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle, dite BRDF (en anglais « Bidirectional Reflectance Distribution Function »), du miroir diffusant 30 est constante sur la surface de la source d’émission secondaire vue depuis la fenêtre d’observation du conducteur 18 ou du passager 19. Cela permet que l’image utile IM ait une luminosité homogène. De préférence, le coefficient de réflexion du miroir diffusant 30 est supérieur ou égal à 90 pourcents, de préférence strictement supérieur à 92 pourcents, avantageusement strictement supérieur à 95 pourcents, idéalement supérieur ou égal à 97 pourcents. Dans l’exemple illustré par la FIG. 3 , le miroir diffusant 30 est formé d’un empilement de couches superposées. L’empilement de couches comprend dans l’ordre suivant au moins : un substrat 32, une couche de fixation 34 et une couche réfléchissante 36. Optionnellement, le miroir diffusant 30 comprend au moins une couche d’oxyde 38 fixée sur la couche réfléchissante 36. Dans l’exemple spécifique de la FIG. 3 , le miroir diffusant 30 comprend deux couches d’oxyde 38. Le substrat 32 présente une face texturée 40 conférant la propriété diffusante au miroir diffusant 30. Par « face texturée », il est entendu une fasse non plane et non lisse. La couche de fixation 34 est fixée sur la face texturée 40 du substrat 32, la couche réfléchissante 36 étant fixée sur la couche de fixation 34. De préférence, la face texturée 40 du substrat 32 est propre à diffuser un faisceau incident avec un angle de diffusion tel que l’image utile IM formée suite à la réflexion du faisceau utile F u sur l’élément réflecteur 22 occupe une portion prédéterminée de la fenêtre d’observation du conducteur 18. De préférence, la face texturée 40 du substrat 32 est propre à diffuser un faisceau incident avec un angle de diffusion inférieur ou égal à une valeur prédéterminée. La valeur prédéterminée dépend notamment du type d’afficheur tête haute considéré, et des contraintes d’affichage. Par exemple, la valeur prédéterminée est de 30 degrés, ce qui permet une diffusion particulièrement directive. En variante, la valeur prédéterminée est de 50 degrés, notamment pour les afficheurs tête haute longue distance. Dans un exemple de mise en œuvre, la face texturée 40 du substrat 32 est formée d’un agencement d’éléments diffusants sur ladite face texturée 40. De préférence, les éléments diffusants sont agencés de façon isotrope. Cela permet d’éviter de polariser le faisceau utile F u et d’éviter de diminuer le coefficient de réflexion. En outre, le fait d’avoir des éléments diffusants répartis de manière homogène permet d’obtenir une diffusion à symétrie de révolution. De préférence, chaque élément diffusant présente au moins deux plans de symétrie. De préférence, chaque élément diffusant ne présente pas de surfaces coplanaires à l'échelle macroscopique. Cela permet de minimiser la réflexion spéculaire et d'éviter la formation de points chauds (points lumineux). De préférence, les éléments diffusants ont une forme sphérique. Les éléments diffusants sont, par exemple, des microbilles. En variante, les éléments diffusants sont des micro-pyramides agencées aléatoirement. En variante ou en complément, les éléments diffusants sont des micro-pyramides à pente aléatoire. Dans un exemple, l’agencement d’éléments diffusants permet une diffusion gaussienne. Le substrat 32 est, par exemple, en métal, verre, ou plastique. L’épaisseur du substrat 32 est, par exemple, comprise entre 100 micromètres (µm) et 3 millimètres (mm). L’épaisseur est définie dans la direction d’empilement Z comme illustré par la FIG. 3 . La couche de fixation 34 est propre à fixer la couche réfléchissante 36 au substrat 32. La couche de fixation 34 est, par exemple, en chrome ou en titane. Une telle couche de fixation 34 permet un accrochage de la couche réfléchissante 36 au substrat 32. L’épaisseur de la couche de fixation 34 est, par exemple, comprise entre 1 nanomètre (nm) et 100 nm. La couche réfléchissante 36 est propre à réfléchir le faisceau utile F u . Le coefficient de réflexion de la couche réfléchissante 36 est supérieur ou égal à 90 pourcents, de préférence strictement supérieur à 92 pourcents, avantageusement strictement supérieur à 95 pourcents, idéalement supérieur ou égal à 97 pourcents. La couche réfléchissante 36 a, par exemple, été déposée par évaporation ou pulvérisation. La couche réfléchissante 36 est, par exemple, réalisée en aluminium ou en argent. L’épaisseur de la couche réfléchissante 36 est, par exemple, comprise entre 10 nm et 3 µm. La couche d’oxyde 38 est fixée sur la couche réfléchissante 36. Dans un exemple, l’empilement est formé de plusieurs couches d’oxyde 38 superposées. La ou les couches d’oxyde 38 permettent d’augmenter la réflectivité de la couche réfléchissante 36, et donc du miroir diffusant 30. L’épaisseur de chaque couche d’oxyde 38 est, par exemple, comprise entre 10 nm et 3 µm. Le fonctionnement du dispositif d’affichage 16 va maintenant être décrit. Initialement, la source d’émission 24 envoie un faisceau lumineux, dit faisceau utile F u , en direction du bloc optique 26. Le miroir diffusant 30 du bloc optique 26 diffuse et réfléchit le faisceau utile F u de sorte que le faisceau utile F u soit envoyé sur l’élément réflecteur 22. L’élément réflecteur 22 réfléchit le faisceau utile F u pour former une image utile IM dans une fenêtre d’observation d’un conducteur 18 en position de conduite. Ainsi, le miroir diffusant 30, combinant à la fois les propriétés d’un miroir et d’un diffuseur, permet de réduire le nombre d’optiques utiles pour l’acheminement d’un faisceau lumineux sur l’élément réflecteur 22 du support 20. En particulier, les configurations des figures 4 à 6 illustrent la réduction du nombre d’optiques (et donc du volume et du poids) apportée par le dispositif d’affichage 16 selon l’invention par rapport à un dispositif d’affichage de l’état de la technique. En particulier, dans les exemples des figures 4 et 6, le bloc optique 26 du dispositif d’affichage de l’état de la technique comprend un diffuseur D1 et deux miroirs M1 et M2, alors que dans le dispositif d’affichage 16 selon l’invention, le diffuseur D1 et le miroir M1 sont remplacés par le miroir diffusant 30. De même, dans l’exemple de la FIG. 5 , le bloc optique 26 du dispositif d’affichage de l’état de la technique comprend un diffuseur D1 et trois miroirs M1, M2, M3, alors que dans le dispositif d’affichage 16 selon l’invention, le diffuseur D1 et le miroir M1 sont remplacés par le miroir diffusant 30. Ainsi, le dispositif d’affichage 16 permet l’affichage des informations utiles à la conduite d’un véhicule 10, tout en restant compact et facile à intégrer dans un véhicule 10. L’homme du métier comprendra que les modes de réalisation et variantes précédemment décrits peuvent être combinés pour former de nouveaux modes de réalisation pourvu qu’ils soient compatibles techniquement. Dispositif (16) d’affichage tête haute pour un véhicule (10), comprenant : un support (20) comprenant un élément réflecteur (22), une source d’émission (24) propre à émettre un faisceau lumineux, dit faisceau utile (F u ), et un bloc optique (26) propre à acheminer le faisceau utile (F u ) en direction de l’élément réflecteur (22) de sorte que l’élément réflecteur (22) soit propre à réfléchir le faisceau utile (F u ) pour former une image utile (IM) dans une fenêtre d’observation d’un conducteur (18) ou d’au moins un passager (19) du véhicule (10), le bloc optique (26) comprenant une optique ayant à la fois une propriété réfléchissante et une propriété diffusante, dite miroir diffusant (30), le miroir diffusant (30) étant propre à recevoir le faisceau utile (F u ), et à le réfléchir et le diffuser telle une source d’émission secondaire. Dispositif (16) selon la revendication 1, dans lequel la fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle, dite BRDF, du miroir diffusant (30) est constante sur la surface de la source d’émission secondaire vue depuis la fenêtre d’observation du conducteur (18) ou du passager (19). Dispositif (16) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le coefficient de réflexion du miroir diffusant (30) est supérieur ou égal à 90 pourcents, de préférence strictement supérieur à 92 pourcents, avantageusement strictement supérieur à 95 pourcents. Dispositif (16) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le miroir diffusant (30) est formé d’un empilement de couches parmi lesquelles : un substrat (32), une couche de fixation (34) et une couche réfléchissante (36), le substrat (32) ayant une face texturée (40) conférant la propriété diffusante au miroir diffusant (30), la couche de fixation (34) étant fixée sur la face texturée (40) du substrat (32), la couche réfléchissante (36) étant fixée sur la couche de fixation (34). Dispositif (16) selon la revendication 4, dans lequel la face texturée (40) du substrat (32) est formée d’un agencement d’éléments diffusants sur ladite face texturée (40). Dispositif (16) selon la revendication 5, dans lequel les éléments diffusants sont agencés de façon isotrope. Dispositif (16) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel chaque élément diffusant présente au moins deux plans de symétrie, de préférence les éléments diffusants ayant une forme sphérique. Dispositif (16) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel le miroir diffusant (30) comprend au moins une couche d’oxyde (38) fixée sur la couche réfléchissante (36). Dispositif (16) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le miroir diffusant (30) est le seul élément diffusant du bloc optique (26). Véhicule (10) comprenant un dispositif (16) d’affichage selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.