FR3044107A1 - Afficheur tete-haute equipe d'un guide d'onde - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un afficheur tête-haute pour véhicule automobile, comprenant un dispositif de génération d'images et un combineur (20) disposé de manière à recevoir le faisceau lumineux émis par le dispositif de génération d'images et à projeter les images générées dans le champ de vision du conducteur du véhicule automobile. Selon l'invention, l'afficheur comporte un guide d'onde dans lequel est prévu un motif (22) et au moins une source de lumière (30) adaptée à éclairer le motif.

Description

Afficheur tete-haute équipé d’un guide d’onde

Domaine technique auquel se rapporte l'invention

La présente invention concerne de manière générale les dispositifs d’aide à la conduite de véhicules automobiles.

Elle concerne plus particulièrement un afficheur tête-haute pour véhicule automobile, comprenant un dispositif de génération d’images et un combineur disposé de manière à recevoir le faisceau lumineux émis par le dispositif de génération d’images et à projeter les images dans le champ de vision du conducteur du véhicule automobile.

Arriere-plan technologique

Pour faciliter et rendre plus sûre la conduite d’un véhicule automobile, on souhaite éviter que le conducteur ne soit forcé de détourner son regard de la route qu’il emprunte.

Pour cela, il est connu d’utiliser un afficheur tête-haute, adapté à projeter des informations élémentaires (vitesse du véhicule, direction à suivre, ...) et des informations de sécurité (dysfonctionnement du moteur, présence d’obstacle, ...) à la hauteur du regard du conducteur.

On connaît notamment deux types d’afficheurs tête-haute.

Les afficheurs du premier type utilisent un dispositif de formation d’image comprenant un diffuseur et une unité de balayage conçue pour générer un faisceau lumineux balayant une face d’entrée du diffuseur. Le faisceau lumineux en sortie du diffuseur forme ainsi une image, qui peut alors être projetée dans le champ de vision du conducteur du véhicule au moyen d’un combineur.

Les afficheurs du second type utilisent un écran qui permet de générer une image, laquelle est alors projetée dans le champ de vision du conducteur, ici aussi au moyen d’un combineur.

Dans les deux cas, le combineur permet de faire en sorte que le conducteur puisse percevoir les informations élémentaires et de sécurité en superposition de la vue qu’il a de la route.

Un tel afficheur tête-haute présente toutefois un inconvénient majeur, à savoir qu’en cas de panne du dispositif de génération d’images, il n’est plus en mesure de projeter aucune information, notamment les informations de sécurité.

Objet de l’invention

Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose un afficheur tête-haute tel que défini dans l’introduction, comprenant : - un guide d’onde qui présente deux faces principales et un bord latéral, et dans lequel est prévu un motif, et - au moins une source de lumière adaptée à éclairer le motif par le bord latéral du guide d’onde de telle sorte que la lumière sorte par l’une des deux faces principales du guide d’onde.

Le motif est alors susceptible de s’illuminer lorsqu’il est éclairé par la source de lumière, si bien qu’il peut ainsi afficher une information. Il demeure en revanche invisible lorsque la source de lumière est éteinte, de sorte qu’il ne gêne pas la vision du conducteur.

La technologie employée n’est pas dépendante du fonctionnement du dispositif de génération d’images et elle est basée sur des composants simples, si bien qu’elle présente une grande fiabilité. Par conséquent, son emploi pour l’affichage d’informations de sécurité s’avère bien adapté. Sa mise en oeuvre est en outre peu onéreuse.

La technologie employée permet en outre, lorsque le guide d’onde est installé de manière visible par les passagers du véhicule, d’afficher des informations de manière visible non seulement pour le conducteur, mais également pour ces passagers. Par conséquent, l’afficheur offre une plus grande sécurité puisque les passagers peuvent prévenir le conducteur de l’imminence d’un danger lorsque le motif s’illumine à un moment où le conducteur a détourné son regard de la route.

La technologie employée permet enfin de placer le guide d’onde sur le chemin optique de l’afficheur tête-haute, sans modifier l’architecture de ce dernier, ce qui rend sa mise en place peu contraignante puisque ne nécessitant pas de modifier les afficheurs tête-haute existants. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’afficheur tête-haute conforme à l’invention sont les suivantes : - chaque source de lumière comporte une diode électroluminescente ; - ledit motif est gravé dans le guide d’onde, à distance du bord latéral du guide d’onde ; - ledit motif est formé par des microstructures prévues dans le guide d’onde et formant un élément optique de guidage de la lumière ; - ledit motif est formé par des éléments optiques diffractifs prévus dans le guide d’onde ; - chaque élément optique diffractif est adapté à être contrôlé de manière active ; - le combineur comporte une plaque transparente semi-réfléchissante, qui forme le guide d’onde ; - le combineur présente une zone d’affichage qui reçoit le faisceau lumineux émis par le dispositif de génération d’images, et chaque motif est situé en dehors de cette zone d’affichage ; - le dispositif de génération d’images comprend un écran et le guide d’onde est placé contre l’écran ou à distance réduite de celui-ci ; - la distance entre le guide d’onde et l’écran est inférieure à 2 centimètres.

Description detaillee d’un exemple de réalisation

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d’un premier mode de réalisation d’un afficheur tête-haute conforme à l’invention ; - la figure 2 est une vue schématique d’un second mode de réalisation d’un afficheur tête-haute conforme à l’invention ; - la figure 3 est une vue schématique d’un combineur pouvant être utilisé dans l’un ou l’autre des deux modes de réalisation de l’afficheur tête-haute illustrés sur les figures 1 et 2 ; - la figure 4 est une vue schématique d’une unité de génération d’image pouvant être utilisée dans l’afficheur tête-haute de la figure 1 ; et - la figure 5 est une vue schématique d’une variante de réalisation de l’unité de génération d’image de la figure 4.

Sur les figures 1 et 2, on a représenté deux modes de réalisation d’un afficheur tête-haute 10 destiné à équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile.

Dans ces deux modes de réalisation, l’afficheur tête-haute 10 comprend une unité de génération d’image 11 pilotée par un calculateur (non représenté), et un ensemble optique de projection 12.

Dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, l’unité de génération d’image 11 comprend un écran 11 A, ici un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display”) à transistors en couche mince (ou TFT pour "Thin-Film TransistoF). Elle comprend également ici un dispositif de rétroéclairage 11C situé à l’arrière de l’écran 11A et une vitre de protection 11B située à l’avant de l’écran 11 A.

Dans le second mode de réalisation illustré sur la figure 2, l’unité de génération d’image 11 comprend un diffuseur 16 et une unité de balayage qui génère un faisceau lumineux de direction variable de manière à pouvoir balayer la face arrière du diffuseur 16. L’unité de balayage comprend plus précisément un module de formation de faisceau 14 et un miroir mobile 15, par exemple réalisé sous forme d’un microsystème électromécanique (ou MEMS pour "MicroElectroMechanical System").

Le module de formation de faisceau 14 comprend typiquement trois sources de lumière monochromatiques, telles que des sources laser, dont les faisceaux lumineux respectifs (monochromatiques) sont combinés (par exemple à l’aide de miroirs dichroïques) afin de former le faisceau lumineux polychromatique (ici laser) émis en sortie du module de formation de faisceau 14. Ce faisceau lumineux généré par le module de formation de faisceau 14 est dirigé vers le miroir mobile 15, dont l’orientation est commandée par un module de commande de façon à ce que le faisceau lumineux réfléchi (par le miroir mobile 15) balaie la face arrière du diffuseur 16.

Dans ces deux modes de réalisation, l’unité de génération d’image 11 permet, sous le contrôle du calculateur, de générer une image que l’ensemble optique de projection 12 va pouvoir projeter dans le champ de vision du conducteur lorsque le regard de ce dernier est tourné vers la route.

Dans les deux modes de réalisation représentés sur les figures 1 et 2, l’ensemble optique de projection 12 est plus précisément conçu pour projeter une image virtuelle Img dans le champ de vision du conducteur du véhicule, à une distance du conducteur qui est supérieure à celle séparant le conducteur du pare-brise 1 (si bien que le travail d’accommodation que les yeux du conducteur doivent effectuer pour passer de la route aux informations projetées est réduit). L’ensemble optique de projection 12 comporte à cet effet un système optique de renvoi 13 et un combineur 20 placé dans le champ de vision du conducteur du véhicule.

Le système optique de renvoi 13, qui comporte ici uniquement un miroir de repliement, permet de replier le chemin optique et de renvoyer l’image générée par l’unité de génération d’image 11 vers le combineur 20.

Le combineur 20 permet de réfléchir cette image de telle manière qu’elle apparaisse au conducteur comme si elle était affichée à une grande distance de ce dernier.

Ici, ce combineur 20 est de préférence disposé dans l’habitacle du véhicule automobile, entre le pare-brise 1 du véhicule et les yeux du conducteur. En variante, le combineur pourrait être formé par le pare-brise lui-même.

Comme le montre bien la figure 3, le combineur 20 comporte une plaque transparente 21 montée dans un support 29.

La plaque transparente 21 forme une lame semi-réfléchissante. Ici, il s’agit en pratique d’une pièce injectée en polycarbonate, qui est incurvée de manière à agrandir la taille de l’image produite par l’unité de génération d’images 11 pour présenter une image virtuelle Img (vue par le conducteur) de grande taille.

Cette plaque transparente 21 a été traitée pour présenter en face avant un revêtement semi-réfléchissant et pour présenter en face arrière un revêtement anti-reflet.

De cette manière, le combineur 20 peut réfléchir l’image formée par l’unité de génération d’image 11.

Ici, et c’est précisément l’objet de la présente invention, l’afficheur tête-haute 10 comporte des moyens techniques supplémentaires, qui permettent au conducteur de visualiser des informations autres que celles formées par l’unité de génération d’image 11.

Ainsi, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, l’afficheur tête-haute 10 comporte, d’une part, un guide d’onde dans lequel est prévu un motif visible par l’avant du guide d’onde, et, d’autre part, au moins une source de lumière adaptée à éclairer le motif par le côté du guide d’onde.

On rappelle à ce sujet qu’un guide d’onde est un élément qui sert à guider des ondes de lumière en les maintenant confinées grâce aux propriétés de réflexion totale de la lumière au niveau d’une surface de séparation de deux milieux d’indices différents.

Ici, ce guide d’onde se présente sous la forme d’une plaque transparente, parfaitement plane ou légèrement courbée. Elle présente ainsi deux faces principales avant et arrière, et un bord latéral.

La source de lumière est alors tournée vers le bord latéral de ce guide d’onde, de manière à éclairer l’intérieur de celui-ci. L’avant du guide d’onde est par ailleurs défini comme étant situé du côté de l’une des deux faces principales de la plaque transparente.

Comme cela sera décrit plus en détail dans la suite de cet exposé, ce guide d’onde pourra être intégré au combineur 20 (cas de la figure 3) ou il pourra être placé contre l’écran 11A (figure 4).

Dans la suite de cet exposé, on désignera par le terme « motif >> tout élément intégré au guide d’onde de manière à permettre l’affichage d’une information dans le champ de vision du conducteur. Un tel motif pourra par exemple se présenter sous la forme du symbole d’un témoin d’alerte (témoin de batterie, de carburant, de pression d’huile, de frein, ...). En variante, il pourra se présenter sous la forme d’un panneau de signalisation, ou encore d’un message.

Le motif est formé dans le guide d’onde, de manière à former un obstacle ponctuel au passage de la lumière, ce qui permet de faire sortir une partie de la lumière au travers de l’une des faces principales du guide d’onde, dans une direction donnée (vers l’avant). La forme de chaque motif est alors prévue pour faire apparaître, sur l’une des faces principales du guide d’onde, une information particulière. Tel qu’il apparaît sur les figures 3 et 4, le motif 22 ; 42 présente la forme d’un panneau danger. En variante, il pourra bien entendu présenter une forme différente.

Le motif 22 ; 42 prévu dans le guide d’onde pourra être obtenu de différentes manières. A titre de premier exemple, on pourra prévoir de graver point par point ou de sérigraphier le motif 22 ; 42 à la surface du guide d’onde. Comme le montre la figure 3, le risque est alors que le côté du motif 22 situé le plus proche de la source de lumière 30 soit plus éclairé que le reste du motif 22, ce qui au mieux sera inesthétique, et au pire ne permettra pas au conducteur de percevoir l’ensemble du motif 22.

On pourra alors prévoir d’affiner la gravure ou la sérigraphie du côté de la source de lumière, de manière à obtenir une illumination uniforme du motif vu par le conducteur. A titre de deuxième exemple, le motif 22 pourra être formé par des microstructures prévues à l’intérieur du guide d’onde. Ces microstructures formeront alors un « élément optique de guidage de la lumière » (ou « LOE », de l’anglais « Light-guide Optical Elément »). A titre de troisième exemple, on pourra utiliser un élément optique diffractif DOE (de l’anglais « diffractive optical element »). Il sera notamment possible de créer une structure utilisant le principe du réseau de Bragg, c’est-à-dire une structure dans laquelle alternent des couches de deux matériaux d'indices de réfraction différents. Grâce à cette structure, il sera possible de contrôler de manière active cet élément optique diffractif DOE, de manière à afficher des motifs de formes différentes.

Quelle que soit la méthode utilisée, la commande de la source de lumière permettra d’illuminer ou de rendre invisible le motif prévu dans le guide d’onde.

Comme cela a été brièvement mentionné supra, on pourra envisager d’intégrer le guide d’onde à l’afficheur tête-haute 10 de deux façons différentes.

La première façon, illustrée sur la figure 4, consistera à placer le guide d’onde 40 en appui contre ou à distance réduite de l’écran 11 A, de manière que l’image du motif soit projetée dans le champ de vision du conducteur via l’ensemble optique de projection 12.

On pourra par exemple prévoir que le guide d’onde fasse office de vitre de protection 11 B.

Dans l’éventualité où on utiliserait une vitre de protection 11 B, on pourra au contraire placer le guide d’onde 40 contre cette vitre de protection 11 B. On notera ici que l’utilisation d’une telle vitre de protection 11B n’est pas obligatoire, dans la mesure où l’ensemble est placé dans une cavité qui le protège déjà.

Ainsi, on pourra placer le guide d’onde à l’opposé de l’écran 11A par rapport à la vitre de protection 11 B, de sorte que sa mise en place ne nécessite aucune modification de l’architecture de l’afficheur tête-haute 10.

Comme le montre la figure 4, le guide d’onde 40 pourra au contraire être placé entre l’écran 11A et la vitre de protection 11 B, pour être situé au plus près de l’écran 11A et être protégé par la vitre de protection 11 B.

Le motif 42 sera alors situé sur le côté du guide d’onde 40, mais à distance du bord du guide d’onde.

La source de lumière 30 sera quant à elle située sur la tranche du guide d’onde 40. L’avantage de la solution technique illustrée sur cette figure 4 est qu’elle modifie peu l’architecture des afficheurs tête-haute existants. Son seul inconvénient est que la configuration de l’afficheur étant conçue pour projeter des images générées à la position exacte de l’écran 11 A, le léger décalage entre l’écran 11A et le guide d’onde 40 induira un flou très léger sur l’image du motif vue par le conducteur. Pour cette raison, la distance entre l’écran 11A et le guide d’onde 40 sera de préférence inférieure à 2 centimètres.

Comme le montre la figure 3, la seconde façon consistera à utiliser la plaque transparente 21 du combineur 20 en guise de guide d’onde. Cette solution technique pourra être employée quel que soit le mode de réalisation de l’afficheur tête-haute 10 (figure 1 ou 2).

Dans cette solution technique illustrée sur la figure 3, le motif 22 sera alors situé dans la plaque transparente 21 du combineur 20 et la source de lumière 30 sera située sur la tranche du combineur 20.

Comme le montre cette figure 3, la plaque transparente 21 du combineur 20 présente une zone centrale Z1 au travers de laquelle le conducteur peut observer l’image virtuelle Img1, et une zone périphérique Z2 qui n’est jamais éclairée par l’unité de génération d’image 11. Chaque motif 22 est alors plus précisément situé dans cette zone périphérique Z2, de manière qu’il ne peut pas être éclairé par l’unité de génération d’image 11 et qu’il ne peut donc pas s’illuminer par erreur. Ici, il est prévu un unique motif 22 mais on pourra prévoir une pluralité de motifs répartis dans la zone périphérique Z2.

En variante, on pourrait toutefois prévoir de placer un ou plusieurs motifs 22 dans la zone centrale Z1 du combineur 20.

Par ailleurs, comme le montre la figure 3, il est ici prévu une unique source de lumière fixée au combineur 20, formée par une diode électroluminescente 30 adaptée à émettre de la lumière en direction du motif 22.

On notera que cette source de lumière pourra être intégrée au support 29 du combineur 20, qui forme ici une pince permettant de tenir la plaque transparente 21 par son bord inférieur. De cette manière, la source de lumière éclairera le motif 22 par le bas. En variante, les sources de lumière pourraient être placées à distance du combineur 20, par exemple sur la planche de bord du véhicule.

On peut maintenant décrire une utilisation possible de l’afficheur tête-haute 10 représenté sur les figures.

Dans tous les modes de réalisation de l’invention, l’unité de génération d’images 11 est commandée de manière classique par le calculateur, de manière à permettre au conducteur de percevoir des informations élémentaires telles que la vitesse du véhicule, la direction à suivre, l’état des phares....

La source de lumière 30 est en revanche commandée par le calculateur pour afficher une information de sécurité.

Ici, cette information de sécurité sera la présence éventuelle d’un obstacle. Cette information de sécurité sera obtenue par le calculateur grâce à des moyens de détection équipant le véhicule, tels que par exemple des caméras.

Alors, en l’absence d’obstacle, le calculateur pourra commander l’extinction de la source de lumière 30. De cette manière, le motif 22 restera invisible et ne perturbera pas la conduite du véhicule.

En présence d’un obstacle, le calculateur pourra commander l’allumage de la source de lumière 30, ce qui provoquera l’illumination instantanée du motif 22. Ainsi, l’attention du conducteur (et éventuellement celle des passagers du véhicule si le guide d’onde est formé par le combineur 20) sera attirée sur cet obstacle, ce qui permettra au conducteur de réagir plus rapidement.

On notera qu’en cas de panne de l’unité de génération d’images 11, l’information de sécurité pourra continuer à être affichée, puisque le fonctionnement de la source de lumière 30 est indépendant de celui de cette unité de génération d’images 11.

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.

Ainsi, chaque motif pourra être utilisé pour afficher une information différente de celle décrite supra. A titre d’exemple, un motif pourra être utilisé pour signaler un dysfonctionnement du moteur (surchauffe, ...), ou un dysfonctionnement mécanique (problème de suspension, de gonflement des pneus, ...), ou encore un dysfonctionnement du système électrique (problème d’ABS, problème de l’unité de génération d’images 11...).

Sur la figure 5, on a représenté une variante de réalisation de l’unité de génération d’images 11 illustré sur la figure 4. Dans cette variante, le guide d’onde 40 présente une taille et/ou une position telle qu’il déborde de l’écran 11 A. Sa partie 41 qui déborde de l’écran 11A présente au moins un second motif 43 adaptée à être illuminée par une source de lumière 30.

Plus précisément ici, comme le montre la figure 5, le guide d’onde présente une taille telle qu’il déborde de l’écran 11A sur un côté de celui-ci. Ce guide d’onde présente, sur la partie 41 qui déborde de l’écran, un second motif 43 qui représente le symbole de l’enclenchement du frein à main du véhicule. Il est équipé d’une seconde diode électroluminescente qui permet d’éclairer ce second motif 43, indépendamment de l’éclairage du premier motif 42.

Dans cette variante illustrée sur la figure 5, l’ensemble optique de projection 12 devra être prévu de telle manière que l’image de ce second motif 43 puisse être projetée dans le champ de vision du conducteur, ce qui peut nécessiter une modification de l’architecture des afficheurs tête-haute existants. Plus précisément, cela peut nécessiter d’agrandir les éléments optiques (miroir de repliement et combineur). Cela n’affecte toutefois pas la forme des faces principales de ces nouveaux éléments optiques, ce qui réduit le travail de conception. L’intérêt majeur de la solution illustrée sur la figure 5 est de prévoir dans le guide d’onde une zone qui permet d’afficher de nombreuses informations à distance des informations affichées par l’écran 11 A, de manière que ces informations ne se superposent jamais.

Selon une autre variante de l’unité de génération d’images non représentée sur les figures, on aurait pu prévoir de placer le guide d’onde à côté de l’écran 11A et non à l’avant de celui-ci. L’avantage de cette solution est que le guide d’onde pourra être placé de telle manière que le motif s’affiche sans aucun flou dans le champ de vision du conducteur. L’inconvénient de cette solution est qu’ici encore, la position du guide d’onde peut nécessiter de modifier l’architecture des afficheurs tête-haute existants afin que l’image du motif puisse être visible par le conducteur du véhicule.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Afficheur tête-haute (10) pour véhicule automobile, comprenant un dispositif de génération d’images (11) et un combineur (20) disposé de manière à recevoir le faisceau lumineux émis par le dispositif de génération d’images (11) et à projeter les images générées dans le champ de vision du conducteur du véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte : - un guide d’onde (21 ; 40) qui présente deux faces principales et un bord latéral, et dans lequel est prévu un motif (22 ; 42 ; 43), et - au moins une source de lumière (30) adaptée à éclairer le motif (22 ; 42 ; 43) par le bord latéral du guide d’onde (21 ; 40) de telle sorte que la lumière sorte par l’une des deux faces principales du guide d’onde (21 ; 40).
2. 2. Afficheur tête-haute (10) selon la revendication 1, dans laquelle chaque source de lumière (30) comporte une diode électroluminescente.
3. 3. Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit motif (22 ; 42 ; 43) est gravé dans le guide d’onde (21 ; 40), à distance du bord latéral du guide d’onde (21 ; 40).
4. 4. Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit motif (22 ; 42 ; 43) est formé par des microstructures prévues dans le guide d’onde (21 ; 40) et formant un élément optique de guidage de la lumière (LOE).
5. 5. Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit motif (22 ; 42 ; 43) est formé par des éléments optiques diffractifs (DOE) prévus dans le guide d’onde (21 ; 40).
6. 6. Afficheur tête-haute (10) selon la revendication 5, dans lequel chaque élément optique diffractif (DOE) est adapté à être contrôlé de manière active.
7. 7. Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le combineur (20) comporte une plaque transparente semi-réfléchissante (21) , qui constitue ledit guide d’onde.
8. 8. Afficheur tête-haute (10) selon la revendication 7, dans lequel le combineur (20) présente une zone d’affichage (Z1) qui reçoit le faisceau lumineux émis par le dispositif de génération d’images (11), et dans lequel chaque motif (22) est situé en dehors de cette zone d’affichage (Z1).
9. 9. Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif de génération d’images (11) comprend un écran (11 A) et le guide d’onde (40) est placé contre l’écran (11 A) ou à distance réduite de celui-ci.
10. 10. Afficheur tête-haute (10) selon la revendication 9, dans lequel la distance entre le guide d’onde (40) et l’écran (11A) est inférieure à 2 centimètres.