FR3009095A1 - Dispositif d'affichage a vision a tete haute reglable - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'affichage tête haute (20) comportant une source lumineuse (23) destinée à générer un faisceau lumineux porteur d'une information à afficher, un réflecteur (24) partiellement transparent réfléchissant le faisceau lumineux provenant de la source lumineuse (23) vers un utilisateur (26), de sorte que celui perçoive l'information sous la forme d'une image virtuelle (25), le dispositif comportant un miroir de sortie (21) disposé de sorte à réfléchir le faisceau lumineux provenant de la source lumineuse (23) vers le réflecteur (24) suivant un axe optique de projection (A1), ledit dispositif (20) étant caractérisé en ce que la source lumineuse (23) et le miroir de sortie (21) et sont montées sur un châssis (29), ledit châssis (29) étant mobile, par rapport audit réflecteur (24).

Description

DISPOSITIF D'AFFICHAGE A VISION A TETE HAUTE REG LABLE L'invention concerne les dispositifs d'affichage et, en particulier, les afficheurs tête haute.

Dans le cadre de l'amélioration de la sécurité routière, les constructeurs d'automobiles utilisent depuis quelques années des dispositifs d'affichage conçus selon le principe de la vision à tête haute utilisée depuis déjà un certain temps dans l'aviation. Les dispositifs d'affichage à vision à tête haute ou (ATH pour Afficheur Tête Haute ou HUD pour Head Up Display) permettent de projeter une information dans le champ de vision du conducteur devant le véhicule automobile afin que le conducteur du véhicule automobile puisse lire cette information sans quitter des yeux l'espace devant le véhicule automobile. En même temps, l'information peut être lue sans modification de l'accommodation des yeux du conducteur du véhicule. La figure 1 présente un afficheur tête haute 10 selon l'état de la technique. Cet afficheur comprend une source lumineuse 13 et un élément optique transparent généralement appelé réflecteur 14 (ou combiner en anglais). Le réflecteur 14 reflète la lumière provenant de la source lumineuse 13 vers un premier utilisateur 16 de sorte que celui-ci perçoivent une image virtuelle 15. L'afficheur tête haute 10 comprend également un miroir de sortie 11 et éventuellement un (ou plusieurs) miroir de repliements 12 permettant de compacter le système en repliant le chemin optique. Lorsqu'un deuxième utilisateur 16', plus grand que le premier utilisateur 16, veut utiliser le système, on tourne le miroir 11 pour orienter le faisceau optique vers le deuxième utilisateur 16'. Cette rotation a pour conséquence de faire descendre l'image virtuelle 15' dans le champ de vision du conducteur (l'angle que forme la droite 15'-16' par rapport à l'horizontale est plus grand que l'angle formé par la droite 15 -16).

Ce système d'ajustement de l'image est intéressant car il permet d'avoir un système compact et ne génère pas trop de distorsion optique. Cependant, il détériore la prestation pour les utilisateurs les plus grands pour lesquels l'image virtuelle 15 est très basse. Ce qui induit un risque de gêne visuelle notamment par la planche de bord et/ou les balais d'essuie vitre. Ce phénomène est particulièrement problématique lorsque le dispositif d'affichage à vision à tête haute est utilisé pour de la réalité augmentée directe. En effet, la réalité augmentée direct nécessite de faire coïncider les angles de vue de l'image virtuelle 15 avec un objet réel 18. Avec ce système d'ajustement, on ne peut pas parfaitement aligner l'image 15 et l'objet 18 pour des utilisateurs de taille sensiblement différente. La figure 4a illustre le point de vue d'un conducteur de véhicule sur une route. Des rectangles en pointillés montrent les limites de l'image virtuelle visible par les différents conducteurs. Un premier rectangle 41 représente les limites de l'image virtuelle visible pour un conducteur de taille moyenne. Un deuxième rectangle 42 représente les limites de l'image virtuelle visible pour un conducteur de grande taille. Un troisième rectangle 43 représente les limites de l'image virtuelle visible pour un conducteur de petite taille. Comme expliqué précédemment, l'image virtuelle est située plus bas pour les utilisateurs de grande taille (et au contraire plus haut pour les utilisateurs de petite taille). On peut constater que pour les utilisateurs les plus grands, la partie inférieure de l'image virtuelle est affichée non pas sur la route mais sur la planche de bord du véhicule. Certaines fonctions de réalité augmentée ne sont alors pas réalisables sur cette VTH pour les utilisateurs les plus grands (par exemple si l'on souhaite souligner un véhicule détecté par le radar de la fonction de régulation de vitesse adaptative ou adaptative cruise control).

L'invention a donc pour but de remédier notamment aux inconvénients précités en proposant un dispositif d'affichage adapté à la réalité augmenté et convenant à des personnes de différentes tailles. Elle propose plus précisément à cet effet un dispositif d'affichage tête haute comportant une source lumineuse destinée à générer un faisceau lumineux porteur d'une information à afficher, un réflecteur partiellement transparent réfléchissant le faisceau lumineux provenant de la source lumineuse vers un utilisateur, de sorte que celui perçoive l'information sous la forme d'une image virtuelle, le dispositif comportant un miroir de sortie disposé de sorte à réfléchir le faisceau lumineux provenant de la source lumineuse vers le réflecteur suivant un axe optique de projection, ledit dispositif étant caractérisé en ce que la source lumineuse et le miroir de sortie et sont montées sur un châssis, ledit châssis étant mobile, par rapport audit réflecteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le châssis est mobile en rotation par rapport audit réflecteur. Avantageusement, la rotation est centrée autour d'un axe de rotation, l'axe de rotation étant orthogonal à l'axe optique de projection et comportant une intersection avec l'axe optique de projection. Avantageusement, la distance entre, d'une part, le point de rotation et, d'autre part, le point de réflexion de l'axe optique de projection sur le réflecteur est égale à la distance entre l'image virtuelle et le point de réflexion l'axe optique de projection sur le réflecteur.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le châssis est mobile en translation par rapport audit réflecteur. Avantageusement, le châssis étant monté mobile sur un boitier comportant une paroi inférieure, la translation est réalisée le long d'un axe sensiblement parallèle à la paroi inférieure du boitier.

Avantageusement, le dispositif d'affichage tête haute selon l'invention comporte en outre un miroir de repliement monté sur le châssis et disposé de sorte à réfléchir le faisceau lumineux provenant de la source lumineuse vers le miroir de sortie. Avantageusement, le réflecteur est un parebrise de véhicule.

Avantageusement, le boitier comporte des rails sur ces faces latérales, les rails coopérant avec des axes solidarisés au châssis et engagés dans les rails de sorte que le châssis est apte à coulisser le long d'une trajectoire décrite par les rails. L'invention concerne aussi un véhicule comportant un dispositif d'affichage tête haute selon l'invention.

L'invention met en oeuvre un réglage consistant à modifier non seulement la position du miroir de sortie mais aussi la position de la source lumineuse. Ce réglage permet de conserver l'alignement de l'image virtuelle avec des objets réels, dans le champ visuel d'un utilisateur quelle que soit sa taille. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1, déjà présentée, illustre un afficheur tête haute selon l'état de la technique ; - la figure 2 illustre un premier schéma de principe du dispositif d'affichage selon l'invention ; - la figure 3 illustre un deuxième schéma de principe du dispositif d'affichage selon l'invention.

Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention concerne un dispositif d'affichage tête haute pour véhicule. En référence à la figure 2, le dispositif d'affichage tête haute 20 comporte une source lumineuse 23 destinée à générer un faisceau lumineux porteur d'une information à afficher. Selon une caractéristique de l'invention la source lumineuse comporte un projecteur. Le projecteur est par exemple un projecteur laser (aussi appelé Laser-Beam-Scaning ou LBS), un projecteur de type matrice de micro miroirs 25 ou un ecran TFT Le dispositif comporte aussi un réflecteur 24 partiellement transparent réfléchissant le faisceau lumineux Al provenant de la source lumineuse 23 modifiée par les miroirs 21 et 22 vers un utilisateur 26 suivant un axe optique de vision A2, dirigé vers le champ de vision de l'utilisateur 26, de sorte que 30 celui perçoive l'information sous la forme d'une image virtuelle 25. De façon préférentielle, le parebrise du véhicule est utilisé comme réflecteur 24. Il s'agit du mode de réalisation le plus avantageux pour une application de type réalité augmentée pour laquelle on souhaite que l'image virtuelle soit superposée à des objets situé dans le champ de vision de l'utilisateur. De façon alternative, le réflecteur 24 est une lame transparente disposée entre l'utilisateur et le parebrise du véhicule. Le dispositif d'affichage 20 comporte aussi un miroir de sortie 21, disposé de sorte à réfléchir le faisceau lumineux provenant de la source lumineuse 23 vers le réflecteur 24 suivant un axe optique de projection A1. Avantageusement, le miroir de sortie 21 est agencé pour augmenter la taille l'image virtuelle 25. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le dispositif d'affichage 20 comporte en outre un miroir de repliement 22 disposé de sorte à réfléchir le faisceau lumineux provenant de la source lumineuse 23 vers le miroir de sortie 21.

La source lumineuse 23 et le miroir de sortie 21 (et le miroir de repliement 22, le cas échéant) sont montées sur un châssis 29, ledit châssis étant mobile, par rapport réflecteur 24. Pour réaliser ce système on dispose les éléments du système optique (autrement dit le miroir de sortie 21, le miroir de repliement 22 et la source lumineuse 23) sur le châssis 29 qui est mobile par rapport à un boitier fixé à la caisse du véhicule. Le châssis 29 est une structure rigide sur laquelle sont disposés les différents éléments du système optique 21, 22, 23, les rendant ainsi solidaires les uns par rapport aux autres.

Selon un premier mode de réalisation, le mouvement du châssis 29 par rapport au boitier est une rotation autour d'un axe de rotation. L'axe de rotation est orthogonal à l'axe optique de projection Al et à l'axe optique de vision A2. De plus, cet axe de rotation comporte une intersection 27 avec l'axe optique de projection A1. On nommera cette intersection 27 point de rotation. L'angle de rotation du châssis 29 nécessaire pour aligner les axes optiques A2 et A2' aux différentes positions des yeux des utilisateurs va dépendre de la position du centre de rotation. La rotation du châssis entre une première 29 et une deuxième 29' position provoque une rotation de l'image virtuelle entre une première 25 et une deuxième position 25'. La deuxième position 25' de l'image virtuelle est ainsi adaptée à un utilisateur 26 'plus grand. Dans sa deuxième position 29,' le châssis est incliné par rapport à la première position 29 de sorte que l'angle entre l'axe optique de projection A-C et l'axe de vision A2' dans la deuxième position est supérieur à l'angle entre l'axe optique de projection Al et l'axe de vision A2 dans la première position.

Selon un mode réalisation avantageux, la distance entre, d'une part, le point de rotation 27 et, d'autre part, le point de réflexion de l'axe optique de projection Al sur le réflecteur 24 est égale à la distance entre l'image virtuelle 25 et le point de réflexion l'axe optique de projection Al sur le réflecteur 24. De la sorte, une rotation du châssis 29 provoque une rotation l'image virtuelle 25 autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation et passant par le centre de l'image virtuelle 25. L'angle de rotation de l'image virtuelle 25 est égal à l'angle de rotation du châssis 29. Ainsi, l'angle de rotation de l'image virtuelle 25 est compris entre -0,1 degrés et 0,1 degrés.

La longueur L (longueur mesurée selon un axe parallèle à l'axe longitudinal au véhicule) d'un boitier selon l'art connu, tel que celui représenté sur la figure 1 est de l'ordre de 250 millimètres. La longueur L d'un boitier selon le premier mode de réalisation de l'invention est de l'ordre de 285 millimètres. Le boitier 28 selon l'invention est plus long que le boitier selon l'art connu car il doit être d'un volume suffisant pour accueillir la rotation du châssis 29. Selon un autre mode réalisation, la distance entre, d'une part, le point de rotation 27 et, d'autre part, le point de réflexion l'axe optique de projection Al sur le réflecteur 24 est supérieure à la distance entre l'image virtuelle 25 et le point de réflexion l'axe optique de projection Al sur le réflecteur 24. Dans ce cas une rotation du châssis 29 provoque une rotation l'image virtuelle 25 autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation qui ne passe par le centre de l'image virtuelle 25.

Selon un deuxième mode de réalisation, le mouvement du châssis 29 par rapport au boitier est une translation. Selon une variante de réalisation de l'invention, la translation suit un axe orthogonal à l'axe optique A2. Cette variante de réalisation permet d'obtenir une image virtuelle identique en position relativement à la position des yeux de l'utilisateur quelle que soit sa taille. En effet, l'image virtuelle est translatée, selon un axe orthogonal à l'axe optique A2, d'une première position 25 vers une deuxième position 25' plus élevée. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, la translation suit un axe parallèle à la paroi inférieure du boitier 28. Cette variante de réalisation à pour inconvénient de provoquer un léger décalage entre l'image virtuelle perçue par le plus petit utilisateur et celle perçue par le plus grand utilisateur. Cependant, cette variante a pour avantage d'être plus compact. La hauteur du boitier étant alors moins élevée. Cette caractéristique est particulièrement importante pour une intégration du dispositif dans un véhicule de type automobile. Selon une autre caractéristique de l'invention, la longueur de la translation du châssis 29 est de l'ordre de 80 mm. La translation du châssis permet d'obtenir une image virtuelle identique en position relativement à la position des yeux de l'utilisateur quelle que soit sa taille. La longueur d'un boitier selon le premier mode de réalisation de l'invention est de l'ordre de 316 millimètres. Le boitier selon l'invention est plus long que le boitier selon l'art connu car il est doit être d'un volume suffisant pour accueillir la translation du châssis. La figure 4b illustre le point de vue d'un conducteur de véhicule équipé de la première variante du dispositif d'affichage selon l'invention. Des rectangles en pointillés montrent les limites de l'image virtuelle visible par le conducteur. Un premier rectangle 41 représente les limites de l'image virtuelle visible pour un conducteur de taille moyenne. Un deuxième rectangle 42' représente les limites de l'image virtuelle visible pour un conducteur de grande taille. Un troisième rectangle 43' représente les limites de l'image virtuelle visible pour un conducteur de petite taille. Comme expliqué précédemment, l'image virtuelle pour les utilisateurs de grande taille est une rotation de l'image virtuelle visible par les utilisateurs de taille moyenne (et au contraire plus haut pour les utilisateurs de petite taille). Ainsi, les trois images virtuelles 41, 42', 43' sont quasiment confondues. Selon un mode réalisation de l'invention, le boitier comporte des rails sur ces faces latérales, les rails coopérant avec des axes solidarisés au châssis 29 et engagés dans les rails de sorte que le châssis 29 est apte à coulisser le long d'une trajectoire décrite par les rails.

Dans le premier mode de réalisation, les rails sont recourbés. Dans le deuxième mode de réalisation les rails sont rectilignes.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'affichage tête haute (20, 30) comportant une source lumineuse (23) destinée à générer un faisceau lumineux porteur d'une information à afficher, un réflecteur (24) partiellement transparent réfléchissant le faisceau lumineux provenant de la source lumineuse (23) vers un utilisateur (26), de sorte que celui perçoive l'information sous la forme d'une image virtuelle (25), le dispositif comportant un miroir de sortie (21) disposé de sorte à réfléchir le faisceau lumineux provenant de la source lumineuse (23) vers le réflecteur (24) suivant un axe optique de projection (Ai), ledit dispositif (20, 30) étant caractérisé en ce que la source lumineuse (23) et le miroir de sortie (21) et sont montées sur un châssis (29), ledit châssis (29) étant mobile, par rapport audit réflecteur (24).
2. 2. Dispositif d'affichage tête haute (20) selon la revendication 1, dans lequel le châssis (29) est mobile en rotation par rapport audit réflecteur (24).
3. 3. Dispositif d'affichage tête haute (20) selon la revendication 2, dans lequel la rotation est centrée autour d'un axe de rotation, l'axe de rotation étant orthogonal à l'axe optique de projection (Ai) et comportant une intersection (27) avec l'axe optique de projection (A1).
4. 4. Dispositif d'affichage tête haute (20) selon la revendication 3, dans lequel la distance entre, d'une part, le point de rotation (27) et, d'autre part, le point de réflexion de l'axe optique de projection (A1) sur le réflecteur (24) est égale à la distance entre l'image virtuelle (25) et le point de réflexion l'axe optique de projection (A1) sur le réflecteur (24).
5. 5. Dispositif d'affichage tête haute (30) selon la revendication 1, dans lequel le châssis (29) est mobile en translation par rapport audit réflecteur (24).
6. 6. Dispositif d'affichage tête haute (30) selon la revendication 5, dans lequel, le châssis (28) étant monté mobile sur un boitier (28) comportant une paroi inférieure, la translation est réalisée le long d'un axe sensiblement parallèle à la paroi inférieure du boitier (28).
7. 7. Dispositif d'affichage tête haute (20, 30) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un miroir de repliement (22) monté sur le châssis (29) et disposé de sorte à réfléchir le faisceau lumineux provenant de la source lumineuse (23) vers le miroir de sortie (21).
8. 8. Dispositif d'affichage tête haute (20, 30) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le réflecteur (24) est un parebrise de véhicule.
9. 9. Dispositif d'affichage tête haute (20, 30) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le boitier comporte des rails sur ces faces latérales, les rails coopérant avec des axes solidarisés au châssis (29) et engagés dans les rails de sorte que le châssis (29) est apte à coulisser le long d'une trajectoire décrite par les rails.
10. 10. Véhicule comportant un dispositif d'affichage tête haute (20, 30) selon l'une des revendications précédentes.