FR3075404A1 - Dispositif de generation d'images et afficheur tete haute associe - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de génération d'images (100) comprenant un écran (150) rétroéclairé par un module de génération de lumière polarisée (110), le module de génération de lumière polarisée comportant une source lumineuse (111) émettant un faisceau lumineux polarisé de largeur spectrale inférieure à 100 nanomètres, et l'écran comportant, dans cet ordre : - des cristaux liquides (155) définissant une pluralité de pixels adaptés à modifier la direction de polarisation de la lumière polarisée reçue, - un polariseur (157) laissant passer la lumière polarisée présentant une direction de polarisation prédéterminée, - un matériau photoluminescent (159) adapté à émettre une lumière non polarisée ayant une largeur spectrale supérieure à 400 nanomètres, et, - un filtre de couleur (161) laissant passer la lumière non polarisée comprise dans une largeur spectrale prédéterminée pour générer une couleur dans ladite image. L'invention concerne aussi un afficheur tête haute associé.

Description

Dispositif de génération d’images et afficheur tête haute associé

Domaine technique auquel se rapporte l'invention

La présente invention concerne de manière générale le domaine des dispositifs de génération d’images, notamment ceux utilisés dans les afficheurs tête haute pour véhicule.

Elle concerne en outre un afficheur tête haute comprenant un tel dispositif de génération d’images.

Arriere-plan technologique

Le principe des afficheurs tête haute pour véhicule est de projeter des images, notamment utiles à la conduite, directement dans le champ de vision d’un conducteur.

Pour cela, les afficheurs tête haute comprennent, en général, un dispositif de génération d’images adapté à générer au moins une image et un dispositif de projection d’images adapté à transmettre l’image générée vers une lame partiellement réfléchissante placée dans le champ de vision du conducteur. L’image générée doit être suffisamment lumineuse pour être vue par le conducteur.

La plupart des dispositifs de génération d’image utilisés aujourd’hui comprennent un écran à cristaux liquides rétroéclairé par une source de lumière non polarisée, diffuse et puissante.

Cependant, ce type de dispositif de génération d’images ne transmet, en sortie de l’écran, qu’environ 6% de la lumière générée par la source de lumière. L’écran s’échauffe en bloquant une bonne partie de la lumière émis par la source de lumière, ce qui conduit à sa détérioration.

De plus, en général, les afficheurs tête haute génèrent une lumière polarisée dont la direction de polarisation est horizontale, qui est malheureusement filtrée naturellement par les lunettes polarisées des conducteurs. Ce phénomène peut conduire à augmenter l’intensité lumineuse de la source de lumière rétroéclairant l’écran, augmentant ainsi la température de l’écran.

Objet de l’invention

Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose un dispositif de génération d’images optimisé pour lutter contre réchauffement de l’écran et générant des images en lumière non polarisée.

Plus particulièrement, on propose selon l’invention un dispositif de génération d’images comprenant un écran dont une face d’entrée est rétroéclairée par un module de génération de lumière polarisée pour générer en sortie au moins une image, dans lequel le module de génération de lumière polarisée comporte :

- une source lumineuse émettant un faisceau lumineux polarisé ayant une largeur spectrale inférieure ou égale à 100 nanomètres, et dans lequel l’écran comporte au moins, depuis la face d’entrée vers une face de sortie dudit écran, opposée à ladite face d’entrée :

- une couche de cristaux liquides définissant une pluralité de pixels, chaque pixel étant adapté à modifier individuellement la direction de polarisation de la lumière polarisée qu’il reçoit,

- un polariseur adapté à laisser passer uniquement la lumière polarisée présentant une direction de polarisation prédéterminée après qu’elle ait traversé la couche de cristaux liquides,

- une couche d’un matériau photoluminescent adapté à être excité par au moins une des longueurs d’ondes de la lumière polarisée ayant traversé le polariseur pour émettre, par photoluminescence, une lumière non polarisée ayant une largeur spectrale supérieure ou égale à 400 nanomètres, et,

- un filtre de couleur adapté à laisser passer les longueurs d’onde de la lumière non polarisée comprises dans une largeur spectrale prédéterminée du spectre visible pour générer une couleur donnée dans ladite image.

Ainsi, la combinaison d’un rétroéclairage par une lumière polarisée de faible largeur de bande, et d’une couche de matériau photoluminescent suivi d’au moins un filtre de couleur diminue réchauffement de l’écran.

En effet, le faisceau étant polarisé avant de pénétrer dans l’écran, l’écran n’a plus à polariser la lumière de sorte qu’il devient inutile pour l’écran de bloquer la partie de la lumière présentant une direction de polarisation inadéquate. En outre, la faible largeur de bande du faisceau lumineux excite plus efficacement le matériau photoluminescent qui génère alors, en se désexcitant, de la lumière non polarisée à large bande qu’il est alors possible de convertir facilement dans la couleur souhaitée grâce à un filtre de couleur.

La lumière générée en sortie du matériau photoluminescent de l’écran étant non polarisée, les images générées sont en outre visibles par le conducteur, qu’il porte ou non des lunettes polarisées.

D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :

- le module de génération de lumière polarisée comporte en outre un diffuseur conçu pour recevoir en entrée ledit faisceau lumineux polarisé et générer en sortie une lumière polarisée diffuse adaptée à illuminer uniformément la face d’entrée de l’écran, ladite lumière polarisée diffuse présentant une direction de polarisation identique à celle du faisceau lumineux polarisé ;

- le module de génération de lumière polarisée comporte en outre un réflecteur adapté à réfléchir le faisceau lumineux polarisé émis par la source lumineuse en direction de la face d’entrée de l’écran, sans modifier la direction de polarisation dudit faisceau lumineux polarisé.

- la face d’entrée de l’écran reçoit au moins 80% de lumière polarisée directe de la part du module de génération de lumière polarisée ;

- la source lumineuse est une diode laser ;

- la source lumineuse émet un faisceau polarisé de couleur bleue dont le spectre s’étend entre 420 nanomètres et 500 nanomètres et dans lequel le matériau photoluminescent de la couche de matériau photoluminescent de l’écran comprend des phosphores excités par ladite lumière bleue et émettant de la lumière blanche non polarisée dont le spectre s’étend entre 420 nanomètres et 800 nanomètres ;

- le filtre de couleur de l’écran comprend un premier filtre de couleur bleue absorbant les longueurs d’onde inférieures à 420 nanomètres et supérieures à 500 nanomètres, un deuxième filtre de couleur verte absorbant les longueurs d’onde inférieures à 500 nanomètres et supérieures à 580 nanomètres et un troisième filtre de couleur rouge absorbant les longueurs d’onde inférieures à 580 nanomètres et supérieures à 800 nanomètres;

- il est prévu derrière chacun des pixels (P), ledit filtre de couleur bleue ou ledit filtre de couleur verte ou ledit filtre de couleur rouge, de sorte qu’une matrice comportant un pixel de chaque couleur juxtaposé soit vue comme présentant une couleur résultant d’un mélange desdites couleurs bleue, verte et rouge ;

- il est prévu, entre le module de génération de lumière polarisée et la face d’entrée de l’écran, un polariseur supplémentaire adapté à laisser passer uniquement la lumière polarisée présentant une direction de polarisation prédéterminée pour illuminer la couche de cristaux liquides dudit écran.

L’invention propose également un afficheur tête haute comprenant un dispositif de génération d’images selon l’invention et un dispositif de projection d’images adapté à transmettre en direction d’une lame partiellement réfléchissante les images générées par ledit dispositif de génération d’images.

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 représentation schématique de principe d’un afficheur tête haute selon l’invention en position dans un véhicule ; et

- la figure 2 est une représentation schématique d’un dispositif de génération d’images selon l’invention.

Sur la figure 1, on a représenté les éléments principaux d’un afficheur tête haute 1 destiné à équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile.

Un tel afficheur tête haute 1 est adapté à créer une image virtuelle I dans le champ de vision d’un conducteur du véhicule, de sorte que le conducteur puisse voir cette image virtuelle I et les informations éventuelles qu’elle contient sans avoir à détourner le regard de la route.

A cet effet, l’afficheur tête haute 1 comprend un dispositif de génération d’images 100 adapté à générer au moins une image, et un dispositif de projection d’images 200 adapté à transmettre ladite image en direction d’une lame au moins partiellement réfléchissante 300 placée dans le champ de vision du conducteur (voir figure 1).

Plus précisément, dans l’exemple de réalisation de l’afficheur tête haute 1, la lame partiellement réfléchissante 300 est une lame au moins partiellement réfléchissante et au moins partiellement transparente dédiée à l’afficheur tête haute 1, communément appelé combineur. Il peut par exemple s’agir d’une lame semi-réfléchissante et semi-transparente.

Une telle lame partiellement réfléchissante 300 est ici placée entre le parebrise 2 du véhicule et les yeux du conducteur.

En variante, la lame partiellement réfléchissante pourrait être confondue avec le parebrise 2 du véhicule, le parebrise 2 du véhicule présentant alors la fonction de lame partiellement réfléchissante pour l’afficheur tête haute.

Par ailleurs, ici, le dispositif de projection d’images 200 comprend un miroir de repliement agencé de manière à réfléchir les images générées par le dispositif de génération d’images 100 en direction de la lame partiellement réfléchissante 300. Ici, ledit miroir de repliement est un miroir plan.

En variante, le dispositif de projection d’images pourrait comprendre une pluralité de miroirs et/ou d’autres éléments optiques tels qu’une lentille par exemple.

Sur la figure 2, on a représenté plus précisément le dispositif de génération d’images 100 selon l’invention.

Le dispositif de génération d’images 100 comprend un écran 150 dont une face d’entrée 150A est rétroéclairée par un module de génération de lumière polarisée 110 pour générer en sortie au moins une image.

Plus précisément, le module de génération de lumière polarisée 110 comporte une source lumineuse 111 émettant un faisceau lumineux polarisé ayant une largeur spectrale inférieure ou égale à 100 nanomètres.

De préférence, la largeur spectrale de la source de lumière est inférieure ou égale à 80 nanomètres.

Ainsi la source lumineuse 111 émet un spectre de longueurs d’onde dans un intervalle prédéterminé fermé, de largeur inférieure ou égale à 100 nanomètres. Autrement dit, le faisceau lumineux émis par la source lumineuse 111 est constitué uniquement de longueurs d’onde appartenant à l’intervalle prédéterminé.

Le spectre émis par la source lumineuse 111 peut être continu ou discontinu, c’est-à-dire qu’il peut comprendre un continuum de longueurs d’ondes ou certaines longueurs d’ondes seulement dans l’intervalle prédéterminé.

Par « polarisée », on entend que la lumière générée par la source lumineuse 111 présente une direction de polarisation préférentielle.

Dans l’exemple décrit ici, la source lumineuse 111 est une diode laser.

Par exemple, il peut s’agir d’une diode laser émettant un faisceau lumineux polarisé de couleur bleue, dont le spectre s’étend entre 420 nanomètres (nm) et 500 nanomètres (nm). L’intervalle prédéterminé est dans ce cas [420nm ; 500nm], de largeur égale à 80 nanomètres. La polarisation de la lumière est de type rectiligne. Plus précisément, la polarisation est choisie de type P ou S, c’està-dire rectiligne contenue dans le plan d’incidence ou rectiligne perpendiculaire à ce dernier, ledit plan d’incidence comportant à la fois le rayon incident et la normale à la face d’entrée 150A de l’écran 150.

En pratique, la polarisation de la lumière générée par la source lumineuse 111 est choisie soit de manière à être perpendiculaire à un polarisateur 157 de sortie de l’écran 150 (cas de l’écran « normally black »), c'est-à-dire de manière que l’écran soit non traversant lorsque ces pixels ne sont soumis à aucun champ électromagnétique (voir ci-après pour le fonctionnement de l’écran), ou de manière à être parallèle au polarisateur 157 de sortie de l’écran 150 (cas de l’écran « normally white >>), c’est-à-dire de manière que l’écran soit traversant dans la situation où ces pixels ne sont soumis à aucun champ électromagnétique (voir ci-après pour le fonctionnement de l’écran).

Avantageusement, la source lumineuse 111 émettant un faisceau de lumière de faible largeur spectrale, les optimisations et traitements optiques des différents éléments optiques constituant le dispositif de génération d’images sont réalisées spécifiquement pour cette largeur spectrale et non pour tout le spectre du visible, ce qui simplifie lesdits optimisations et traitements optiques.

Tel que représenté sur la figure 2, le module de génération de lumière polarisée 110 comporte en outre un diffuseur 113 de manière à générer une lumière polarisée diffuse.

Le diffuseur 113 est conçu pour recevoir sur une face d’entrée 113A ledit faisceau lumineux polarisé émit par la source lumineuse 111, et pour générer par une face de sortie 113B, opposée à ladite face d’entrée 113A du diffuseur 113, une lumière polarisée diffuse adaptée à illuminer uniformément la face d’entrée 150A de l’écran 150.

Le diffuseur 113 est tel que ladite lumière polarisée diffuse qu’il émet présente une direction de polarisation identique à celle du faisceau lumineux polarisé émit par la source lumineuse 111.

Pour ce faire, le diffuseur 113 est réalisé en matériau translucide ne perturbant pas la polarisation de la lumière. Par exemple, le diffuseur 113 est réalisé par moulage, en une seule pièce, en matériau polycarbonate ou PolyMethylMethAcrylate (PMMA).

En variante, le diffuseur pourrait comprendre plusieurs éléments diffusants au lieu d’être formé d’une seule pièce.

Grâce au diffuseur 113, la qualité de l’image générée en sortie de l’écran 150 est améliorée car l’effet directionnel de la lumière rétroéclairant l’écran est gommé, de sorte que les zones de l’écran exagérément lumineuses du fait dudit effet directionnel de la lumière sont réduites (on dit que l’effet de « hot spot >> est réduit).

Le module de génération de lumière polarisée 110 comporte aussi, dans l’exemple représenté, un réflecteur 115 adapté à réfléchir une partie du faisceau lumineux polarisé émis par la source lumineuse 111 en direction de la face d’entrée 150A de l’écran 150, sans modifier la direction de polarisation dudit faisceau lumineux polarisé.

A cet effet, le réflecteur 115 présente une forme parabolique, dont une extrémité est fermée par la source lumineuse 111 et dont l’autre extrémité est fermée par le diffuseur 113.

Le réflecteur 115 est généralement recouvert d’une couche réflectrice. Ici la couche réflectrice consiste en un traitement spécifiquement adapté à réfléchir la lumière polarisée dans la largeur spectrale émise par la source lumineuse 111.

En outre, le réflecteur 115 est réalisé en un matériau adapté à réfléchir la lumière en direction de la face d’entrée 150A de l’écran 150 sans perturber la polarisation de la lumière. Par exemple, sans que cela soit limitatif, le réflecteur est réalisé en matériau plastique de type polycarbonate avec une couche réflective en aluminium.

Le réflecteur 115 est optionnel dans la mesure où la face d’entrée 150A de l’écran 150 reçoit au moins 80% de lumière polarisée directe de la part du module de génération de lumière polarisée 110. Par lumière directe, on entend la lumière reçue par l’écran sans avoir été réfléchie préalablement, mais qui peut avoir été transmise (diffusée) à travers un élément optique, par exemple à travers le diffuseur 113.

Ainsi, grâce au module de génération de lumière selon l’invention, la face d’entrée 150A de l’écran 150 reçoit un faisceau lumineux polarisé et présentant une faible largeur spectrale.

L’écran 150 comporte quant à lui, depuis sa face d’entrée 150A vers une face de sortie 150B opposée à ladite face d’entrée 150A, au moins :

- une couche de cristaux liquides 155 définissant une pluralité de pixels P, chaque pixel P étant adapté à modifier individuellement la direction de polarisation de la lumière polarisée qu’il reçoit,

- un polariseur 157 adapté à laisser passer uniquement la lumière polarisée présentant une direction de polarisation prédéterminée après qu’elle ait traversé la couche de cristaux liquides 155,

- une couche d’un matériau photoluminescent 159 adapté à être excité par la lumière polarisée ayant traversé le polariseur 157 pour émettre, par photoluminescence, une lumière non polarisée ayant une largeur spectrale supérieure ou égale à 400 nanomètres, et,

- un filtre de couleur 161 adapté à laisser passer la lumière non polarisée comprise dans une largeur spectrale prédéterminée du spectre visible pour générer une couleur donnée dans ladite image.

Plus précisément, la couche de cristaux liquides 155 est prise en sandwich entre deux substrats 154, 156.

Les deux substrats 154, 156 sont ici réalisés en matériau transparent, par exemple en verre. Ils sont chacun adapté à laisser passer la lumière qu’ils reçoivent sans modifier ladite polarisation de la lumière.

Ici, une des faces du substrat 154 situé en amont de la couche de cristaux liquides 155 constitue la face d’entrée 150A de l’écran 150.

Le ou les substrats 154, 156 supportent les cellules électriques de pilotage des cristaux liquides de la couche de cristaux liquides 155.

Plus précisément, dans la variante représentée, chaque substrat 154, 156 comporte une pluralité d’électrodes selon un maillage prédéfini ; formant les cellules électriques de pilotage. Le maillage d’électrodes de l’un des substrats 154 est positionné en vis-à-vis du maillage d’électrodes de l’autre substrat 156 de manière qu’une partie de l’une des électrodes du substrat 154 soit en vis-à-vis d’au moins une partie de l’une des électrodes de l’autre substrat 156 et forment ensemble une cellule électrique de pilotage. En appliquant une différence de tension entre l’électrode du substrat 154 et l’électrode du substrat 156 au moins partiellement en vis-à-vis de cette dernière, il est possible d’imposer un champ électromagnétique aux cristaux liquides de la couche de cristaux liquides 155 spécifiquement pris en sandwich dans cette cellule électrique (entre lesdites parties d’électrodes), de sorte que les cristaux liquides de cette zone s’orientent et sont alors susceptibles de modifier la direction de polarisation de la lumière qu’ils reçoivent. En pratique, les cristaux liquides sont susceptibles de modifier la direction de polarisation de la lumière qui les traverse en fonction de l’intensité du champ électromagnétique généré par la cellule électrique correspondante.

La cellule électrique et les cristaux liquides pris en sandwich dans cette cellule électrique, c’est-à-dire la paire d’électrodes en vis-à-vis et les cristaux liquides pris en sandwich entre ces électrodes forment un pixel P de l’écran 150. Dans chaque pixel P de la couche de cristaux liquides, il est possible d’orienter les cristaux liquides indépendamment de l’orientation des cristaux liquides des pixels voisins. Autrement dit, chaque pixel P correspond à une zone de la couche de cristaux liquides 155 dans laquelle les cristaux liquides sont orientables de manière autonome par rapport aux autres cristaux liquides de ladite couche de cristaux liquides 155.

Grâce à cette orientation des cristaux liquides indépendante pour chaque pixel P de l’écran, chaque pixel P est adapté à modifier individuellement la direction de polarisation de la lumière polarisée qu’il reçoit.

En pratique, les deux substrats 154, 156 présentent généralement chacun des électrodes sous forme de bandes parallèles, et ils sont positionnés l’un par rapport à l’autre de manière que les électrodes d’un des substrats soient perpendiculaires aux électrodes de l’autre substrat. Ici, les électrodes des substrats 154, 156 forment respectivement des bandes parallèles verticales et des bandes parallèles horizontales. Les pixels formés sont généralement de forme rectangulaire, de sorte que trois pixels voisins forment ensemble une matrice carrée, et l’ensemble des matrices carrées ainsi formées génèrent un quadrillage de l’écran. C’est le cas par exemple pour la technologie « TN » des écrans TFT (selon l’acronyme anglais de « Thin Film Technology »).

En variante, il serait possible de ne prévoir les électrodes que sur un des substrats, par exemple sur le substrat d’entrée de l’écran, pour imposer un champ électromagnétique aux cristaux liquides de la couche de cristaux liquides 155 afin de les orienter. Cette variante, dite IPS, ne sera pas décrite dans le détail dans la mesure où les principes d’orientation des cristaux liquides dans les écrans à cristaux liquides sont connus de l’homme de l’art.

Les cristaux liquides utilisés sont ceux classiquement utilisés dans le domaine des écrans à cristaux liquides. De préférence, on choisira des cristaux liquides adaptés à transmettre la lumière du spectre de la source lumineuse 111 avec le moins de perte possible.

Dans l’exemple décrit, on choisira des cristaux liquides adaptés à transmettre, lorsqu’ils sont orientés, la lumière bleue s’étendant entre 420 nanomètres et 500 nanomètres.

En pratique, comme il a été dit, lorsqu’ils sont orientés, c’est-à-dire soumis à un champ électromagnétique suffisant, les cristaux liquides d’un pixel sont susceptibles de modifier la direction de polarisation de la lumière polarisée traversant ce pixel.

La lumière dont la direction de polarisation a éventuellement été modifiée, pixel par pixel, en traversant la couche de cristaux liquides 155 arrivent ensuite sur le polariseur 157.

Le polariseur 157 est adapté à ne laisser passer que la lumière présentant une direction de polarisation prédéterminée. Ainsi, les composantes de la lumière présentant une autre direction de polarisation que la direction de polarisation prédéterminée est bloquée par le polariseur 157.

Pour ce faire, le polariseur 157 peut par exemple être formé par un film de polymères étiré selon une direction préférentielle, direction qui correspond alors à la direction de polarisation que ledit polariseur 157 est susceptible de laisser passer.

A la sortie du polariseur 157, la lumière est pixélisée, c’est-à-dire qu’elle comprend des portions plus ou moins sombres car les composantes de la lumière dont la direction de polarisation a été modifiée par les pixels de l’écran, alors devenue différente de celle du polarisateur 157, ont été arrêtées par le polariseur 157.

La lumière pixélisée ayant traversée le polariseur 157 avec plus ou moins d’intensité après avoir vu sa direction de polarisation modifiée par les pixels de la couche de cristaux liquides 155 forme une image intermédiaire. Ici, l’image intermédiaire est de couleur bleue puisque la lumière présente des longueurs d’ondes uniquement dans l’intervalle prédéterminée de la source lumineuse 111. Autrement dit, l’image intermédiaire est en niveaux de bleu, c’est-à-dire qu’elle comprend des pixels plus ou moins sombres (ou plus ou moins lumineux), de couleur bleue.

La lumière pixélisée en niveaux de bleu formant l’image intermédiaire en sortie du polariseur 157 arrive sur la couche de matériau photoluminescent 159.

Le matériau photoluminescent 159 comprend ici des phosphores adaptés à être excités par les longueurs d’ondes du spectre de la source lumineuse 111, c’est-à-dire spécifiquement par les longueurs de l’intervalle prédéterminé. Les phosphores du matériau photoluminescent 159 sont adaptés à se désexciter par photoluminescence, c’est-à-dire en émettant de la lumière. La lumière émise par les phosphores est une lumière non polarisée et dont la largeur spectrale est supérieure ou égale à 400 nanomètres. Ainsi, au passage de la couche de matériau photoluminescent 159, la lumière polarisée de faible largueur spectrale, ayant traversée à la fois la couche de cristaux liquides 155 et le polariseur 157 pour former l’image intermédiaire, est transformée en lumière non polarisée, de largeur spectrale étendue. En pratique, la lumière émise par les phosphores à la sortie de la couche de matériau photoluminescent couvre l’intégralité de la bande visible du spectre lumineux s’étendant entre 400 nm et 800 nm.

Dans l’exemple décrit, les phosphores sont adaptés à être excités par la lumière bleue émise par la source lumineuse 111 et à émettre en réponse, à la sortie de la couche de matériau photoluminescent 159, de la lumière blanche dont le spectre s’étend entre 420 nanomètres et 800 nanomètres.

Par exemple, les phosphores sont ici de type Yttrium aluminium garnet dopés au Cérium (Ce :YAG) mais cette couche pourrait aussi être constituée de nanoparticules de silicium moins chères que le phosphore.

Selon l’invention, la lumière de faible largeur spectrale, c’est-à-dire la lumière colorée émise par la source lumineuse 111, est convertie en lumière de largeur spectrale étendue, c’est-à-dire en lumière blanche. Ainsi, à la sortie de la couche de matériau photoluminescent 159, l’image intermédiaire est en niveaux de gris, c'est-à-dire qu’elle est formée de pixels plus ou moins sombres (ou plus ou moins lumineux), de couleur blanche. On pourrait encore dire que l’image intermédiaire est en noir et blanc à la sortie de la couche de matériaux photoluminescent 159.

La conversion de la lumière de faible largeur spectrale en lumière de largeur spectrale étendue intervient le plus tard possible dans l’écran 150, ce qui évite les absorptions énergétiques importantes dans les différents éléments optiques du dispositif de génération d’images 100 et limite la surchauffe de l’écran 150.

Après avoir traversé la couche de matériau photoluminescent 159, la lumière pixélisée, non polarisée, et de largeur spectrale étendue, traverse ensuite le filtre de couleur 161, de sorte que l’image intermédiaire est rendue colorée pour former l’image finale telle qu’elle est vue par le conducteur.

Plus précisément, le filtre de couleur 161 est adapté à ne laisser passer que la lumière non polarisée comprise dans une largeur spectrale prédéterminée du spectre visible pour générer une couleur donnée dans ladite image.

Autrement dit, le filtre de couleur 161 absorbe une partie seulement du spectre de lumière blanche formant l’image intermédiaire et en laisse passer une partie de manière à colorer les pixels de l’image.

En pratique, le filtre de couleur 161 de l’écran comprend trois filtres distincts 161A de manière à pouvoir former au moins trois couleurs distinctes dans l’image finale, préférentiellement une multitude de couleurs par superposition de tout ou partie de ces trois couleurs.

Plus précisément, le filtre de couleur 161 comprend un premier filtre 161A de couleur bleue absorbant les longueurs d’onde inférieures à 420 nanomètres et supérieures à 500 nanomètres, un deuxième filtre 161A de couleur verte absorbant les longueurs d’onde inférieures à 500 nanomètres et supérieures à 580 nanomètres et un troisième filtre 161A de couleur rouge absorbant les longueurs d’onde inférieures à 580 nanomètres et supérieures à 800 nanomètres.

Dans l’exemple décrit ici, comme il a été dit, il est prévu que trois pixels P juxtaposés de l’écran 150 forment une matrice de pixels. Chaque matrice de pixels est vue par l’œil humain comme un unique pixel, ici de forme carrée, de dimension supérieure auxdits pixels P de l’écran 150, présentant une couleur résultant d’un mélange des couleurs bleue, verte et rouge. Pour ce faire, il est prévu derrière chaque pixel P de l’écran 150 un filtre 161A de couleur spécifique, par exemple ledit premier filtre 161A de couleur bleue, ou ledit deuxième filtre 161A de couleur verte ou encore ledit troisième filtre 161A de couleur rouge, de sorte que chaque pixel P soit adapté à générer la couleur bleue, la couleur verte ou encore la couleur rouge avec plus ou moins d’intensité. La matrice comporte alors trois pixels P juxtaposés, à savoir un pixel muni dudit premier filtre de couleur bleue, un pixel muni dudit deuxième filtre de couleur verte et un pixel muni dudit troisième filtre de couleur rouge. En pratique, les propriétés de l’œil humain ne permettent pas à l’œil humain de déceler séparément chaque pixel P, de dimensions trop petites, mais uniquement les matrices de pixels, de dimensions plus grandes. Chaque matrice est alors vue par l’œil humain comme un unique pixel ayant sa propre couleur, résultant du mélange des couleurs plus ou moins intenses des trois pixels P formant ladite matrice.

Ainsi, l’image finale formée par l’écran est une image pixélisée en couleur. L’intensité de la couleur de chaque matrice de pixels dans l’image est commandée par la couche de cristaux liquides 155 et par le polariseur 157 qui éteigne plus ou moins chaque pixel P de ladite matrice et donc chacune des couleurs bleue, verte ou rouge mélangées.

L’image est formée par de la lumière non polarisée (puisqu’elle a traversé la couche de matériau photoluminescent 159), de sorte que les utilisateurs de l’afficheur tête haute 1 portant des lunettes de soleil à verres polarisés peuvent voir sans problème les images affichées par ledit afficheur tête haute 1.

L’invention n’est pas limitée à l’exemple décrit ici et l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.

Notamment, selon une variante (représentée en pointillée sur la figure 2), on pourrait envisager que le dispositif de génération d’images 100 comprenne en outre, entre le module de génération de lumière 110 et la face d’entrée 150A de l’écran 150, un polariseur supplémentaire 170. Ce polariseur supplémentaire 170 est adapté à laisser passer uniquement la lumière polarisée issu de la source lumineuse 111 présentant une direction de polarisation prédéterminée pour illuminer la couche de cristaux liquides 155 dudit écran 150.

Le fait de prévoir ce polariseur supplémentaire 170 permet de garantir que les pixels sombres soient véritablement éteints, c’est-à-dire noirs. Autrement dit, le contraste de l’image finale est amélioré par le polariseur supplémentaire 170.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de génération d’images (100) comprenant un écran (150) dont une face d’entrée (150A) est rétroéclairée par un module de génération de lumière polarisée (110) pour générer en sortie au moins une image, dans lequel le module de génération de lumière polarisée (110) comporte :

   - une source lumineuse (111) émettant un faisceau lumineux polarisé ayant une largeur spectrale inférieure ou égale à 100 nanomètres, et dans lequel l’écran (150) comporte au moins, depuis la face d’entrée (150A) vers une face de sortie (150B) dudit écran (150), opposée à ladite face d’entrée (150A) :

   - une couche de cristaux liquides (155) définissant une pluralité de pixels (P), chaque pixel (P) étant adapté à modifier individuellement la direction de polarisation de la lumière polarisée qu’il reçoit,

   - un polariseur (157) adapté à laisser passer uniquement la lumière polarisée présentant une direction de polarisation prédéterminée après qu’elle ait traversé la couche de cristaux liquides (155),

   - une couche d’un matériau photoluminescent (159) adapté à être excité par la lumière polarisée ayant traversé le polariseur (157) pour émettre, par photoluminescence, une lumière non polarisée ayant une largeur spectrale supérieure ou égale à 400 nanomètres, et,

   - un filtre de couleur (161) adapté à laisser passer la lumière non polarisée comprise dans une largeur spectrale prédéterminée du spectre visible pour générer une couleur donnée dans ladite image.
2. 2. Dispositif de génération d’images (100 selon la revendication 1 dans lequel le module de génération de lumière polarisée (110) comporte en outre un diffuseur (113) conçu pour recevoir en entrée ledit faisceau lumineux polarisé et générer en sortie une lumière polarisée diffuse adaptée à illuminer uniformément la face d’entrée (150A) de l’écran (150), ladite lumière polarisée diffuse présentant une direction de polarisation identique à celle du faisceau lumineux polarisé.
3. 3. Dispositif de génération d’images (100) selon l’une des revendications 1 et 2 dans lequel le module de génération de lumière polarisée (110) comporte en outre un réflecteur (115) adapté à réfléchir le faisceau lumineux polarisé émis par la source lumineuse (111) en direction de la face d’entrée (150A) de l’écran (150), sans modifier la direction de polarisation dudit faisceau lumineux polarisé.
4. 4. Dispositif de génération d’images (100) selon l’une des revendications 1 à 3 dans lequel la face d’entrée (150A) de l’écran (150) reçoit au moins 80% de lumière polarisée directe de la part du module de génération de lumière polarisée (110).
5. 5. Dispositif de génération d’images (100) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la source lumineuse (111) est une diode laser.
6. 6. Dispositif de génération d’images (100) selon la revendication 5, dans lequel la source lumineuse (111) émet un faisceau lumineux polarisé de couleur bleue dont le spectre s’étend entre 420 nanomètres et 500 nanomètres et dans lequel le matériau photoluminescent de la couche de matériau photoluminescent (159) de l’écran (150) comprend des phosphores excités par ladite lumière bleue et émettant de la lumière blanche non polarisée dont le spectre s’étend entre 420 nanomètres et 800 nanomètres.
7. 7. Dispositif de génération d’images (100) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le filtre de couleur (161) de l’écran (150) comprend un premier filtre (161 A) de couleur bleue absorbant les longueurs d’onde inférieures à 420 nanomètres et supérieures à 500 nanomètres, un deuxième filtre (161 A) de couleur verte absorbant les longueurs d’onde inférieures à 500 nanomètres et supérieures à 580 nanomètres et un troisième filtre (161 A) de couleur rouge absorbant les longueurs d’onde inférieures à 580 nanomètres et supérieures à 800 nanomètres.
8. 8. Dispositif de génération d’images (100) selon la revendication 7, dans lequel il est prévu derrière chacun des pixels (P), ledit premier filtre (161 A) de couleur bleue ou ledit deuxième filtre (161 A) de couleur verte ou ledit troisième filtre (161 A) de couleur rouge de sorte qu’une matrice comportant un pixel (P) de chaque couleur juxtaposé soit vue comme présentant une couleur résultant d’un mélange desdites couleurs bleue, verte et rouge.
9. 9. Dispositif de génération d’images (100) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel il est prévu, entre le module de génération de lumière polarisée (110) et la face d’entrée (150A) de l’écran (150), un polariseur supplémentaire (170) adapté à laisser passer uniquement la lumière polarisée présentant une direction de polarisation prédéterminée pour illuminer la couche de cristaux liquides (155) dudit écran (150).
10. 10. Afficheur tête haute (1) comprenant un dispositif de génération d’images (100) selon les revendications 1 à 9 et un dispositif de projection d’images (200) adapté à transmettre en direction d’une lame partiellement 5 réfléchissante (300) les images générées par ledit dispositif de génération d’images (100).