FR3034531A1 - HIGH HEAD SELF-STEREOSCOPIC HEAD DISPLAY AND METHOD FOR GENERATING SUCH IMAGE - Google Patents
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Abstract
Affichage (100) ayant une unité d'affichage (110) ayant une première plage (202) pour un premier rayon (210) d'une première image partielle gauche, une seconde plage (204) pour émettre un second rayon (212) d'une première image partielle droite, une troisième plage d'émission (206) pour un troisième rayon (214) représentant une seconde image partielle gauche et une quatrième plage (208) pour émettre un quatrième rayon (216) d'une seconde image partielle droite. Un premier élément optique (218) dans le chemin du premier (210) et du second rayon lumineux (212) dirige le premier (210) dans une première direction associée à l'œil gauche et le second (212) dans une seconde direction associée à l'œil droit, un second élément optique (220) analogue au premier.A display (100) having a display unit (110) having a first range (202) for a first radius (210) of a first left partial image, a second range (204) for outputting a second radius (212) d a first right partial image, a third emission range (206) for a third ray (214) representing a second left partial image and a fourth range (208) for emitting a fourth ray (216) of a second partial image right. A first optical element (218) in the path of the first (210) and the second light beam (212) directs the first (210) in a first direction associated with the left eye and the second (212) in a second associated direction. in the right eye, a second optical element (220) similar to the first.
Description
1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un affichage tête haute auto-stéréoscopique appliqué à un véhicule ainsi qu'un procédé pour générer une image auto-stéréoscopique par l'affichage tête haute de véhicule. Etat de la technique Les affichages auto-stéréoscopiques usuels comportent une trame de lentille ou un masque barrière pour diriger les images partielles nécessaires à la représentation d'une image auto- stéréoscopique, c'est-à-dire d'une image tridimensionnelle vers l'oeil gauche et Fceil droit de l'observateur. Le document WO 2008011888 Al décrit par exemple un procédé pour afficher des images auto-stéréoscopiques sur un écran d'ordinateur.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a self-stereoscopic head-up display applied to a vehicle and a method for generating an auto-stereoscopic image by the vehicle head-up display. STATE OF THE ART The usual auto-stereoscopic displays comprise a lens frame or a barrier mask for directing the partial images necessary for the representation of an auto-stereoscopic image, that is to say of a three-dimensional image towards the image. left eye and the right eye of the observer. WO 2008011888 A1 describes for example a method for displaying auto-stereoscopic images on a computer screen.
On connait en outre des affichages tête haute de véhicule comportant des images bidirectionnelles projetées dans le champ de vision du conducteur. Exposé et avantages de l'invention Dans ce contexte, la présente invention a pour objet un affichage tête haute auto-stéréoscopique pour un véhicule caractérisé en ce qu'il comprend une unité d'affichage ayant une première plage d'émission pour émettre un premier rayon lumineux représentant une première image partielle gauche, une seconde plage d'émission pour émettre un second rayon lumineux représentant une première image partielle droite, une troisième plage d'émission pour émettre un troi- sième rayon lumineux représentant une seconde image partielle gauche et une quatrième plage d'émission pour émettre un quatrième rayon lumineux représentant une seconde image partielle droite, un premier élément optique installé dans le chemin du premier rayon lumineux et du second rayon lumineux écartés de l'unité d'affichage et formés pour diriger le premier rayon lumineux dans une première direction associée à Fceil gauche de l'observateur et le second rayon lumineux dans une seconde direction différente de la première direction, mais associée à Fceil droit de l'observateur ; un second élément optique installé dans le chemin du troisième rayon lumineux et du quatrième rayon lumineux 3034531 2 écarté de l'unité d'affichage et pour le diriger dans une troisième direction différente de la première et de la seconde direction et un quatrième rayon lumineux associé à Fceil droit et pour le diriger dans une quatrième direction différente de la première et de la seconde et de la troi- 5 sième directions et au moins un élément de renvoi pour dévier le rayon lumineux émis par le premier élément optique et/ou le second élément optique dans une plage de vision de l'observateur. Le véhicule concerné par l'invention est par exemple un véhicule de tourisme ou un véhicule utilitaire. L'affichage tête haute est fo un dispositif d'affichage dans le champ de vision ou une unité d'affichage comportant un affichage, notamment un affichage LCD. L'unité d'affichage peut être intégrée dans le tableau de bord du véhicule ou constituer une unité génératrice d'images, qui peut y être intégrée. L'unité génératrice d'image a une source lumineuse pour le rétro- 15 éclairage de l'unité d'affichage. La plage d'émission est une plage de pixels avec une résolution horizontale d'image, prédéfinie. Par exemple, les plages d'émission peuvent être juxtaposées alternativement pour Fceil gauche et Fceil droit. L'image partielle selon l'invention est une demi-image stéréoscopique. La perception simultanée de l'image partielle 20 gauche par Fceil gauche et de l'image partielle droite par Fceil droit gé- nère, pour l'observateur, l'impression d'une image tridimensionnelle (image en relief). L'élément optique selon l'invention est par exemple un miroir, une lentille ou un hologramme générant une image tridimen- 25 sionnelle par division angulaire des composants d'images générés par l'unité d'affichage. Pour dévier des parties d'images dans deux directions différentes, on peut avoir un élément divisé par deux ou ayant une courbure appropriée. Les rayons lumineux associés à la première et à la se- 30 conde directions forment un premier cône de vision dans lequel l'observateur peut percevoir l'image visuelle générée par les premières images partielles. De façon correspondante, les rayons lumineux associés aux troisième et à la quatrième directions forment un second cône de vision différent du premier cône et dans lequel l'observateur peut 35 percevoir l'image virtuelle générée par les secondes images partielles.In addition, vehicle head-up displays with bidirectional images projected in the driver's field of view are known. DESCRIPTION AND ADVANTAGES OF THE INVENTION In this context, the subject of the present invention is an auto-stereoscopic head-up display for a vehicle, characterized in that it comprises a display unit having a first transmission range for transmitting a first light beam representing a first left partial image, a second transmission range for emitting a second light beam representing a first right partial image, a third transmission range for emitting a third light beam representing a second left partial image and a fourth transmission range for emitting a fourth light beam representing a second right partial image, a first optical element installed in the path of the first light beam and the second light beam spaced apart from the display unit and formed to direct the first ray luminous in a first direction associated with the left eye of the observer and the second ray it is illuminated in a second direction different from the first direction, but associated with the right eye of the observer; a second optical element installed in the path of the third light beam and the fourth light beam 3034531 2 away from the display unit and to direct it in a third direction different from the first and second direction and a fourth light beam associated at right hand and to direct it in a fourth direction different from the first and second and third directions and at least one deflection element for deflecting the light beam emitted by the first optical element and / or the second optical element in a viewing range of the observer. The vehicle concerned by the invention is for example a passenger vehicle or a commercial vehicle. The head-up display is fo a display device in the field of view or a display unit having a display, in particular an LCD display. The display unit can be integrated into the vehicle dashboard or be an image generating unit, which can be integrated therein. The image generating unit has a light source for the backlighting of the display unit. The transmission range is a range of pixels with a predefined horizontal image resolution. For example, the transmission ranges can be juxtaposed alternately for the left and right hands. The partial image according to the invention is a stereoscopic half-image. The simultaneous perception of the left partial image by the left-hand and the right-hand partial image by the right-hand geometry, for the observer, of the impression of a three-dimensional image (raised image). The optical element according to the invention is for example a mirror, a lens or a hologram generating a three-dimensional image by angular division of the image components generated by the display unit. To deflect portions of images in two different directions, one can have an element divided by two or having an appropriate curvature. The light rays associated with the first and second directions form a first cone of vision in which the observer can perceive the visual image generated by the first partial images. Correspondingly, the light beams associated with the third and fourth directions form a second cone of vision different from the first cone and in which the observer can perceive the virtual image generated by the second partial images.
3034531 3 Un élément de renvoi tel que par exemple un miroir, une lentille ou un hologramme, réfléchit les rayons lumineux émis par le premier ou le second élément optique à travers une vitre de couverture installée dans le tableau de bord sur le pare-brise du véhicule. Au 5 moins un élément de renvoi dévie le rayon lumineux de plus de 90°. Les éléments de renvoi font partie de l'optique de l'affichage tête haute. Le pare-brise peut constituer une partie de ce système optique. De plus, l'élément de renvoi agrandit les images partielles émises par les zones d'émission.A deflection element such as for example a mirror, a lens or a hologram, reflects the light rays emitted by the first or the second optical element through a cover glass installed in the dashboard on the windshield of the vehicle. vehicle. At least one deflector deflects the light beam by more than 90 °. The return elements are part of the optics of the head-up display. The windshield may be a part of this optical system. In addition, the deflection element enlarges the partial images emitted by the transmission areas.
10 La plage de vision encore appelée « boîte oculaire » est une plage dans l'habitacle du véhicule dans lesquels les yeux de l'observateur doivent se trouver pour qu'ils puissent percevoir correctement les images produites par l'affichage tête haute ou du moins pour voir ces images.The range of vision also called "eye box" is a range in the passenger compartment of the vehicle in which the eyes of the observer must be located so that they can correctly perceive the images produced by the head-up display or at least to see these images.
15 La proposition selon l'invention repose sur la considéra- tion que l'utilisation de deux éléments optiques distincts de l'unité d'affichage et qui sont écartés, permet de générer deux cônes de vision orientés dans des directions différentes dans l'affichage tête haute auto-stéréoscopique et à l'intérieur de ces cônes, l'observateur percevra les 20 paires d'images partielles émises par l'unité d'affichage comme une image virtuelle tridimensionnelle. Le nombre réduit de cônes de vision et ainsi d'images partielles séparées au niveau des éléments optiques permet de réduire ou d'éviter les défauts de représentation par diaphonie.The proposal according to the invention is based on the consideration that the use of two separate optical elements of the display unit and which are spaced apart, makes it possible to generate two cones of vision oriented in different directions in the display. auto-stereoscopic head-up and within these cones, the observer will perceive the 20 pairs of partial images emitted by the display unit as a three-dimensional virtual image. The reduced number of cones of vision and thus partial images separated at the level of the optical elements makes it possible to reduce or avoid the defects of representation by crosstalk.
25 De façon avantageuse, l'affichage tête haute ne nécessite que des moyens supplémentaires réduits par modification de la conception optique de l'affichage tête haute usuel avec affichage bidimensionnel. En particulier, la séparation physique des éléments optiques de l'unité d'affichage et de l'utilisation de composants de grandes dimen- 30 sions comme éléments optiques permet de simplifier la fabrication in- dustrielle des affichages tête haute, auto-stéréoscopiques. Il en résulte un moindre rebut car les éléments optiques en cas de défauts peuvent être simplement remplacés par le remplacement de l'unité d'affichage. On peut également envisager une combinaison des élé- 35 ments optiques à d'autres affichages tels que par exemple l'affichage 3034531 4 MEMS ou encore par rétroprojection dans la mesure où les affichages disposent d'un plan image réel ou virtuel. Selon un autre développement, la largeur de la première plage d'émission et/ou la largeur de la seconde plage d'émission corres- 5 pondent pratiquement à la demi-largeur du premier élément optique. En plus ou en variante, la largeur de la troisième plage d'émission et/ou celle de la quatrième plage d'émission correspondent pratiquement à la demi-largeur du second élément optique. La largeur du premier élément optique peut correspondre pour l'essentiel à celle du second élément 10 optique. La largeur des plages d'émission encore appelées « pas » est la résolution horizontale de l'image dans une plage d'émission séparée. Cette réalisation permet une répartition angulaire à la précision du pixel des paires d'images partielles respectives. Selon un autre développement, on fixe la distance entre 15 le premier élément optique et la première plage d'émission et la seconde plage d'émission et en plus ou en variante, la distance entre le second élément optique et la troisième plage d'émission et la quatrième plage d'émission en fonction de l'éloignement entre l'observateur et le pare-brise du véhicule. En plus ou en variante, on peut fixer la distance en 20 fonction du coefficient d'agrandissement pour agrandir le contenu de la première et/ou la seconde image partielle. Cela permet une adaptation simple de l'affichage tête haute à différents types de véhicules et différentes dimensions de représentation. Suivant une autre caractéristique avantageuse le rapport 25 entre la distance et la largeur des plages d'émission et l'angle d'ouverture entre la première et la seconde directions et/ou entre la troisième et la quatrième directions est fixée en pratique par l'équation suivante : 30 p=2.x.tan a 2 , Cela permet une orientation simple et contrôlée des élé- ments optiques pour que les rayons lumineux soient orientés aussi précisément que possible dans la direction respectivement associée et ainsi 35 être dirigés vers Fceil correspondant de l'observateur.Advantageously, the head-up display requires only reduced additional means by modifying the optical design of the usual head-up display with two-dimensional display. In particular, the physical separation of the optical elements of the display unit and the use of large components as optical elements simplifies the industrial manufacture of head-up displays, auto-stereoscopic. This results in less waste because the optical elements in case of defects can be simply replaced by the replacement of the display unit. It is also possible to envisage a combination of the optical elements with other displays, such as, for example, the display 3034531 4 MEMS or by backprojection, since the displays have a real or virtual image plane. According to another development, the width of the first emission range and / or the width of the second emission range substantially correspond to the half-width of the first optical element. In addition or alternatively, the width of the third transmission range and / or that of the fourth transmission range substantially correspond to the half-width of the second optical element. The width of the first optical element may correspond substantially to that of the second optical element. The width of the transmission ranges still called "step" is the horizontal resolution of the image in a separate transmission range. This embodiment allows an angular distribution to the pixel accuracy of the respective partial image pairs. According to another development, the distance between the first optical element and the first transmission range and the second transmission range is fixed and in addition or alternatively the distance between the second optical element and the third transmission range. and the fourth transmission range depending on the distance between the observer and the windshield of the vehicle. In addition or alternatively, the distance can be set according to the magnification coefficient to enlarge the contents of the first and / or the second partial image. This allows a simple adaptation of the head-up display to different types of vehicles and different dimensions of representation. According to another advantageous characteristic, the ratio between the distance and the width of the emission ranges and the opening angle between the first and second directions and / or between the third and fourth directions is fixed in practice by the This equation allows a simple and controlled orientation of the optical elements so that the light rays are oriented as precisely as possible in the respectively associated direction and thus directed to the corresponding element. of the observer.
3034531 5 Selon la réalisation, l'élément optique est un miroir, une lentille ou un hologramme. En plus ou en variante, le second élément optique est un miroir, une lentille ou un hologramme. De tels éléments optiques sont robustes, simples à manipuler et économiques à fabri- 5 quer. Il est également avantageux que le premier élément optique soit mobile pour modifier la première et la seconde direction en fonction du mouvement de la tête de l'observateur. En plus ou en variante, le second élément optique est également mobile pour modifier la 10 troisième et la quatrième directions en fonction du mouvement de la tête de l'observateur. Cela permet d'asservir l'image virtuelle générée par les rayons lumineux aux mouvements de la tête pour agrandir ainsi la plage de vision efficace de l'observateur. Le premier élément optique sous la forme d'un holo- 15 gramme peut avoir une structure variable pour modifier la première et la seconde direction selon le mouvement de la tête de l'observateur ou encore modifier la dimension de l'image virtuelle générée par la première image partielle. En variante ou en plus, l'hologramme qui constitue le second élément optique a une structure variable pour modifier la troi- 20 sième et la quatrième direction en fonction du mouvement de la tête de l'observateur, ou pour modifier la taille de l'image virtuelle générée avec les secondes images partielles. Cette réalisation permet d'améliorer encore plus la qualité de la représentation dans l'affichage tête haute. En outre, l'affichage tête haute peut avoir un élément de 25 renvoi supplémentaire pour dévier le rayon lumineux émis par l'unité d'affichage sur le premier élément optique et/ou le second élément optique. L'élément déflecteur supplémentaire est par exemple un miroir supplémentaire ou un guide de lumière supplémentaire. Cela permet une adaptation en souplesse des chemins correspondants des faisceaux 30 lumineux pour être adaptés à la place disponible dans le véhicule pour l'affichage tête haute. Selon un autre développement, l'affichage tête haute a une cinquième plage d'émission pour émettre un cinquième rayon lumineux représentant une troisième image partielle gauche et une 35 sixième plage d'émission pour émettre un sixième rayon lumineux re- 3034531 6 présentant une troisième image droite. Un troisième élément optique est installé dans le chemin du cinquième rayon lumineux et du sixième rayon lumineux à distance de l'unité d'affichage pour dévier le cinquième rayon lumineux dans une cinquième direction différente de la 5 première, de la seconde, de la troisième et de la quatrième directions et qui est associé à Fceil gauche et pour dévier le sixième rayon lumineux dans une sixième direction différente de la première, de la seconde, de la troisième, de la quatrième et de la cinquième directions et qui est associé à Fceil droit. L'élément de renvoi ou de déviation dirige le rayon 10 lumineux émis par le troisième élément optique selon la plage de vision. Ainsi, la cinquième et la sixième direction formeront un troisième cône de vision. L'observateur pourra voir l'image tridimensionnelle dans trois cônes de visions différents, ce qui augmente encore plus la plage de visibilité de l'observateur.According to the embodiment, the optical element is a mirror, a lens or a hologram. In addition or alternatively, the second optical element is a mirror, a lens or a hologram. Such optical elements are robust, simple to handle and economical to manufacture. It is also advantageous for the first optical element to be movable to modify the first and the second direction as a function of the movement of the observer's head. In addition or alternatively, the second optical element is also movable to modify the third and fourth directions depending on the movement of the observer's head. This makes it possible to enslave the virtual image generated by the light rays to the movements of the head to thus enlarge the effective range of vision of the observer. The first optical element in the form of a hologram can have a variable structure for modifying the first and the second direction according to the movement of the head of the observer or to modify the dimension of the virtual image generated by the first partial image. Alternatively or additionally, the hologram which constitutes the second optical element has a variable structure for modifying the third and fourth direction depending on the movement of the observer's head, or for modifying the size of the virtual image generated with the second partial images. This embodiment makes it possible to further improve the quality of the representation in the head-up display. In addition, the head-up display may have an additional return element for deflecting the light beam emitted by the display unit to the first optical element and / or the second optical element. The additional deflector element is for example an additional mirror or an additional light guide. This allows a flexible adaptation of the corresponding paths of the light beams to be adapted to the space available in the vehicle for the head-up display. In another development, the head-up display has a fifth transmission range for emitting a fifth light beam representing a third left partial image and a sixth transmission range for emitting a sixth light beam 3034531 having a third right image. A third optical element is installed in the path of the fifth light beam and the sixth light beam away from the display unit to deflect the fifth light beam in a fifth direction different from the first, second, third and from the fourth direction and which is associated with the left hand and to deflect the sixth light ray in a sixth direction different from the first, second, third, fourth and fifth directions and which is associated with Fceil law. The deflection or deflection element directs the light beam emitted by the third optical element according to the range of vision. Thus, the fifth and the sixth direction will form a third cone of vision. The observer will be able to see the three-dimensional image in three cones of different visions, which further increases the visibility range of the observer.
15 Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'invention a pour objet un procédé pour générer une image auto-stéréoscopique à l'aide d'un affichage tête haute consistant à émettre le premier rayon lumineux, le second rayon lumineux, le troisième rayon lumineux et le quatrième rayon lumineux, diriger le premier rayon lu- 20 mineux de la première direction, le second rayon lumineux dans la se- conde direction, le troisième rayon lumineux dans la troisième direction et le quatrième rayon lumineux dans la quatrième direction et dévier le premier rayon lumineux, le second rayon lumineux, le troisième rayon lumineux et/ou le quatrième rayon lumineux dans la plage de vision.According to another advantageous characteristic, the subject of the invention is a method for generating an auto-stereoscopic image by means of a head-up display consisting in emitting the first light ray, the second light ray, the third light ray and the fourth light ray, directing the first light ray of the first direction, the second light ray in the second direction, the third light ray in the third direction and the fourth light ray in the fourth direction, and deflecting the first light ray light ray, the second light ray, the third light ray and / or the fourth light ray in the viewing range.
25 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée, à l'aide d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'affichage tête haute, auto-stéréoscopique, représentée dans les dessins annexés dans lesquels : 30 la figure 1 est un schéma d'un exemple de réalisation d'un affi- chage tête haute, la figure 2 est un schéma du tracé des rayons lumineux de l'affichage tête haute dans l'exemple de réalisation, la figure 3 est un autre schéma des rayons lumineux dans 35 l'exemple de réalisation de l'affichage tête haute, 3034531 7 la figure 4 est un schéma des rayons lumineux dans l'affichage tête haute de la figure 1 en vue de dessus et, la figure 5 montre un ordinogramme très simplifié d'un procédé pour générer une image auto-stéréoscopique à l'aide d'un affi- 5 chage tête haute dans l'exemple de réalisation de l'invention. Description d'un mode de réalisation La figure 1 montre schématiquement un affichage tête haute 100 selon un exemple de réalisation. L'affichage tête haute 100 comporte une unité génératrice d'images 102 avec une source lumi- 10 neuse 104 et une unité d'affichage 106 rétroéclairée par la source lumi- neuse 104. La figure est un schéma de la conception optique de l'affichage tête haute 100 avec un afficheur LCD comme unité d'affichage 106. L'unité d'affichage 106 émet un faisceau principal 107 composé des parties d'une image auto-stéréoscopique. Au-delà de 15 l'unité génératrice d'images 102, une installation optique 108 dirige le faisceau principal 107 dans différentes directions sur un élément de déviation 110 réalisé par exemple sous la forme d'un miroir courbe. Les directions correspondent chacune à la position de Fceil gauche et de Fceil droit dans la plage de vision 112 encore appelée « boîte oculaire » 20 permettant à un observateur de voir l'image auto-stéréoscopique. Partant de l'élément de renvoi 110, le faisceau principal 107 est envoyé à travers une vitre de couverture 114 sur le pare-brise 116 qui réfléchit le faisceau dans la plage de vision 112. L'installation optique 108 divise le faisceau principal 107 en deux faisceaux partiels 25 d'orientations différentes orientés l'un par rapport à l'autre pour que les parties d'images destinées à Fceil gauche arrivent à Fceil gauche et les parties d'images destinées à Fceil droit arrivent à l'oeil droit. L'observateur perçoit ainsi les deux parties d'image comme une unique image tridimensionnelle.The present invention will be described in more detail below with reference to an exemplary embodiment of an auto-stereoscopic head-up display shown in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagram of an exemplary embodiment of a head-up display, FIG. 2 is a diagram of the light-beam pattern of the head-up display in the embodiment, FIG. 3 is another diagram. light rays in the exemplary embodiment of the head-up display, FIG. 4 is a diagram of the light rays in the head-up display of FIG. 1 in plan view, and FIG. very simplified a method for generating an auto-stereoscopic image using a head-up display in the embodiment of the invention. DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT FIG. 1 schematically shows a head-up display 100 according to an exemplary embodiment. The head-up display 100 includes an image generating unit 102 with a light source 104 and a display unit 106 backlit by the light source 104. The figure is a diagram of the optical design of the light source 104. head-up display 100 with an LCD display as the display unit 106. The display unit 106 emits a main beam 107 composed of parts of an auto-stereoscopic image. Beyond the image generating unit 102, an optical installation 108 directs the main beam 107 in different directions on a deflection element 110 made for example in the form of a curved mirror. The directions each correspond to the position of the left hand and the right hand in the viewing range 112, also called the "eye box" 20 allowing an observer to see the auto-stereoscopic image. Starting from the deflection element 110, the main beam 107 is sent through a cover glass 114 on the windshield 116 which reflects the beam in the viewing range 112. The optical installation 108 divides the main beam 107 into two partial beams of different orientations oriented relative to each other so that the left-hand image portions arrive at the left-hand side and the right-end image portions arrive at the right eye. The observer thus perceives the two image parts as a single three-dimensional image.
30 Selon la forme de réalisation, l'installation optique 108 comporte comme élément optique au moins une lentille, un miroir ou un hologramme. Ces éléments servent à générer un ou plusieurs cônes de vision pour la représentation tridimensionnelle de l'image virtuelle. L'élément de renvoi 110 permet de conduire les cônes de vision à tra- 35 vers le volume optique de l'affichage tête haute 100.According to the embodiment, the optical installation 108 comprises as optical element at least one lens, a mirror or a hologram. These elements are used to generate one or more vision cones for the three-dimensional representation of the virtual image. The deflection element 110 makes it possible to drive the vision cones through the optical volume of the head-up display 100.
3034531 8 L'installation optique 108 permet de modifier le trajet optique à travers les lentilles et le miroir de l'affichage tête haute 100 pour que les deux yeux de l'observateur voient l'affichage d'images différentes. Pour diviser angulairement les parties d'images, on peut diviser 5 au moins par deux les éléments de l'installation optique 108 comme ce- la sera décrit ci-après. La figure 2 est une représentation schématique des rayons lumineux dans l'affichage tête haute 100 selon l'exemple de réalisation tel que l'affichage tête haute de la figure 1. L'unité d'affichage 10 106 de l'affichage 3D auto-stéréoscopique 100 représentée à la figure 2 comporte quatre zones d'émission 202, 204, 206, 208 juxtaposées, encore appelées plages d'image. Une première plage d'émission 202 permet l'émission d'une première partie d'image gauche représentée par le premier faisceau lumineux 210, une seconde plage d'émission 204 cor- 15 respond à l'émission d'une première partie d'image droite représentant le second faisceau lumineux 212 ; une troisième plage d'émission 206 pour l'émission d'une seconde partie d'image gauche est représentée par le troisième faisceau lumineux 214 et une quatrième plage d'émission 208 correspond à l'émission d'un quatrième faisceau lumineux 216 re- 20 présentant la seconde partie d'image droite. Les quatre plages d'émission permettent d'afficher le contenu d'image de quatre plages différentes alternées pour Fceil gauche et Fceil droit sur l'unité d'affichage 106. L'installation optique 108 porte deux éléments optiques 25 218, 220 qui sont situés à une distance déterminée de l'unité d'affichage 106. Un premier élément optique 218 se trouve dans le chemin respectif des deux faisceaux lumineux 210, 212 et un second élément optique 220 se trouve dans le chemin respectif des deux faisceaux lumineux 214, 216. Les deux éléments optiques 218, 220 ne sont re- 30 présentés qu'à titre d'exemple dans les plages d'émission correspon- dantes de l'unité d'affichage 106. En réalité, les faisceaux lumineux peuvent également être guidés par un élément de renvoi supplémentaire, par exemple sous la forme d'un miroir ou autre réflecteur approprié, par les quatre plages d'émission vers l'élément optique respectif.The optical installation 108 makes it possible to modify the optical path through the lenses and the mirror of the head-up display 100 so that the two eyes of the observer see the display of different images. In order to divide the image portions angularly, the elements of the optical installation 108 can be divided by at least two as will be described hereinafter. FIG. 2 is a schematic representation of the light rays in the head-up display 100 according to the exemplary embodiment such as the head-up display of FIG. 1. The display unit 106 of the automatic 3D display stereoscopic 100 shown in Figure 2 comprises four emitting zones 202, 204, 206, 208 juxtaposed, also called image ranges. A first transmission range 202 allows the transmission of a first left image portion represented by the first light beam 210, a second transmission range 204 corresponds to the transmission of a first portion of right image representing the second light beam 212; a third transmission range 206 for transmitting a second left image portion is represented by the third light beam 214 and a fourth transmission range 208 corresponds to the emission of a fourth light beam 216 re- 20 showing the second right image part. The four transmission ranges make it possible to display the image content of four different alternating ranges for the left and right hands on the display unit 106. The optical installation 108 carries two optical elements 21, 21, 220 which are located at a predetermined distance from the display unit 106. A first optical element 218 is in the respective path of the two light beams 210, 212 and a second optical element 220 is in the respective path of the two light beams 214, 216. The two optical elements 218, 220 are only exemplified in the corresponding transmission ranges of the display unit 106. In reality, the light beams can also be guided by an additional return element, for example in the form of a mirror or other suitable reflector, by the four transmission areas to the respective optical element.
3034531 9 Les deux éléments optiques 218, 220 ont pour fonction de guider les rayons lumineux émis par les plages d'émission respectives dans la plage de vision 112 pour que les faisceaux lumineux 210, 214 représentant les deux images partielles gauche soient perçus par 5 Fceil gauche de l'observateur et que les faisceaux lumineux 204, 208 représentant les deux parties d'image droite soient perçus par Fceil droit de l'observateur. Le concept optique de l'affichage tête haute 100 qui se compose au moins de l'installation optique 108 et de l'élément de renvoi 10 110 forme l'image des quatre plages d'images 202, 204, 206, 208 pour qu'elles atteignent la position appropriée dans la plage de vision 112, c'est-à-dire pour que les plages d'images respectives destinées à Fceil gauche arrivent dans la moitié gauche de la plage de vision 112 et que les plages d'images destinées à Fceil droit arrivent dans la moitié droite 15 de la plage de vision 112. En réalité, l'unité d'affichage 106 peut être significativement plus petite que la plage de vision 112 générée de sorte que les contenus d'image présentés par l'unité d'affichage 106 seront étendus de façon appropriée. Suivant le mode de réalisation, l'agrandissement sera fait par exemple par l'installation optique 108 20 elle-même ou par l'élément de renvoi 110. Comme le montre déjà schématiquement la figure 1, les rayons lumineux 210, 212, 214, 216 sont réfléchis par le pare-brise du véhicule pour donner à l'observateur l'impression que l'objet représenté se trouve devant le pare-brise.The two optical elements 218, 220 have the function of guiding the light rays emitted by the respective emission ranges in the viewing range 112 so that the light beams 210, 214 representing the two left partial images are perceived by 5 Fc. left of the observer and that the light beams 204, 208 representing the two parts of the right image are perceived by the right eye of the observer. The optical concept of the head-up display 100, which consists at least of the optical installation 108 and the deflection element 110, forms the image of the four image ranges 202, 204, 206, 208 so that they reach the appropriate position in the viewing range 112, i.e. so that the respective left-hand image areas arrive in the left half of the viewing range 112 and the image ranges for In fact, the display unit 106 may be significantly smaller than the viewing range 112 generated so that the image contents presented by the display unit 112 are in the right half 15 of the viewing range 112. display unit 106 will be expanded appropriately. According to the embodiment, the enlargement will be done for example by the optical installation 108 itself or by the deflection element 110. As already shown schematically in FIG. 1, the light rays 210, 212, 214, 216 are reflected by the windshield of the vehicle to give the observer the impression that the object represented is in front of the windshield.
25 En plus, les contenus d'images seront modifiés par une précorrection de distorsion de façon que l'observateur reçoive une image tridimensionnelle sans distorsion. Le nombre d'éléments optiques servant à générer le con- tenu d'image tridimensionnelle, permet d'influencer la qualité de l'image 30 perçue par l'observateur, par exemple par rapport à la taille de la plage de vision 112 ou pour gérer la diaphonie. Ce dernier effet peut être influencé par exemple par une compensation appropriée de la diaphonie, du moins en diminuant le nombre de pixels concernés directement par le nombre d'éléments optiques.In addition, the image contents will be modified by a distortion precorrection so that the observer receives a three-dimensional image without distortion. The number of optical elements for generating the three-dimensional image content makes it possible to influence the quality of the image perceived by the observer, for example with respect to the size of the viewing range 112 or handle crosstalk This last effect can be influenced, for example, by appropriate compensation of the crosstalk, at least by decreasing the number of pixels directly concerned by the number of optical elements.
3034531 10 La conception pratique de l'affichage tête haute 100 peut s'adapter aux caractéristiques du véhicule telles que l'encombrement et la réflexion ainsi que pour répondre à certaines exigences concernant l'image telles que la distance à respecter ou l'effet 3D.The practical design of the head-up display 100 can be adapted to vehicle characteristics such as space and reflection as well as to meet certain image requirements such as the distance to be respected or the 3D effect. .
5 La figure 3 est une représentation schématique des rayons lumineux dans l'affichage tête haute 100 de la figure 2 selon l'exemple de réalisation. La figure 3 présente la relation générale des éléments optiques séparateurs 218, 220 constitués ici par deux lentilles, par rapport à la représentation dans la plage de vision 112. Pour 10 clarifier les explications, la figure 3 montre uniquement les chemins des rayons lumineux 214, 216 émis par les deux plages d'émission 206, 208. La description suivante concerne de façon correspondante également le chemin des rayons lumineux émis par les deux autres plages d'émission 202, 204.Fig. 3 is a schematic representation of the light rays in the head-up display 100 of Fig. 2 according to the exemplary embodiment. FIG. 3 shows the general relationship of the separating optical elements 218, 220 here constituted by two lenses, with respect to the representation in the viewing range 112. To clarify the explanations, FIG. 3 only shows the paths of the light rays 214, 216 issued by the two emission ranges 206, 208. The following description also relates correspondingly to the path of the light rays emitted by the two other transmission ranges 202, 204.
15 Selon cet exemple de réalisation, le second élément op- tique 220 place la direction du rayon lumineux incident 214 venant de la direction de la troisième plage d'émission 206 pour l'orienter en sortie dans la direction associée à Fceil gauche. De façon analogue, le second élément optique 220 casse la direction du rayon lumineux 216 arrivant 20 de la quatrième plage d'émission 208 pour qu'en sortie, le rayon soit orienté dans la direction de Fceil droit. En appliquant l'angle d'ouverture (a) entre les deux faisceaux lumineux émis 214, 216 on aura une distance entre les deux yeux de l'observateur. En d'autres termes, l'élément optique séparateur 220 en aval de l'unité d'affichage 106 di- 25 vise l'image d'origine émise par l'une des deux plages d'émission 206, 208 en deux images, l'une pour Fceil gauche et l'autre pour Fceil droit. La figure 3 montre que la largeur (p) respective de plage d'émission 206, 208 correspond sensiblement sur une demi-largeur de l'élément 220 générant l'effet 3D. La largeur (p) est définie par exemple 30 par le pas respectif de l'image partielle de la plage d'émission. Cette dis- tance en pixels peut également se calculer directement à partir de la distance x entre l'unité d'affichage 106 et l'élément optique 220 qui la sépare de celui-ci ainsi que l'angle d'ouverture (a). L'angle d'ouverture (a) résulte ainsi de la position de l'observateur et de l'agrandissement 3034531 11 nécessaire du contenu d'images. Entre la largeur (p), la distance x et l'angle d'ouverture (a) on a la relation suivante : p=2.x.tan ( oc 2/ 5 De façon caractéristique, l'observateur est à une distance d'environ 70 cm du pare-brise. A cette distance, les contenus d'images générés par l'unité d'affichage 100 sont habituellement agrandis cinq fois. Il en résulte une distance x d'environ 80 mm et un angle 10 d'ouverture (a) d'environ 10 degrés. Ainsi, l'application de l'équation ci-dessus donne un pas (p) de l'image partielle, égal à 14 mm. A partir de là, de façon correspondante on a le pas de l'élément optique 220 qui est de 28 mm. Ainsi, l'unité d'affichage 106 selon l'exemple de réalisation de la figure 3 a 15 pour des images partielles de pas identiques, une largeur de 56 mm pour un pas de pixels courant de 85 pm correspondant à une résolution horizontale de 660 px. La distance x peut varier suivant la position de l'unité d'affichage 106, par exemple lorsque l'unité d'affichage 106 est rempla- 20 cée par une unité d'affichage ayant d'autres dimensions ou encore une autre résolution horizontale de l'image. En particulier, l'utilisation d'affichage plus grand comme unité d'affichage 106 augmente l'encombrement de l'affichage 100 pour éviter le chevauchement des rayons lumineux. En plus, l'angle d'inclinaison des éléments optiques 25 218, 220 pourra être augmenté par rapport à la surface d'affichage de l'unité d'affichage 106 composée des quatre plages d'émission. L'élément optique 220 peut être réalisé par exemple en modifiant un miroir situé dans la position de l'installation optique 108 selon la figure 1 et correspondant à un affichage tête haute usuel. En 30 variante, on peut également réaliser un miroir fonctionnant comme élément déviateur 110 ou séparateur pour assurer la fonction des éléments optiques 218, 220. Les rayons lumineux émis par l'unité d'affichage 106 pourront être dirigés sur le miroir par l'élément de renvoi supplémentaire.According to this exemplary embodiment, the second optical element 220 places the direction of the incident light ray 214 coming from the direction of the third emission range 206 to orient it at the output in the direction associated with the left hand. Similarly, the second optical element 220 breaks the direction of the light beam 216 arriving 20 from the fourth emission range 208 so that at the exit, the beam is oriented in the direction of the right eye. By applying the opening angle (a) between the two emitted light beams 214, 216 there will be a distance between the two eyes of the observer. In other words, the optical separator element 220 downstream of the display unit 106 divides the original image emitted by one of the two transmission ranges 206, 208 into two images, one for the left hand and the other for the right hand. FIG. 3 shows that the respective emission range width (p) 206, 208 corresponds substantially to a half-width of the element 220 generating the 3D effect. The width (p) is defined for example by the respective step of the partial image of the emission range. This distance in pixels can also be calculated directly from the distance x between the display unit 106 and the optical element 220 which separates it from the latter as well as the opening angle (a). The aperture angle (a) thus results from the position of the observer and the necessary enlargement of the image content. Between the width (p), the distance x and the opening angle (a) we have the following relation: p = 2.x.tan (oc 2/5 Typically, the observer is at a distance d At this distance, the image contents generated by the display unit 100 are usually magnified five times, resulting in a distance x of about 80 mm and an angle θ. aperture (a) of about 10 degrees, thus the application of the equation above gives a step (p) of the partial image equal to 14 mm. not the optical element 220 which is 28 mm Thus, the display unit 106 according to the embodiment of Figure 3 has 15 for partial images of identical pitch, a width of 56 mm for a step current pixels of 85 μm corresponding to a horizontal resolution of 660 px The distance x may vary depending on the position of the display unit 106, for example when the display unit 106 is replaced by 20 by a display unit having other dimensions or another horizontal resolution of the image. In particular, the use of larger display as the display unit 106 increases the size of the display 100 to avoid the overlap of the light rays. In addition, the inclination angle of the optical elements 218, 220 may be increased relative to the display area of the display unit 106 composed of the four transmission ranges. The optical element 220 may be made for example by modifying a mirror located in the position of the optical installation 108 according to Figure 1 and corresponding to a conventional head-up display. Alternatively, it is also possible to make a mirror functioning as a deflector element 110 or separator to ensure the function of the optical elements 218, 220. The light rays emitted by the display unit 106 may be directed to the mirror by the element additional referral.
3034531 12 En plus des quatre plages d'émission citées ci-dessus, l'affichage tête haute 100 peut également avoir une cinquième plage d'affichage pour émettre un cinquième rayon lumineux représentant une troisième image partielle gauche et une sixième plage d'émission 5 pour émettre un sixième rayon lumineux représentant une troisième image partielle droite. De façon correspondante, l'affichage tête haute 100 peut comporter un troisième élément optique installé dans le chemin du cinquième et du sixième rayons lumineux étant écartés de l'unité d'affichage 106 et qui sert comme décrit ci-dessus, de façon ana- 10 logue à l'exemple du second élément optique 220 à diriger le cinquième rayon lumineux dans la direction associée à Fceil gauche et le sixième rayon lumineux dans la direction associée à Fceil droit. La figure 4 montre schématiquement une vue de dessus des rayons lumineux dans l'affichage tête haute 100 de la figure 1. Se- 15 lon la figure, l'unité génératrice d'image 102 est présentée avec la source lumineuse 104 et l'unité d'affichage 106, l'installation optique 108 et l'élément de renvoi 110. Pour simplifier, les rayons lumineux sont décrits de nouveau à titre d'exemple pour les deux faisceaux lumineux 214, 216. L'installation optique 108 est schématiquement un mi- 20 roir diviseur à deux surfaces réfléchissantes orientées différemment et fonctionnant comme un séparateur. L'image générée par les deux unités d'affichage 106 et se présentant sous la forme des deux rayons lumineux 214, 216 arrive tout d'abord sur l'installation optique 108. Celle-ci réfléchit les deux rayons lumineux 214, 216 sur l'élément de renvoi 110 25 sous la forme d'un miroir ou du pare-brise et de là les rayons sont fina- lement déviés dans la plage de vision de l'observateur. Pour une meilleure reconnaissance, les trois niveaux de réflexion sont représentés dans des dessins différents. Lorsque par exemple le rayon lumineux 214 représentant 30 l'image partielle gauche arrive sur le mauvais côté du séparateur, grâce au réglage de l'angle ou à la courbure du séparateur, le rayon lumineux n'arrivera plus sur le mauvais côté de l'observateur. En outre, le choix approprié des dimensions du second miroir sous la forme de l'élément de renvoi 110 réduit la diaphonie.In addition to the four emission ranges mentioned above, the head-up display 100 may also have a fifth display range for emitting a fifth light beam representing a third left-hand partial image and a sixth transmission-range. to emit a sixth light ray representing a third right partial image. Correspondingly, the head-up display 100 may comprise a third optical element installed in the path of the fifth and sixth light rays being separated from the display unit 106 and which serves as described above, in an analogous manner. 10 logue to the example of the second optical element 220 to direct the fifth light beam in the direction associated with the left eye and the sixth light ray in the direction associated with the right eye. Fig. 4 schematically shows a top view of the light rays in the head-up display 100 of Fig. 1. In the figure, the image generating unit 102 is shown together with the light source 104 and the unit. 106, the optical installation 108 and the return element 110. For simplicity, the light rays are described again as an example for the two light beams 214, 216. The optical installation 108 is schematically a This divider has two reflective surfaces which are differently oriented and function as a separator. The image generated by the two display units 106 and in the form of two light rays 214, 216 first arrives at the optical installation 108. This reflects the two light rays 214, 216 on the screen. Referring element 110 in the form of a mirror or the windshield and from there the rays are finally deflected into the viewing range of the observer. For better recognition, the three levels of reflection are represented in different drawings. When, for example, the light beam 214 representing the left-side image arrives on the wrong side of the separator, by adjusting the angle or the curvature of the separator, the light ray will no longer arrive on the wrong side of the separator. observer. In addition, the appropriate choice of dimensions of the second mirror in the form of the deflection element 110 reduces crosstalk.
3034531 13 Dans un but de simplification, le séparateur est représenté sans courbure. En réalité, le séparateur peut également être courbé. La limitation de la représentation de la figure 4 a seulement deux plages d'émission est prévu comme déjà indiqué pour clarifier la 5 présentation. Selon un exemple de réalisation, les éléments optiques de l'installation optique 108 sont mobiles, ce qui permet de modifier le cheminement du faisceau lumineux respectif par le déplacement approprié des éléments optiques, tel que par inclinaison d'un miroir, d'un 10 mouvement de la tête de l'observateur. Pour saisir le mouvement de la tête ou la position de l'observateur, l'affichage tête haute 100 comporte un système de poursuite du mouvement de la tête. On peut également envisager d'utiliser un hologramme comme élément optique ; l'hologramme assure alors la fonction d'une 15 lentille ou d'un miroir. L'hologramme peut avoir une structure variable pour assurer, selon le cas, différentes fonctions optiques. En particulier, en modifiant la structure de l'hologramme on modifie la direction ou le nombre de rayons lumineux de sorte que l'observateur percevra une autre image. Cela permet de régler, par 20 exemple, l'agrandissement de l'image virtuelle ou l'asservissement de l'image virtuelle. Un élément optique sous la forme d'un hologramme variable a l'avantage d'éviter tout asservissement mécanique. La figure 5 est un diagramme très simplifié d'un procédé 500 pour générer une image auto-stéréoscopique à l'aide d'un affichage 25 tête haute selon un exemple de réalisation de l'invention. Le procédé 500 peut être exécuté par exemple en liaison avec un affichage tête haute comme celui décrit à l'aide des figures 1 à 4. Pour générer l'image auto-stéréoscopique, dans l'étape 510 on émet un premier rayon lumineux, un second rayon lumineux, un troisième rayon lumineux et un 30 quatrième rayon lumineux à l'aide des plages d'émission correspon- dantes de l'unité d'affichage. Les rayons lumineux représentent chacun une image partielle associée à Fceil gauche ou à Fceil droit. Ces images partielles perçues simultanément par l'observateur donnent l'image auto-stéréoscopique. Selon une autre étape 520, à l'aide du premier élé- 35 ment optique, on dirige le premier rayon lumineux dans la première 3034531 14 direction associée à Fceil gauche et le second rayon lumineux dans la direction associée à Fceil droit. En outre, dans l'étape 520, le second élément optique dirige le troisième rayon lumineux dans une troisième direction associée à Fceil gauche et le quatrième rayon lumineux dans 5 une quatrième direction associée à Fceil droit. Enfin, les rayons lumi- neux sont déviés dans l'étape 530 à l'aide d'un élément de déviation approprié tel qu'un miroir ou une lentille pour arriver dans la plage de vision de l'observateur. Selon la conception optique, qui dépend souvent de la place disponible, l'étape 530 peut être exécutée plusieurs fois ou 10 l'être avant l'étape 520. L'observateur percevra les deux paires d'images partielles à chaque fois comme une image tridimensionnelle. Comme les paires d'images partielles sont dirigées dans les yeux de l'observateur suivant des directions différentes, on a en tout deux cônes de vision dans lesquels l'observateur peut voir les images en trois dimensions.For simplicity, the separator is shown without curvature. In reality, the separator can also be curved. The limitation of the representation of FIG. 4 to only two transmission ranges is provided as already indicated to clarify the presentation. According to an exemplary embodiment, the optical elements of the optical installation 108 are movable, which makes it possible to modify the path of the respective light beam by the appropriate displacement of the optical elements, such as by inclination of a mirror, a 10 movement of the observer's head. To capture the movement of the head or the position of the observer, the head-up display 100 includes a system for tracking the movement of the head. One can also consider using a hologram as an optical element; the hologram then performs the function of a lens or a mirror. The hologram may have a variable structure to ensure, as appropriate, different optical functions. In particular, by modifying the structure of the hologram the direction or the number of light rays is modified so that the observer will perceive another image. This makes it possible to adjust, for example, the enlargement of the virtual image or the slaving of the virtual image. An optical element in the form of a variable hologram has the advantage of avoiding any mechanical servocontrol. Figure 5 is a very simplified diagram of a method 500 for generating an auto-stereoscopic image using a head-up display according to an exemplary embodiment of the invention. The method 500 may be executed for example in connection with a head-up display such as that described with reference to FIGS. 1 to 4. To generate the auto-stereoscopic image, in step 510 a first light beam, a light beam, is emitted. second light beam, a third light beam and a fourth light beam using the corresponding transmission ranges of the display unit. The light rays each represent a partial image associated with the left eye or the right eye. These partial images perceived simultaneously by the observer give the auto-stereoscopic image. In another step 520, using the first optical element, the first light beam is directed in the first direction associated with the left hand and the second light beam in the direction associated with the right hand. Further, in step 520, the second optical element directs the third light beam in a third direction associated with the left eye and the fourth light beam in a fourth direction associated with the right eye. Finally, the light rays are deflected in step 530 by means of a suitable deflection element such as a mirror or lens to arrive in the observer's viewing range. According to the optical design, which often depends on the space available, step 530 can be executed several times or before step 520. The observer will perceive the two pairs of partial images each time as an image. three-dimensional. As the pairs of partial images are directed into the observer's eyes in different directions, there are two vision cones in all, in which the observer can see the images in three dimensions.
15 3034531 15 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 100 Affichage tête haute 102 Unité génératrice d'images 5 104 Source lumineuse 106 Unité d'affichage rétro-éclairé 107 Faisceau principal / rayon principal 108 Installation optique 110 Elément de renvoi 10 112 Plage de vision / boîte oculaire 114 Vitre de couverture 116 Pare-brise 200, 204 Plages d'émission 204 Seconde plage d'émission 15 206 Troisième plage d'émission 208 Quatrième plage d'émission 210 Premier rayon lumineux 212 Second rayon lumineux 214 Troisième rayon lumineux 20 216 Quatrième faisceau lumineux 218, 220 Eléments optiques 220 Elément optique séparateur 500 Procédé pour générer une image auto-stéréoscopique d'un affichage tête haute 25 510, 520, Etapes du procédé 530 a angle d'ouverture p largeur x distance 30 3515 3034531 15 NOMENCLATURE OF MAIN ELEMENTS 100 Head-up display 102 Image-generating unit 5 104 Light source 106 Backlit display unit 107 Main beam / main beam 108 Optical setup 110 Cross-over element 10 112 Vision range / eyepiece box 114 Cover glass 116 Windshield 200, 204 Emission range 204 Second emission range 15 206 Third emission range 208 Fourth emission range 210 First light beam 212 Second light beam 214 Third light beam 20 216 Fourth light beam light 218, 220 Optical elements 220 Separator optical element 500 Process for generating an auto-stereoscopic image of a head-up display 510, 520, Process steps 530 aperture angle p width x distance 30 35
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