EP4260128A1 - Afficheur tête-haute et miroir de repliement dans un tel afficheur, procédé et moule de fabrication d'un tel afficheur - Google Patents
Afficheur tête-haute et miroir de repliement dans un tel afficheur, procédé et moule de fabrication d'un tel afficheurInfo
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- EP4260128A1 EP4260128A1 EP21836411.5A EP21836411A EP4260128A1 EP 4260128 A1 EP4260128 A1 EP 4260128A1 EP 21836411 A EP21836411 A EP 21836411A EP 4260128 A1 EP4260128 A1 EP 4260128A1
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Classifications
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- G02—OPTICS
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- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature
Definitions
- Vehicles equipped with a head-up display (“head-up display” or HUD in English) intended to display a virtual image to an individual are known, the head-up display comprising: an image generation unit adapted emitting a source light beam; and a projection optical system adapted to form, from the source light beam, the virtual image in a field of vision of the individual, the projection optical system comprising: a folding mirror having a first surface and a second surface , the first surface being a curved reflection surface facing the image generating unit to reflect the source light beam; and an optical element having a first surface and a second surface, the first surface being a curved optical surface, at least partially reflecting, and facing the folding mirror to intercept the reflected light beam.
- a folding mirror having a first surface and a second surface , the first surface being a curved reflection surface facing the image generating unit to reflect the source light beam
- an optical element having a first surface and a second surface, the first surface being a curved optical surface, at least partially reflecting, and facing the folding mirror
- This head-up display can be either a head-up display "on the windscreen” or a head-up display "to be combined".
- the projection of the virtual image to the occupant of the vehicle is ultimately carried out by optical reflection on the windshield of the vehicle (in fact on its internal sheet).
- the shape (geometry or surface equation) of the first surface of the optical element is determined according to: the size of the desired virtual image and the projection distance from the individual; the internal optical design of the head-up display (geometry of the folding mirror and of the image generation unit); and/or the geometry and inclination of the windshield of the vehicle (for the case on the windshield only).
- the head-up display of the invention it is possible to use only one manufacturing tool (for example a mold) to produce the folding mirror and the optical element.
- the cost of producing such a display is therefore reduced and its implementation is simpler.
- the invention can also be implemented with two or more folding mirrors.
- the invention finally relates to a mold for producing a head-up display using such a method.
- the mold is adapted to receive borders for the manufacturing said folding mirror in step a) or manufacturing said optical element in step b).
- the image generation unit 7 emits a light beam 9 (in FIG. 1, only a primary light ray, or main light ray, is represented) in the direction of the projection optical system 11 of the display 10.
- This light beam 9 is representative of a light scene, including the images to be displayed to the occupant 4 of the vehicle 1 .
- the optical element 13 of the projection optical system 1 1 is a power mirror 13 (see optical representation diagram in Figure 1) which reflects the light beam 14 to the windshield 3 of the vehicle 1 (see beam 15 leaving the display 10 in Figure 1).
- the first surface 16 of the folding mirror 12 is a curved reflection surface (/.e. nonplanar) whose radius of curvature can be positive or negative.
- the folding mirror 12 is here convex.
- the folding mirror could be concave.
- first surface 16 of the folding mirror s and the second surface 19 of the power mirror s are substantially identical, that is to say that their representative equations (the locus of the points belonging to the geometric surface) are similar or almost similar, on the portion of surface that they have in common.
- the first surface 16 of the folding mirror 12 overlaps completely with at least part of the second surface 19 of the optical element 13 (see dashes in Figure 3).
- the vehicle 1 has been shown, this time equipped with a head-up display 10 according to a second embodiment, in which the display 10 is a head-up display “to be combined”.
- the folding mirror 12 and the optical element 13 are made of transparent plastic material, for example polycarbonate, polymethyl methacrylate (PMMA), polyurethane (PU) or cyclo copolymers. -olefins (COC).
- PMMA polymethyl methacrylate
- PU polyurethane
- COC cyclo copolymers.
- they can be manufactured hot using an injection molding process or else a reaction injection molding process (“Reactive Injection Molding” or RIM).
Landscapes
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Abstract
Un afficheur (10) tête-haute destiné à afficher une image virtuelle (6) à un individu (4) comporte : - une unité de génération d'images (7) adaptée à émettre un faisceau lumineux source (9); et - un système optique de projection (11) adapté à former, à partir du faisceau lumineux source (9), l'image virtuelle dans un champ de vision de l'individu, le système optique de projection comprenant : - un miroir de repliement (12) ayant une première surface, la première surface étant une surface de réflexion courbe faisant face à l'unité de génération d'images pour réfléchir le faisceau lumineux source; et - un élément optique (13) ayant une première surface et une deuxième surface, la première surface étant une surface optique courbe, au moins partiellement réfléchissante, et tournée vers le miroir de repliement pour intercepter le faisceau lumineux réfléchi (14). La première surface du miroir de repliement et la première ou deuxième surface de l'élément optique se superposent au moins partiellement.
Description
DESCRIPTION
Titre de l’invention : Afficheur tête-haute et miroir de repliement dans un tel afficheur, procédé et moule de fabrication d’un tel afficheur
Domaine technique auquel se rapporte l'invention
La présente invention concerne de manière générale le domaine de la projection d’informations ou d’images.
Elle concerne plus particulièrement un afficheur tête-haute destiné à afficher une image virtuelle à un individu.
Elle concerne également un miroir de repliement intégré dans un tel afficheur tête-haute.
Elle concerne enfin un procédé de réalisation d’un afficheur tête-haute ainsi qu’un moule conçu pour la réalisation d’un tel afficheur tête-haute.
L nvention s’applique de manière particulièrement intéressante dans des systèmes d’aide à la conduite pour véhicule automobile.
Arrière-plan technologique
On connaît des véhicules équipés d’un afficheur tête-haute (« head-up display » ou HUD en anglais) destiné à afficher une image virtuelle à un individu, l’afficheur tête-haute comportant : une unité de génération d’images adaptée à émettre un faisceau lumineux source ; et un système optique de projection adapté à former, à partir du faisceau lumineux source, l’image virtuelle dans un champ de vision de l’individu, le système optique de projection comprenant : un miroir de repliement ayant une première surface et une deuxième surface, la première surface étant une surface de réflexion courbe faisant face à l‘unité de génération d’images pour réfléchir le faisceau lumineux source ; et un élément optique ayant une première surface et une deuxième surface, la première surface étant une surface optique courbe, au moins partiellement réfléchissante, et tournée vers le miroir de repliement pour intercepter le faisceau lumineux réfléchi.
Cette afficheur tête-haute peut être aussi bien un afficheur tête-haute « sur pare-brise >> qu’un afficheur tête-haute « à combiner >>.
Dans le premier cas, la projection de l’image virtuelle à l’occupant du véhicule est réalisée de manière ultime par réflexion optique sur le pare-brise du véhicule (en fait sur son feuillet interne).
Dans ce cas particulier, l’élément optique du système de projection peut être un « miroir de puissance », avec une première surface non plane et traitée avec un revêtement hautement réfléchissant (argenture ou autre).
Dans le deuxième cas, l’élément optique est le combiner de l’afficheur tête- haute, c’est-à-dire une lame partiellement transparente qui forme directement l’image virtuelle à afficher et à travers de laquelle l’individu peut voir cette image.
En pratique, la forme (géométrie ou équation de surface) de la première surface de l’élément optique est déterminée en fonction de : la taille de l’image virtuelle voulue et la distance de projection par rapport à l’individu ; la conception optique interne à l’afficheur tête-haute (géométrie du miroir de repliement et de l’unité de génération d’images) ; et/ou la géométrie et l’inclinaison du pare-brise du véhicule (pour le cas sur pare-brise uniquement).
Ceci permet notamment de garantir une bonne qualité d’image de l’image virtuelle projetée à l’occupant.
Avantageusement, l’élément optique est une pièce optique de type « freeform » avec une première surface réfléchissante dont la géométrie est définie par une équation, par exemple une équation multi-polynômiale en puissances de x et de y (% et y étant les coordonnées d’un point de la première surface, avec X et Y les axes de l’élément optique).
Généralement, le miroir de repliement est utilisé optiquement pour réduire l’encombrement global de l’afficheur tête-haute, lorsque les distances de projection sont grandes (cas des afficheurs tête-haute à réalité augmenté ou à réalité virtuelle par exemple).
Ce miroir de repliement peut avoir une première surface plane qui n’a alors aucune puissance optique et aucun impact sur la qualité optique de l’image virtuelle projetée par le système optique de projection.
Toutefois, et comme c’est le cas ici, le miroir de repliement peut avantageusement avoir une première surface légèrement courbe de sorte qu’il est possible de réduire encore plus l’encombrement global de l’afficheur tête-haute. De
plus, grâce à la surface réfléchissante courbe du miroir de repliement, il est également possible d’améliorer la qualité d’image de l’afficheur tête-haute, en particulier de diminuer les aberrations optiques résiduelles.
En conséquence, il est nécessaire d’utiliser deux types d’outils (moules d’injection ou de formage) qui sont différents pour fabriquer, d’un côté, un miroir de repliement et, d’un autre côté, un élément optique, ayant chacun une surface optique courbe bien définie.
Ceci engendre une complexité de mise en oeuvre industrielle ainsi que des coûts de fabrication supplémentaires.
Objet de l’invention
Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose un afficheur tête-haute dont la réalisation est simplifiée.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un afficheur tête-haute tel que défini en introduction, dans lequel ladite première surface du miroir de repliement et ladite première ou deuxième surface de l’élément optique se superposent au moins partiellement.
Ainsi, grâce à la conception optique particulière de l’afficheur tête-haute de l’invention, il est possible de n’utiliser qu’un seul outil de fabrication (par ex. un moule) pour réaliser le miroir de repliement et l’élément optique. Le coût de réalisation d’un tel afficheur est donc réduit et sa mise en oeuvre est plus simple.
De plus, en répartissent la puissance optique du système optique de projection entre le miroir de repliement et l’élément optique de puissance, il est possible d'améliorer grandement la qualité optique de l’afficheur tête-haute.
On notera par ailleurs que l’invention peut également être mise en oeuvre avec deux ou plusieurs miroirs de repliement.
Dans un mode de réalisation particulier, ledit élément optique est plus grand que ledit miroir de repliement. Autrement dit, ledit miroir de repliement est plus petit que ledit élément optique.
Avantageusement, ladite première surface du miroir de repliement se superpose complètement avec une partie au moins de ladite première ou deuxième surface de l’élément optique.
De cette façon, on peut avoir une forme commune pour les composants optiques du système optique de projection et adapter éventuellement la découpe et/ou le traitement réfléchissant des composants.
L’invention propose également un miroir de repliement dans un afficheur tête-haute tel que défini ci-dessus.
Selon l’invention, ladite première surface du miroir de repliement et ladite première surface ou ladite deuxième surface de l’élément optique se superposent au moins partiellement.
Dans un mode de réalisation particulier, ledit miroir de repliement est plus petit que ledit élément optique.
Avantageusement, en combinaison ou non avec le mode de réalisation particulier précédent, ladite première surface du miroir de repliement se superpose complètement avec une partie au moins de ladite première ou deuxième surface de l’élément optique.
L’invention propose par ailleurs un procédé de réalisation d’un afficheur tête-haute destiné à afficher une image virtuelle à un individu, ledit procédé comportant : a) une étape de fabrication d’un miroir de repliement ayant une première surface et une deuxième surface, ladite première surface étant une surface de réflexion courbe ; b) une étape de fabrication d’un élément optique ayant une première surface et une deuxième surface, ladite première surface étant une surface optique courbe, au moins partiellement réfléchissante ; et c) une étape de mise en place dudit miroir de repliement fabriqué à l’étape a) et dudit élément optique fabriqué à l’étape b) dans ledit afficheur tête- haute.
Selon l’invention, ladite première surface du miroir de repliement fabriqué à l’étape a) et ladite première ou deuxième surface de l’élément optique fabriqué à l’étape b) se superposent au moins partiellement.
Dans un mode de réalisation préféré de ce procédé de réalisation, ledit miroir de repliement fabriqué à l’étape a) est plus petit que ledit élément optique fabriqué à l’étape b), et ladite première surface du miroir de repliement se superpose complètement avec une partie au moins de ladite première ou deuxième surface de l’élément optique.
L’invention concerne enfin un moule pour la réalisation d’un afficheur tête- haute selon un tel procédé.
Selon l’invention, le moule est adapté à recevoir des bordures pour la
fabrication dudit miroir de repliement à l’étape a) ou la fabrication dudit élément optique à l’étape b).
Description détaillée 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. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation illustrés sur les dessins. Par conséquent, il faut comprendre que, lorsque les caractéristiques mentionnées dans les revendications sont suivies de signes de référence, ces signes sont inclus uniquement dans le but d'améliorer l'intelligibilité des revendications et ne limitent aucunement la portée des revendications.
Sur les dessins annexés :
[Fig. 1 ] est une vue d’ensemble d’un afficheur tête-haute selon un premier mode de réalisation de l’invention monté dans un véhicule automobile ;
[Fig. 2] est une vue comparative du miroir de repliement et de l’élément optique du système optique de projection de l’afficheur tête-haute de la figure 1 ;
[Fig. 3] est un exemple de schéma de découpe du miroir de repliement et de l’élément optique de la figure 2 ;
[Fig. 4] est une vue d’ensemble d’un afficheur tête-haute selon un deuxième mode de réalisation de l’invention monté dans un véhicule automobile ;
[Fig. 5] est une vue comparative du miroir de repliement et de l’élément optique du système optique de projection de l’afficheur tête-haute de la figure 4.
En préambule, on notera que les éléments identiques ou correspondant des différents modes de réalisation seront autant que possible identifiés par les mêmes signes de références, et ne seront pas décrits à chaque fois.
Sur la figure 1 , on a représenté un véhicule 1 , ici un véhicule automobile, dans lequel est monté un afficheur tête-haute 10 (ci-après dénommé plus simplement « afficheur ») selon un premier mode de réalisation, dans lequel l’afficheur 10 est un afficheur tête-haute « sur pare-brise ».
En fonctionnement, l’afficheur 10 de la figure 1 affiche des informations sous forme d’images virtuelles 6 dans le champ de vision d’un individu 4 situé à l’intérieur du véhicule 1. Ici, sur la figure 1 , on a représenté schématiquement l’individu 4 sous la forme de l’un de ses yeux.
Cet individu 4 observe, au travers du pare-brise 3 du véhicule 1 , les images virtuelles 6 qui sont visibles dans une direction d’observation 5, à l’extérieur
du véhicule 1 , ici au niveau du capot 2 du véhicule 1 . En pratique, les images 6 sont formées à une distance-image de l’individu 4 qui est généralement comprise entre 1 ,5 et 15 mètres, de préférence entre 5 et 10 mètres.
On considérera dans la suite de la description que l’individu 4 est ici le conducteur du véhicule 1 . En variante, cela pourrait être un passager avant ou arrière du véhicule.
Les images projetées peuvent comprendre par exemple des informations relatives au véhicule 1 (vitesse, régime moteur, niveau d’essence, distance par rapport aux autres véhicules, etc.), à son environnement (présence de piétons, panneaux de signalisation, etc.), ou encore des instructions quant à l’itinéraire à suivre par le véhicule 1 (en association avec un système de navigation embarquée par exemple).
Comme représenté sur la figure 1 , l’afficheur 10 selon l’invention comporte une unité de génération d’images 7 et un système optique de projection 11 .
L’unité de génération d’images 7 émet un faisceau lumineux 9 (sur la figure 1 , seul un rayon lumineux primaire, ou rayon lumineux principal, est représenté) en direction du système optique de projection 1 1 de l’afficheur 10. Ce faisceau lumineux 9 est représentatif d’une scène lumineuse, incluant les images à afficher à l’occupant 4 du véhicule 1 .
Dans le mode de réalisation particulier illustré sur la figure 1 , l’unité de génération d’images 7 comporte ici un module d’écran 8 du type TFT-LCD (ci-après désigné « écran » 8) qui est un type d’écran à cristaux liquides à transistors en couche mince (« TFT-LCD » signifie « Thin-Film Transistors-Liquid Crystal Display » en anglais). L’écran 8 est par exemple rétroéclairé par une source de lumière (dénommée en général "backlight' d’après la terminologie anglo-saxonne et non représentée ici).
L’écran 8 forme une surface d’affichage, généralement sensiblement plane, de l’unité de génération d’images 7 sur laquelle est affichée ladite scène lumineuse, cette scène lumineuse correspondant donc à l’émission du faisceau lumineux 9.
L’unité de génération d’images 7 est généralement connectée à un module de commande (non représenté) de l’écran 8, ce module de commande recevant des signaux en provenance de l’ordinateur de bord (non représenté) du véhicule 1 et pilotant en conséquence l’écran 8 pour afficher la scène lumineuse sur
celui-ci.
En d’autres termes, lorsque l’écran 8 est piloté par le module de commande, l’unité de génération d’images 7 génère un faisceau lumineux 9 représentant la scène à projeter dans le champ de vision du conducteur 4.
En variante, l’unité de génération d’images pourrait comporter un module laser du type « laser-scan ». Dans ce cas, la scène lumineuse est alors produite sur un diffuseur dont la surface est balayée par un fin faisceau laser qui est issu généralement d’un système d’illumination comprenant une optique de balayage (incluant par exemple des miroirs galvanométriques et une ou plusieurs lentilles) et une ou plusieurs diodes laser (par ex. : des diodes rouge, vert, bleu).
En variante encore, l’unité de génération d’images peut comporter un module de projection du type DLP (« Digital Light Processing » en anglais).
Comme vu précédemment, l’afficheur 10 comporte un système optique de projection 1 1 (voir figure 1 ) qui permet la formation, à partir du faisceau lumineux source 9, de l’image virtuelle 6 dans un champ de vision de l’individu 4 installé dans l’habitacle du véhicule 1 (ici en position conducteur).
Ce système optique de projection 11 comprend un miroir de repliement 12 et un élément optique 13. Le miroir de repliement 12 intercepte le faisceau lumineux source 9 et le réfléchit en un faisceau lumineux réfléchi 14 vers l’élément optique 13.
Dans le premier mode de réalisation représenté sur la figure 1 , où l’afficheur 10 est un afficheur tête-haute sur pare-brise, l’élément optique 13 du système optique de projection 1 1 est un miroir de puissance 13 (voir représentation optique schématique sur la figure 1 ) qui réfléchit le faisceau lumineux 14 vers le pare-brise 3 du véhicule 1 (voir faisceau 15 sortant de l’afficheur 10 sur la figure 1 ).
Le faisceau lumineux 14 est réfléchi par le miroir de puissance 13 (plus précisément par sa surface réfléchissante 18, voir figure 2) en un faisceau lumineux image 15 qui est alors lui-même réfléchi par le pare-brise 3 (en fait par le feuillet interne du pare-brise 3 s’il s’agit d’un pare-brise feuilleté classique) jusqu’au conducteur 4 du véhicule 1. Ce faisceau lumineux image 15 est finalement orienté selon la direction d’observation 5 (direction de regard de l’individu 4), l’image 6 de la scène lumineuse projetée étant alors une image virtuelle formée généralement au-dessus du capot 2 du véhicule 1 .
Comme représenté sur la figure 2, le miroir de repliement 12 présente une
première surface 16 et une deuxième surface 17.
La première surface 16 du miroir de repliement 12 est une surface de réflexion : on entend par là que c’est sur cette première surface 16 que le faisceau lumineux source 9 se réfléchit (voir schéma optique de la figure 1 ) en direction du miroir de puissance 13. Cette première surface 16 du miroir de repliement 12 fait donc face à l’unité de génération d’images 7 de l’afficheur 10 pour réfléchir le faisceau lumineux source 9.
De manière générale, la première surface 16 du miroir de repliement 12 est une surface de réflexion courbe (/.e. non plane) dont le rayon de courbure peut être positif ou négatif. Dans le cas représenté sur la figure 2, le miroir de repliement 12 est ici convexe. Toutefois, dans d’autres modes de réalisation, en fonction des différentes contraintes optiques ou mécaniques du système optique de projection 1 1 de l’afficheur 10, le miroir de repliement pourrait être concave.
En pratique, la première surface 16 comprend un revêtement optique spécial lui conférant une réflectivité spectrale souhaitée pour un domaine de longueurs d’onde donné. Par exemple, si le miroir de repliement 12 est en verre, la première surface 16 peut être recouverte par une couche d’argenture classique (réflectivité supérieure à 90% dans le domaine visible) ou bien par un traitement multi-couches diélectriques. Selon une possibilité de réalisation, la première surface 16 peut former un miroir froid, c’est-à-dire présenter une réflectivité élevée (par exemple supérieure à 90%) pour une plage de longueur d’ondes située dans le visible et un coefficient de transmission élevé (par exemple supérieur à 50%) pour une autre plage de longueur d’ondes (située par exemple dans l’infrarouge).
Dans le cas d’un écran 8 « tri-chromatique », c’est-à-dire formé de pixels de trois couleurs différentes (typiquement rouge, vert et bleu), le faisceau lumineux source 9 ayant alors un spectre lumineux comprenant trois « pics » plus ou moins larges et intenses autour de trois longueurs différentes, le revêtement réfléchissant couvrant la première surface 16 du miroir de repliement 12 est alors optimisé pour réfléchir suffisamment dans chaque bande de longueurs d’onde associée à chacun de ces pics.
Il en est de même lorsque l’unité de génération d’images comprend un module laser du type laser-scan. Dans ce cas, les bandes de longueurs d’onde pertinentes sont celles de l’émission des diodes laser du module laser.
La deuxième surface 17 du miroir de repliement 12 est ici également
courbe, avec une courbure de même signe que la première surface 16 de réflexion (dans une variante, la courbure pourrait être de signe contraire). Cette deuxième surface 17 peut être recouverte ou non par un revêtement.
Comme le montre la figure 2, le miroir de puissance 13 du système optique de projection 1 1 comprend lui aussi une première surface 18 et une deuxième surface 19, qui sont ici toutes les deux courbes (/.e. non planes).
La première surface 18 du miroir de puissance 13 est une surface optique, c’est-à-dire une surface qui est optiquement active. Comme représenté sur la figure 1 , elle est tournée vers le miroir de repliement 12 pour intercepter le faisceau lumineux réfléchi 14 en provenance du miroir de repliement 12.
Cette première surface 18 est au moins partiellement réfléchissante. De préférence ici, lorsque l’élément optique 13 est un miroir de puissance (voir figure 1 ), la première surface 18 comprend un traitement optique particulier faisant que cette surface optique présente une réflectivité spectrale élevée, par exemple supérieure à 85%, mieux supérieure à 90%, par exemple égale à 92%.
Selon l’invention, et comme le montre bien la figure 2, la première surface 16 du miroir de repliement 12 et la deuxième surface 19 de l’élément optique 13 se superposent au moins partiellement.
En d’autres termes, on pourrait dire que la première surface 16 du miroir de repliement s et la deuxième surface 19 du miroir de puissance s sont sensiblement identiques, c’est-à-dire que leurs équations représentatives (le lieu des points appartenant à la surface géométrique) sont semblables ou quasi semblables, sur la portion de surface qu’elles ont en commun.
En pratique, les formes (/.e. les géométries) de la première surface 16 (surface de réflexion) du miroir de repliement s et de la première surface 18 (surface optique) de l’élément optique 13 peuvent être conçues et calculées par simulation optique en fonction : des différents paramètres optiques : taille (largeur et hauteur) et distance de projection de l’image virtuelle (distance œil-image), taille et position de l’unité de générations d’images, courbure du pare-brise, etc... ; et des contraintes mécaniques : encombrement maximal de l’afficheur 10, position et inclinaison du pare-brise 3, position moyenne de l’individu 4 dans l’habitacle, position de la boîte à œil (« eyebox » en anglais), etc.
De préférence, on utilise dans l’invention un miroir de repliement 12 et un
miroir de puissance 13 de type « freeform ». Ceci signifie que l’équation de surface des premières surfaces 16, 18 des deux miroirs 12, 13 n’est pas une simple sphère (miroirs sphériques) mais peuvent s’écrire très simplement sous la forme d’une surface polynomiale (asphérique) en % et y, éventuellement additionnée d’un terme « conique >>, de révolution ou non. Dans d’autres modes de réalisation, les équations de surface peuvent s’écrire au moyen de polynômes de Zernike ou bien de Tchebychev.
Dans d’autres modes de réalisation de l’invention, ce peut être la première surface du miroir de repliement et la première surface de l’élément optique qui se superposent au moins partiellement.
Dans d’autres modes de réalisation, la première surface du miroir de repliement et la première ou deuxième surface de l’élément optique (miroir de puissance) pourraient se superposer entièrement, i.e. sur toutes leurs surfaces.
Comme le montre la figure 2, dans le mode de réalisation représenté ici, le miroir de repliement 12 est plus petit que l’élément optique 13 du système optique de projection 1 1 . En variante, il pourrait bien sûr être plus grand ou de mêmes dimensions.
Sur la figure 3 on a représenté une vue de dessus de l’élément optique 13 et du miroir de repliement s (tirets sur la figure 3), montrant les dimensions respectives possibles de ces deux miroirs. Sur cette figure, on remarque que les deux miroirs 12, 13 ont ici chacun une forme rectangulaire, avec des longueurs L1 , L2 et des hauteurs H1 , H2 respectivement. Ces formes ne sont pas limitatives, et les miroirs pourraient être en variante circulaires, ou carrés, ou de forme polygonale ou bien elliptiques par exemple. De même, en variante encore, les formes respectives des deux miroirs pourraient être différentes l’une de l’autre, avec un miroir de repliement carré et un miroir de puissance rectangulaire par exemple.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 2 et 3, la première surface 16 du miroir de repliement 12 se superpose complètement avec une partie au moins de la deuxième surface 19 de l’élément optique 13 (voir tirets sur la figure 3).
On décrira plus loin et plus en détail en référence à la figure 3 le procédé de réalisation de l’afficheur 10 tête-haute de la figure 1 .
Sur la figure 4, on a représenté le véhicule 1 , équipé cette fois d’un afficheur 10 tête-haute selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel
l’afficheur 10 est un afficheur tête-haute « à combiner ».
Dans ce type d’afficheur 10 tête-haute, l’image virtuelle 6 n’est pas formée après réflexion sur le pare-brise 3 du véhicule 1 mais est projetée directement par le système optique de projection 1 1 (non référencé sur la figure 4), c’est-à-dire grâce au miroir de repliement 12 et à l’élément optique 13.
Ainsi, cet élément optique 13 est généralement appelé « combiner ». En effet, il permet de combiner (i.e. superposer) le paysage ou la scène lumineuse qui est habituellement vue par l’individu 4 regardant à travers le pare-brise 3 du véhicule 1 avec l’image virtuelle 6 projetée par l’afficheur 10.
L’individu 4 observe alors au travers de l’élément optique 13 et du pare- brise 3 du véhicule 1 , les images 6 qui sont formées dans la direction d’observation 5, à l’extérieur du véhicule 1 , ici au niveau du capot 2 du véhicule 1 .
Comme représenté sur les figures 4 et 5, le miroir de repliement 12 est ici identique et également formé d’un miroir convexe. Il comprend une lame présentant une première surface 16 et une deuxième surface 17, ces deux surfaces étant courbes. La première surface 16 est une surface optique de réflexion (voir figure 5) sur laquelle un revêtement optique est appliqué pour lui conférer des propriétés optiques de réflexion appropriées en fonction de l’application. Comme précédemment, le miroir de repliement s est orienté de manière à ce que la première surface 16 fasse plus ou moins face à l’unité de génération d’images 7 et à l’écran 8 pour réfléchir le faisceau lumineux source 9.
Le seul dispositif véritablement différent dans ce deuxième mode de réalisation de la figure 4 (par rapport à l’afficheur de la figure 1 ) est l’élément optique 13 qui, au lieu d’être optiquement équivalent à un miroir (cas du premier mode de réalisation, voir figures 1 et 2) est ici une lame partiellement réfléchissante et partiellement transparente.
Plus précisément, et comme le montre bien la figure 5, l’élément optique 13 est ici formé d’une lame courbée de faible épaisseur, typiquement comprise entre 1 et 10 millimètres, de préférence entre 2 et 5 millimètres, présentant une première surface 18 et une deuxième surface 19. La première surface 18 est donc une surface optique courbe tournée vers le miroir de repliement 12 pour intercepter le faisceau lumineux réfléchi 14 (voir figure 4).
De plus, la première surface 18 est la surface partiellement réfléchissante (voir tirets près de la première surface 18 sur la figure 5) de la lame 13. La première
surface 18 est par exemple recouverte d’un revêtement partiellement réfléchissant (voir tirets près de la première surface 18 sur la figure 5). Ce revêtement réfléchissant comprend ici une fine couche d’argent ou d’aluminium (typiquement quelques dizaines de nanomètres) déposée sur la première surface 18 (éventuellement au moyen d’une couche primaire) puis recouverte d’un revêtement (coating silicium ou titane) pour éviter son oxydation.
Avantageusement, la deuxième surface 19 est - quant à elle - recouverte d’un traitement anti-reflet (AR) destiné à réduire les réflexions parasites sur la face arrière de la lame 13 (ces réflexions parasites peuvent créer des images « fantômes » dans la scène lumineuse à projeter à l’individu 4).
Avantageusement toujours, le revêtement réfléchissant de la première surface 18 réfléchissante et le traitement AR de la deuxième surface 19 sont adaptés en fonction du contenu spectral du faisceau lumineux source 9 émis par l’écran 8 en direction du système optique de projection 1 1 .
En pratique, le revêtement partiellement réfléchissant de la première surface 18 de la lame 13 est tel que la réflectivité moyenne sur la gamme de longueurs d’onde du faisceau lumineux source 9 est comprise entre 40 et 60%, de préférence entre 45 et 55%, par exemple autour de 50%. Cette première surface 18 est donc également partiellement transparente.
De même, le traitement anti-réfléchissant de la deuxième surface 19 de la lame 13 est tel que la réflectivité moyenne sur la gamme de longueurs d’onde du faisceau lumineux source 9 est inférieure à 10%, de préférence inférieure à 5%, mieux inférieure à 2%, par exemple inférieur ou égal à 1 % dans la bande de longueurs d’onde de 380 à 780 nm.
Selon l’invention, et comme le montre la figure 5, la première surface 16 du miroir de repliement 12 et la deuxième surface 19 de la lame 13 se superposent au moins partiellement, et même totalement ici où le miroir de repliement 12 et l’élément optique 13 sont de même taille.
Par ailleurs ici, la deuxième surface 17 du miroir de repliement 12 et la première surface 18 de la lame 13 se superposent également sur toute leur étendue. En d’autres termes, si l’on fait abstraction des différentes traitements déposés sur les premières 16, 18 et sur les deuxièmes surfaces 17,19, on peut dire que le miroir de repliement s et l’élément optique 13 sont identiques et se superposent entièrement.
Dans d’autres modes de réalisation, le miroir de repliement et l’élément optique peuvent être de dimensions (largeur, hauteur et épaisseur) et de formes différentes pour satisfaire des contraintes optiques et/ou mécaniques particulières. Ainsi, le miroir de repliement peut être plus petit ou plus grand que l’élément optique, et la première surface du miroir de repliement peut se superposer complètement avec une partie au moins de la première ou deuxième surface de la lame.
L’invention concerne également un procédé de réalisation d’un afficheur tête-haute tels que ceux représentés sur les figures 1 et 4.
Ce procédé comporte tout d’abord deux étapes de fabrication.
Lors d’une étape a) de fabrication, on fabrique le miroir de repliement 12 tel que décrit plus haut (voir figures 2 et 5), c’est-à-dire avec une première surface 16 et une deuxième surface 17.
Lors d’une autre étape b) de fabrication, on fabrique l’élément optique 13 tel que décrit plus haut (voir figures 2 et 5), c’est-à-dire avec une première surface 18 et une deuxième surface 19.
Dans un mode préféré de réalisation, le miroir de repliement 12 et l’élément optique 13 sont fabriqués en matière plastique transparente, par exemple en polycarbonate, en poly-méthacrylate de méthyle (PMMA), en polyuréthane (PU) ou en copolymères de cyclo-oléfines (COC). Dans ce cas, ils peuvent être fabriqués à chaud grâce à un procédé de moulage par injection ou bien un procédé de moulage par injection de réaction (« Reactive Injection Molding » ou RIM en anglais).
Ce type de fabrication en matière plastique nécessite l’utilisation d’un moule d’injection présentant une cavité ayant deux surfaces internes dont les formes sont ajustées très précisément pour être complémentaire respectivement des premières et deuxièmes surfaces du miroir de repliement 12 et de l’élément optique 13 à fabriquer.
Selon l’invention, la première surface 16 du miroir de repliement 12 fabriqué à l’étape a) et la première 18 ou deuxième surface 19 de l’élément optique 13 fabriqué à l’étape b) se superposent au moins partiellement.
À cet effet, le moule d’injection pour la réalisation de l’afficheur 10 tête- haute selon ce procédé est adapté à recevoir des bordures pour la fabrication du miroir de repliement s ou la fabrication de l’élément optique 13, selon leurs dimensions respectives.
De préférence, le miroir de repliement 12 fabriqué à l’étape a) est plus petit que l’élément optique 13 fabriqué à l’étape b) ; et la première surface 16 du miroir de repliement s se superpose complètement avec une partie au moins de la première 18 ou deuxième surface 19 de l’élément optique 13.
Grâce aux bordures dans le moule d’injection, il est possible de n'injecter dans la cavité de formage que la partie utile (ou a minima la partie utile plus quelques marges pour ensuite faire les découpes voulues) pour consommer moins de matière plastique et donc réduire les coûts de fabrication.
Par exemple, si l’on considère le cas de la figure 3 dans lequel l’élément optique 13 (miroir de puissance) est plus grand que le miroir de repliement 12, alors on peut tout d’abord utiliser le moule d’injection pour fabriquer le miroir de puissance 13 qui est plus grand et ensuite insérer des bordures dans la cavité du moule pour fabriquer le miroir de repliement 12 qui est plus petit.
Dans un autre mode de réalisation, où les dimensions du miroir de repliement et de l’élément optique sont relativement proches, on peut imaginer réaliser deux pièces plastiques que l’on vient ensuite découper à façon aux dimensions respectives du miroir de repliement et de l’élément optique.
Le moulage par injection étant un procédé réalisé à température élevée, la forme des premières 16, 18 et des deuxièmes 17, 19 surfaces du miroir de repliement 12 et de l’élément optique 13 changent lorsqu’ils se refroidissent après démoulage pour atteindre la température ambiante (typiquement comprise entre 20° et 25°).
Ainsi, on peut prévoir que les surfaces internes de la cavité du moule d’injection soient légèrement différentes des premières et deuxièmes surfaces du miroir de repliement 12 et de l’élément optique pour tenir justement compte des variations de forme avec la température.
Après formage et découpe, la première surface 16 du miroir de repliement 12 et la première surface 18 de l’élément optique 13 respectivement sont traités de sorte qu’elles soient respectivement une surface de réflexion et une surface optique au moins partiellement réfléchissante.
Lors d’une étape c) du procédé de réalisation, le miroir de repliement 12 fabriqué à l’étape a) et l’élément optique 13 fabriqué à l’étape b) sont mis en place dans l’afficheur 10 tête-haute de la figure 1 ou de la figure 4.
Dans d’autres modes de réalisation, le miroir de repliement et l’élément
optique peuvent être en verre minéral, par exemple un verre à base de silice (verre « soda lime ») ou bien un verre borosilicate (verre N-BK7 de la société Schott par exemple). Dans ce cas, ils peuvent être fabriqué par formage à partir d’une lame plane de verre (comme peuvent l’être les deux feuillets du pare-brise) qui portée à haute température se ramollit et s’effondre sur un moule de forme ajustée.
Ce moule de formage peut être avantageusement conçu pour la fabrication du miroir de repliement et de l’élément optique. Un tel moule de formage comprend par exemple un « squelette >> dont une surface particulière a la même forme que la première ou deuxième surface du miroir de repliement ou de l’élément optique.
Comme pour le moule d’injection décrit plus haut, la surface particulière du squelette peut être adaptée de sorte que la surface réfléchissante du miroir de repliement ou la surface optique de l’élément optique présente la forme souhaitée après refroidissement à température ambiante. La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.
Claims
[Revendication 1] Afficheur (10) tête-haute destiné à afficher une image virtuelle (6) à un individu (4), ledit afficheur (10) tête-haute comportant : une unité de génération d’images (7) adaptée à émettre un faisceau lumineux source (9) ; et un système optique de projection (11 ) adapté à former, à partir dudit faisceau lumineux source (9), ladite image virtuelle (6) dans un champ de vision dudit individu (4), ledit système optique de projection (11 ) comprenant : un miroir de repliement (12) ayant une première surface (16) et une deuxième surface (17), ladite première surface (16) étant une surface de réflexion courbe faisant face à ladite unité de génération d’images (7) pour réfléchir ledit faisceau lumineux source (9) ; et un élément optique (13) ayant une première surface (18) et une deuxième surface (19), ladite première surface (18) étant une surface optique courbe, au moins partiellement réfléchissante, et tournée vers ledit miroir de repliement (12) pour intercepter ledit faisceau lumineux réfléchi, caractérisé en ce que ladite première surface (16) du miroir de repliement (12) et ladite première (18) ou deuxième surface (19) de l’élément optique (13) se superposent au moins partiellement.
[Revendication 2] Afficheur (10) tête-haute selon la revendication 1 , dans lequel ledit élément optique (13) est plus grand que ledit miroir de repliement (12).
[Revendication s] Afficheur (10) tête-haute selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite première surface (16) du miroir de repliement (12) se superpose complètement avec une partie au moins de ladite première (18) ou deuxième surface (19) de l’élément optique (13).
[Revendication 4] Miroir de repliement (12) dans un afficheur (10) tête-haute destiné à afficher une image virtuelle (6) à un individu (4), ledit afficheur (10) tête- haute comportant : une unité de génération d’images (7) adaptée à émettre un faisceau lumineux source (9) ; et
un système optique de projection (11 ) adapté à former, à partir dudit faisceau lumineux source (9), ladite image virtuelle (6) dans un champ de vision dudit individu (4), ledit système optique de projection (11 ) comprenant : ledit miroir de repliement (12) ayant une première surface (16) et une deuxième surface (17), ladite première surface (16) étant une surface de réflexion courbe faisant face à ladite unité de génération d’images (7) pour réfléchir ledit faisceau lumineux source (9) ; et un élément optique (13) ayant une première surface (18) et une deuxième surface (19), ladite première surface (18) étant une surface optique courbe, au moins partiellement réfléchissante, et tournée vers ledit miroir de repliement (12) pour intercepter ledit faisceau lumineux réfléchi, caractérisé en ce que ladite première surface (16) du miroir de repliement (12) et ladite première (18) ou deuxième surface (19) de l’élément optique (13) se superposent au moins partiellement.
[Revendication 5] Miroir de repliement (12) selon la revendication 4, ledit miroir de repliement (12) étant plus petit que ledit élément optique (13) du système optique de projection (11 ).
[Revendication s] Miroir de repliement (12) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel ladite première surface (16) du miroir de repliement (12) se superpose complètement avec une partie au moins de ladite première (18) ou deuxième surface (19) de l’élément optique (13).
[Revendication 7] Procédé de réalisation d’un afficheur (10) tête-haute destiné à afficher une image virtuelle (6) à un individu (4), ledit procédé de fabrication comportant : a) une étape de fabrication d’un miroir de repliement (12) ayant une première surface (16) et une deuxième surface (17), ladite première surface (16) étant une surface de réflexion courbe ; b) une étape de fabrication d’un élément optique (13) ayant une première surface (18) et une deuxième surface (19), ladite première surface (18) étant une surface optique courbe, au moins partiellement réfléchissante ; et c) une étape de mise en place dudit miroir de repliement (12) fabriqué à
18 l’étape a) et dudit élément optique (13) fabriqué à l’étape b) dans ledit afficheur (10) tête-haute comportant : une unité de génération d’images (7) adaptée à émettre un faisceau lumineux source (9) ; et un système optique de projection (1 1 ) adapté à former, à partir dudit faisceau lumineux source (9), ladite image virtuelle (6) dans un champ de vision dudit individu (4), ledit système optique de projection (1 1 ) comprenant : ledit miroir de repliement (12), ladite première surface (16) faisant face à ladite unité de génération d’images (7) pour réfléchir ledit faisceau lumineux source (9) ; et ledit élément optique (13), ladite première surface (18) étant tournée vers ledit miroir de repliement (12) pour intercepter ledit faisceau lumineux réfléchi, caractérisé en ce que ladite première surface (16) du miroir de repliement (12) fabriqué à l’étape a) et ladite première (18) ou deuxième surface (19) de l’élément optique (13) fabriqué à l’étape b) se superposent au moins partiellement.
[Revendication 8] Procédé selon la revendication 7, selon lequel : ledit miroir de repliement (12) fabriqué à l’étape a) est plus petit que ledit élément optique (13) fabriqué à l’étape b) ; et ladite première surface (16) du miroir de repliement (12) se superpose complètement avec une partie au moins de ladite première (18) ou deuxième surface (19) de l’élément optique (13).
[Revendication 9] Moule pour la réalisation d’un afficheur (10) tête-haute selon le procédé de la revendication 7 caractérisé en ce qu’il est adapté à recevoir des bordures pour la fabrication dudit miroir de repliement (12) à l’étape a) ou la fabrication dudit élément optique (13) à l’étape b).
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