FR3039902B1 - Module generateur d'images pour un affichage tete haute - Google Patents

Abstract

Module générateur d'images (100) pour un affichage tête haute (600) comprenant : - une unité d'affichage (106) ayant une première zone d'affichage (102) et une seconde zone d'affichage (104) au-delà de la première zone d'affichage (102), - au moins un module de source lumineuse (108) pour rétro-éclairer la première zone d'affichage (102) avec un premier champ de lumière (110) et la seconde zone d'affichage (104) avec un second champ de lumière (112), et - un diviseur de faisceau (118) situé sur le côté de l'unité d'affichage (106), opposé à au moins un module de source lumineuse (108) déviant le premier champ de lumière (110) et laissant passer le second champ de lumière (112).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un module générateur d’images pour un affichage tête haute ainsi qu’un tel affichage et un procédé pour générer des demi-images stéréoscopiques à l’aide d’un module générateur d’images.

Etat de la technique

Le document WO 2003102666 Al décrit un dispositif d’affichage qui génère des images virtuelles à l’aide d’un projecteur et d’une surface au moins partiellement réfléchissante. Le projecteur a une installation optique assurant une déviation auto-stéréoscopique du faisceau. Le dispositif d’affichage convient de préférence comme dispositif d’affichage utilisé dans les véhicules et donnant au conducteur l’image virtuelle par miroir qui se situe au-delà du véhicule devant le pare-brise.

Exposé et avantages de l’invention L’invention a pour objet un module générateur d’images pour un affichage tête haute ayant une unité d’affichage ayant une première zone d’affichage et une seconde zone d’affichage au-delà de la première zone d’affichage, au moins un module de source lumineuse pour rétro-éclairer la première zone d’affichage avec un premier champ de lumière et la seconde zone d’affichage avec un second champ de lumière, et un diviseur de faisceau situé sur le côté de l’unité d’affichage, opposé à au moins un module de source lumineuse, ce diviseur de faisceau déviant le premier champ de lumière et laissant passer le second champ de lumière.

Un module générateur d’images est un module générant des images auto-stéréoscopiques, c’est-à-dire perçues comme des images tridimensionnelles. Le module générateur d’images comporte un projecteur pour afficher des images virtuelles. Une unité d’affichage peut être un afficheur et en particulier un affichage à cristaux liquides (en abrégé affichage LCD). L’unité d’affichage est divisée en deux zones d’affichage. Une zone d’affichage est un segment d’une surface active de l’unité d’affichage qui sert à l’affichage d’un contenu d’images par rétroéclairage de la zone d’affichage avec un faisceau lumineux. En particulier les zones d’affichage peuvent être pratiquement de mêmes dimen sions et de même format tel qu’un format rectangulaire. Les zones d’affichage peuvent être adjacentes ou écartées l’une de l’autre. Le premier chemin de lumière et le second chemin de lumière peuvent représenter chacun une demi-image de l’image auto-stéréoscopique. Un module de source lumineuse est un élément photoémetteur tel qu’une photodiode, une diode laser, une photodiode organique ou un montage de plusieurs tels éléments photoémetteurs. Un diviseur de faisceau est un élément optique pour diviser le champ de lumière en deux champs de lumière partiels tel qu’un champ de lumière par réflexion et un champ de lumière par transmission. Par exemple, le diviseur de faisceau est un diviseur polarisant ou un prisme. Le diviseur de faisceau peut être installé sensiblement à la hauteur entre la première et la seconde zones d’affichage de l’unité d’affichage. En particulier, il peut être prévu sur le côté de l’unité d’affichage, à l’opposé de celui de la source lumineuse. Le diviseur de faisceau peut également être réalisé ou installé pour émettre ou rayonner la partie non déviée du premier champ de lumière partant du même côté du diviseur de faisceau. Le diviseur de faisceau peut également être adjacent ou en contact avec l’unité d’affichage, de la première zone d’affichage et/ou de la seconde zone d’affichage. Par exemple, le diviseur de faisceaux peut être installé à une hauteur comprise entre celle de la première et celle de la seconde zone d’affichage, en particulier sur le côté non tourné vers la source lumineuse.

La solution proposée repose sur l’utilisation d’une unité d’affichage en combinaison avec un diviseur de faisceau qui permet de générer des demi-images pour un dispositif d’affichage tête haute, autostéréoscopique. En utilisant uniquement une unité d’affichage telle qu’un afficheur à cristaux liquides pour générer une paire de demi-images pour le mode auto-stéréoscopique, on réduit pratiquement de moitié toute fabrication d’un générateur d’images pour un affichage tête haute. Cela se traduit non seulement par une réduction du coût du générateur d’images, mais également par la suppression de circuits électroniques supplémentaires qui serviraient à la commande d’une unité d’affichage supplémentaire et aussi à la réduction de l’encombrement, car les deux surfaces partielles de l’unité d’affichage et qui respective ment génèrent une demi-image, de la paire de demi-images, permet une construction très compacte. En outre, on réduit des tolérances de montage car il suffit d’une unité d’affichage. A titre d’exemple, on peut utiliser un unique affichage à cristaux liquides comme unité d’affichage pour générer simultanément dans le temps le contenu d’images distinctes pour réaliser une représentation stéréoscopique. Pour cela, l’affichage à cristaux liquides est subdivisé en deux zones partielles et chacune des zones partielles génère le contenu de l’image pour un œil respectif. Les deux images partielles peuvent ainsi être superposées à l’aide d’un diviseur de faisceau approprié. L’affichage tête haute peut comporter une optique spéciale d’imagerie adaptée à un tel dispositif de générateur d’images. L’utilisation de seulement un affichage à cristaux liquides avec un rétro-éclairage approprié permet une réalisation compacte et économique.

Selon un développement, dans la première zone d’affichage il y a une première couche de polarisation pour polariser le premier champ de lumière dans la première direction de polarisation et/ou une seconde couche de polarisation dans la seconde zone d’affichage pour polariser le second champ de lumière dans une seconde direction de polarisation différente de la première direction de polarisation et notamment la première direction de polarisation et la seconde direction de polarisation sont pratiquement perpendiculaires l’une à l’autre.

La première et la seconde couches de polarisation représentent une couche permettant de polariser, par polarisation linéaire ou circulaire, le champ de lumière arrivant sur la première ou la seconde zone d’affichage. Les directions de polarisation prédéterminées des deux couches de polarisation sont, par exemple, perpendiculaires l’une à l’autre. Une telle orientation des deux directions de polarisation se réalisent de manière simple et avec un coût relativement réduit grâce à l’utilisation de couches de polarisation appropriées.

Un diviseur de faisceau ne dépendant pas de la polarisation ne nécessite, par exemple, qu’une direction de polarisation différente pour les deux champs de lumière.

Suivant le mode de réalisation, le module générateur d’images réalise des polarisations croisées ou du moins qui diffèrent l’une de l’autre.

Suivant une autre caractéristique avantageuse, le diviseur de faisceau est un diviseur de faisceau de polarisation et/ou à prisme. Grâce à cette forme de réalisation, les deux faisceaux lumineux sont réfléchis ou transmis avec une efficacité importante. En outre, cela permet de réduire les images doubles.

Selon un autre développement, le plan principal d’extension de diviseur de faisceau est essentiellement perpendiculaire au plan d’extension principal de la première zone d’affichage et/ou de la seconde zone d’affichage. A titre d’exemple, le diviseur de faisceau est en forme de plaque, fixée au milieu de l’unité d’affichage pour avoir ainsi une disposition en forme de T. Le diviseur de faisceau sert ainsi de cloison optique entre la première et la seconde zone d’affichage. Un tel montage est particulièrement peu encombrant et se réalise simplement et de façon économique.

Le module générateur d’images peut en outre avoir une installation optique dans le chemin du premier champ de lumière et/ou du second champ de lumière entre la source lumineuse et l’unité d’affichage pour dévier et/ou focaliser le premier champ de lumière et/ou le second champ de lumière. En particulier, l’installation optique dévie le premier champ de lumière dans une première direction associée au premier œil de l’observateur d’affichage tête haute et le second chemin de lumière dans une seconde direction associée au second œil de l’observateur. A titre d’exemple, l’installation optique dévie les deux faisceaux lumineux dans un chemin vers une boîte occulaire c'est-à-dire une zone dans laquelle se trouve les yeux de l’observateur. Cette forme de réalisation permet aux deux champs de lumière d’être formés en fonction des données d’espace et d’imagerie. La séparation des deux champs de lumière en des boîtes occulaires distinctes permet de réaliser la fonction stéréoscopique et ainsi améliorer significativement la qualité de reproduction du module générateur d’images.

Suivant une autre caractéristique avantageuse, l’installation optique comporte au moins un réseau de microlentilles. En plus ou en variante, l’installation optique peut avoir, selon la forme de réalisation, au moins une lentille, un miroir ou un diviseur de faisceau à polarisation. Un réseau de microlentilles est une disposition d’un ensemble de lentilles de formes miniaturisée telles que des lentilles cylindriques. Cette forme de réalisation permet aux deux champs de lumière, même si on utilise seulement une source lumineuse, d’envoyer de façon simple et économique, des éléments préparatoires dans différentes directions de rayonnement.

La lentille est avantageusement réalisée comme une lentille de Fresnel. Une lentille de Fresnel est une lentille étagée, subdivisée dans des zones annulaires. Cela permet de dévier efficacement les rayons lumineux sur l’unité d’affichage.

Selon un autre développement, le module générateur d’images a une première lentille installée dans le chemin du premier champ de lumière pour dévier ce premier champ de lumière, une seconde lentille installée dans le chemin du second champ de lumière pour dévier le second champ de lumière, un premier réseau de microlentilles pour focaliser le champ de lumière dévié par la première lentille et/ou de la seconde lentille dans une première direction de focalisation et un second réseau de microlentilles pour focaliser le champ de lumière dévié par la première lentille et/ou la seconde lentille dans une seconde direction de focalisation. Ainsi, cette forme de réalisation permet de régler chaque fois de façon séparée l’angle d’ouverture du cône de rayonnement des deux champs de lumière.

En option, le module générateur d’images et, en plus ou en variante, la source lumineuse sont mobiles autour d’un axe. Cela permet d’asservir les rayons lumineux en fonction de la position de la tête et du mouvement des yeux de l’observateur.

Le module de source lumineuse peut en outre comporter une source lumineuse. Le module de source lumineuse est réalisé autour de la première zone d’affichage avec un premier faisceau lumineux pour le rétroéclairage. De façon correspondante, la source lumineuse est réalisée pour rétroéclairer la seconde zone d’affichage avec le second faisceau lumineux. En particulier, le module de source lumineuse est installé pour que le premier champ de lumière soit émis dans la direc tion associée au premier œil de l’observateur et que la source lumineuse soit installée pour orienter le second champ de lumière soit orienté dans la seconde direction associée à celle du second œil de l’observateur. Cette forme de réalisation permet de rétroéclairer les deux zones d’affichage indépendamment l’une de l’autre.

La solution décrite ci-dessus se développe en plus d’un affichage tête haute avec un module de générateur d’images selon l’un des modes de réalisation précédents. L’affichage tête haute est un système d’assistance pour projeter les informations dans le champ de vision du conducteur d’un véhicule. En particulier, l’affichage tête haute permet d’afficher des images virtuelles en trois dimensions. - L’invention développe également un procédé pour générer des demi-images stéréoscopiques à l’aide d’un module générateur d’images selon les développements décrits ci-dessus, ce procédé selon lequel on commande 1310 l’unité d’affichage 106 et/ou le module de source lumineuse 108, 404 pour générer par rétro-éclairage de la première zone d’affichage 102 avec un premier champ de lumière 110, une première demi-image stéréoscopique et par le rétroéclairage de la seconde zone d’affichage 104 générer une seconde demi-image stéréoscopique avec le second champ de lumière 112

Ce procédé peut être implémenté, par exemple sous la forme d’un programme ou d’un circuit dédié ou encore un mélange de programme et de circuit, par exemple implémentés dans un appareil de commande. L’invention a également pour objet un appareil de commande pour exécuter les étapes du procédé avec des installations appropriées pour les appliquer, les commander et les développer. Cette variante de l’invention sous la forme d’un appareil de commande permet également de répondre rapidement et efficacement au problème posé.

Un appareil de commande selon l’invention est un appareil électrique qui traite des signaux de capteur et en fonction de ceux-ci il émet des signaux de commande et/ou des signaux de données. L’appareil de commande comporte une interface réalisée sous la forme de circuit et/ou de programme. La réalisation sous la forme de circuit permet d’utiliser des interfaces, par exemple telles que des systèmes dédiés ASIC qui contiennent les différentes fonctions de l’appareil de commande. Mais il est également possible que les interfaces propres, intégrées dans les circuits de commande sont au moins réalisés partiellement sous la forme de composants discrets. Dans le cadre d’une réalisation par programme, les interfaces peuvent être des modules de programme qui se trouvent, par exemple, dans le microcontrôleur à côté d’autres modules de programme. L’invention a également pour objet un produit-programme d’ordinateur avec un code-programme enregistré sur un support de mémoire lisible par une machine telle qu’une mémoire semi-conductrice, un disque dur ou une mémoire optique et qui commande la transposition ou la commande des étapes du procédé tel que décrit ci-dessus, en particulier lorsque le produit-programme est exécuté par un ordinateur ou un calculateur.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l’aide d’exemples d’unités de générateur d’images pour un affichage tête haute, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un module générateur d’images, la figure 2 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un module générateur d’images avec une installation optique, la figure 3 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un module générateur d’images avec une installation optique, la figure 4 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un module générateur d’images avec une installation optique, la figure 5 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un module générateur d’images avec une installation optique, la figure 6 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un affichage tête haute, la figure 7 est un diagramme représentant la puissance lumineuse derrière une unité d’affichage correspondant à un exemple de réalisation, la figure 8 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un affichage tête haute, la figure 9 est un schéma d’un autre exemple de réalisation d’un affichage tête haute, la figure 10 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un module générateur d’images avec une installation optique, la figure 11 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un affichage tête haute avec un module générateur d’images tournant, la figure 12 est un schéma d’un module de générateur d’images avec une installation optique selon un exemple de réalisation et, la figure 13 est un ordinogramme très simplifié d’un exemple de réalisation du procédé.

Description de modes de réalisation

La figure 1 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un module générateur d’images 100. Le module générateur d’images 100 comporte une unité d’affichage 106 divisée en une première plage d’affichage 102 et une seconde plage d’affichage 104, telle qu’un affichage LCD. A la figure 1, la seconde plage d’affichage 104 se trouve par exemple sous la première page d’affichage 102. Un module de source lumineuse (ici sous la forme d’une source lumineuse 108) assure le rétroéclairage de la première zone d’affichage 102 avec un premier champ de lumière 110 et la seconde plage d’affichage 104 avec un second champ de lumière 112. Les deux champs de lumière 110, 112 sortent respectivement dans une autre direction de polarisation du côté de l’unité d’affichage 106 à l’opposé de la source de lumière 108.

Pour obtenir cet effet, la première zone d’affichage 102 a une première couche de polarisation 114 et la seconde zone d’affichage 104 a une seconde couche de polarisation 116 ; la première couche de polarisation 114 polarise le premier champ de lumière 110 dans une première direction de polarisation et la seconde couche de polarisation 116 polarise le second champ de lumière 112 dans une seconde direction de polarisation. Selon cet exemple de réalisation, les deux couches de polarisation 114, 116 ont des directions de polarisation perpendiculaires.

Le module générateur d’images 100 comporte en outre un diviseur de faisceau 118 ; dans le présent exemple, il s’agit d’un diviseur de faisceau en forme de plaque, polarisée qui réfléchit le premier champ de lumière 110 sortant de la plage d’affichage 102 vers le côté du diviseur de faisceau 118 à l’opposé de la seconde plage d’affichage 104. A la figure 1, le premier champ de lumière 110 a, par exemple, un premier angle d’incidence et un premier angle de sortie de 45° par rapport au diviseur de faisceau 118. Le premier diviseur de faisceau 118 laisse passer le second champ de lumière 112 sortant de la seconde zone d’affichage 104 vers le côté du diviseur de faisceau 118 à l’opposé de la seconde zone d’affichage 104; l’angle de sortie du second champ de lumière 112 est également, par exemple, à 45° par rapport au diviseur de faisceau 118. A la figure 1, les deux champs de lumière 110, 112 sont dirigés par le diviseur de faisceau 118 dans leur direction respective pour former la boîte oculaire respective.

Selon l’exemple de réalisation de la figure 1, le diviseur de faisceau 118 est fixé à l’emplacement de l’unité d’affichage 106 là où les deux zones d’affichage 102, 104 sont adjacentes. A la figure 1, cet emplacement correspond par exemple au milieu de l’unité d’affichage 106. Ici, le diviseur de faisceau 118 a un angle de 90° par rapport à l’unité d’affichage 106 ce qui se traduit par une forme en T pour le dispositif.

Un appareil de commande 120 fournit un signal de commande 122 pour commander les deux champs de lumière 110, 112 ainsi que l’unité d’affichage 106 et envoyer le signal de commande à la source de lumière 108 et à l’unité d’affichage 106. La source de lumière 108 appliquant le signal de commande 122 émet les deux champs de lumière 110, 112. Le champ de lumière 110, 112 assure le rétroéclairage des deux zones d’affichage 102, 104 commandé par le signal de commande 122 ; ce signal de rétroéclairage assure le rétroéclairage avec le champ lumineux respectif chaque fois dans une plage d’affichage avec une demi-image de l’image stéréoscopique. Selon un exemple de réalisation, l’appareil de commande 120 est conçu pour commander la source de lumière 108 pour être asservie sur au moins un axe mobile et au moins une régulation d’intensité ; la fonction essentielle de l’appareil de commande 120 dans la commande de l’unité d’affichage 106 consiste à générer les deux demi-images.

Selon un exemple de réalisation, les deux moitiés de l’unité d’affichage 106 fonctionnent comme des zones d’affichage 102, 104, tel qu’un affichage à cristaux liquides avec deux couches de polarisation 114, 116 ont une polarisation perpendiculaire. Le diviseur de faisceau 118 sous la forme d’un diviseur de faisceau de polarisation combine les deux zones d’affichage 102, 104 de façon que l’image virtuelle générée par la seconde zone d’affichage 102 se situe sur le côté du diviseur de faisceau 118 tourné vers la première zone d’affichage 104. Les deux zones d’affichage 102, 104 sont éclairées séparément par la source lumineuse 108.

Un tel rétroéclairage séparé pour les deux zones d’affichage 102, 104 on génère des informations d’images distinctes pour les deux yeux de l’observateur de l’affichage tête haute comportant le module générateur d’image 100 et les combine par le diviseur de faisceau 118. La première couche de polarisation 114 par exemple transmet une lumière à polarisation linéaire suivant un angle de 45° alors que la seconde couche de polarisation 116 émet une lumière à polarisation linéaire dans un angle de -45° ; le diviseur de faisceau 118 est perpendiculaire à la surface d’affichage de l’unité d’affichage 110.

La figure 2 montre schématiquement un module générateur d’images 100 comportant une installation optique de 200 selon un exemple de réalisation. Le module générateur d’images 100 est par exemple le module générateur d’images décrit ci-dessus à l’aide de la figure 1. Selon cet exemple de réalisation, l’installation optique 200 comporte un premier miroir 202, un second miroir 204 ainsi qu’un diviseur de faisceau 206 dépendant de la polarisation ; ce diviseur de faisceau est situé ici entre le premier miroir 202 et l’unité d’affichage 106. Les deux miroirs 202, 204 peuvent être perpendiculaires. Toutefois, selon un mode de réalisation, on peut également envisager d’autres configurations.

Le diviseur de faisceau 206 dépendant de la polarisation permet de diviser la lumière émise par une source lumineuse non représentée en un premier champ de lumière 110 et un second champ de lumière 112. Le premier champ de lumière 110 arrive directement sur la première zone d’affichage 102. Le second champ de lumière 112 est réfléchi par les deux miroirs 202, 204 sur la seconde zone d’affichage 104. Selon cet exemple de réalisation, les deux miroirs 202, 204 sont disposés pour dévier globalement de 180° le second champ de lumière 112. Les deux zones d’affichage 102, 104 seront ainsi éclairées par des faisceaux lumineux à polarisation perpendiculaire. L’installation optique 200 (qui peut également être appelée installation de rétroéclairage), sépare ainsi la lumière émise par la source lumineuse à l’aide d’un diviseur de faisceau polarisé 206 en deux faisceaux polarisés, perpendiculaires l’un à l’autre. Au passage de l’unité d’affichage 106, les deux faisceaux lumineux 110, 112 sont de nouveau combinés par le diviseur de faisceau 118. L’avantage de l’utilisation d’un diviseur de faisceau dépendant de la polarisation comme diviseur de faisceau 118 est que la lumière arrivant du module d’affichage 106, est complètement transmise ou complètement réfléchie dans la mesure où le diviseur de faisceau 118 est positionné de manière appropriée et que les deux zones d’affichage 102, 104 sont munies de polarisateurs correspondant pour que les directions de polarisation des deux images partielles se croisent réciproquement.

En général, un pare-brise de véhicule a une forte direction préférentielle pour la réflexion car les rayons lumineux arrivent près de l’angle de Brewster. Pour avoir des réflexions d’intensité aussi égales que possible pour les deux images partielles, le système décrit est conçu pour des polarisations de + 45° et -45° sur le pare-brise de sorte que la perte de lumière se produit sur le pare-brise et non dans le module générateur d’images 100. Cela signifie qu’il y aura moins de lumière diffractée dans le module générateur d’images, ce qui améliore les propriétés de contraste.

Si l’on utilise un diviseur de faisceau qui ne dépend pas de la polarisation, on peut également concevoir le système pour minimiser les pertes de lumière dans le pare-brise. Les deux zones d’affichage 102, 104 peuvent, dans ce cas, avoir des couches de polarisations égales.

Un diviseur de faisceau pour combiner les deux images partielles pourrait générer des images doubles à cause de la réflexion multiple dans le diviseur de faisceau. On pourrait, par exemple réduire cette image double en utilisant un diviseur de faisceau approprié avec un côté arrière en forme de miroir. En variante, il est possible d’utiliser un diviseur de faisceau particulièrement mince de sorte que l’image double se situe à proximité de l’image proprement dite. Si le décalage entre les deux images correspond par exemple à moins d’un pixel sur l’unité d’affichage 106, l’image double ne sera plus perçue comme une image indépendante. Un tel diviseur de faisceau s’obtient, par exemple en vaporisant des films minces avec des couches métalliques particulièrement minces, telles qu’une couche d’aluminium d’une épaisseur de 4 nm ou encore avec des couches diélectriques.

Un diviseur de faisceau dépendant de la polarisation permet également de réduire la double image, par exemple, car l’utilisation de la technique câble-grille, permet une efficacité de réflexion et de transmission particulièrement élevée.

Les champs de vision générés par le rétroéclairage spécial pour l’œil gauche et l’œil droit sont asservis sur les mouvements de la tête du conducteur. Pour déterminer la position des yeux du conducteur on utilise un système de poursuite de la tête utilisant une ou plusieurs caméras.

On peut transmettre des données de position des yeux à l’unité génératrice d’images 100 qui pourra, en fonction de la position des yeux, tourner complètement et adapter le champ de vision à la position de tête, appropriée du conducteur. L’angle de rotation pourras asservir mécaniquement le module générateur d’images 100 est par exemple d’environ 6°. En variante, on peut également asservir la source lumineuse qui se trouve derrière l’unité d’affichage 104 pour modifier l’angle du cône de rayonnement de l’unité d’affichage 102.

La figure 3 est un schéma d’un module générateur d’images 100 équipé d’une installation optique 200 selon un exemple de réalisation. A la différence de la figure 2, l’installation optique 200 de la figure 3 a une lentille 300 sous la forme d’une lentille de Fresnel et un réseau de microlentilles 302 installé entre la lentille 300 et l’unité d’affichage 106. L’unité d’affichage 106 a un rétro-éclairage possible pour former des cônes de rayonnement définis ayant une largeur déterminée et des directions déterminées sur l’unité d’affichage 106. Les cônes de rayonnement sont générés par exemple à partir des surfaces de diffraction qui rayonnent dans un angle d’espace étroit. En variante, à la surface de diffraction on peut également réaliser un tel concept de rétroéclairage avec un réseau de microlentilles 302 installé derrière l’unité d’affichage 106. La lentille de Fresnel 300 dévie la lumière émise par la source lumineuse 108 pour déterminer les directions des faisceaux centraux du cône de rayonnement. Le réseau de microlentilles 302 en aval de la lentille 300 focalise la lumière dans le plan de l’unité d’affichage 106. Suivant la taille de l’ouverture et la longueur focale des microlentilles, on aura ainsi un cône de rayonnement de largeur définie qui travers l’unité d’affichage 106.

Selon le mode de réalisation, les deux moitiés de l’unité d’affichage 1036 auront leur rétroéclairage propre qui génère pour l’unité d’affichage 106 la caractéristique de rayonnement nécessaire pour le mode de fonctionnement stéréo de l’affichage autostéréoscopique.

La figure 4 est le schéma d’un module générateur d’images 100 ayant une installation optique 200 selon un exemple de réalisation. Contrairement au module générateur d’images de la figure 3, le module générateur d’images 100 de la figure 4 a une première lentille 400 installée dans la première zone d’affichage 102 de l’unité d’affichage 106 et une seconde lentille 402 installée dans la seconde zone d’affichage 104 sur l’unité d’affichage 106. La première lentille 400 dévie le premier champ de lumière 110 vers la première zone d’affichage 102 et la seconde lentille 402 dévie le second champ de lumière 112 sur la seconde zone d’affichage 104. L’unité d’affichage 106 et les deux lentilles 400, 402 forment par exemple en combinaison avec le réseau de microlentilles 302, une combinaison de position dans laquelle le réseau de microlentilles 302 représente la position de focalisation des deux faisceaux lumineux 110, 112 entre l’unité d’affichage 106 et les deux lentilles 400, 402.

Une autre différence par rapport à la figure 3 est que le module générateur d’images 100 comporte en plus de la source lumineuse 108 une autre source lumineuse 404 pour émettre le second champ de lumière 112. Les deux sources lumineuses 108, 404 sont orientées dans des directions différentes. Plus précisément, la source lumineuse 108 dirige le premier champ de lumière 110 dans le chemin du faisceau vers l’œil droit de l’observateur (cette direction est identifiée par la lettre R). La seconde source lumineuse 404 est orientée pour diriger le second champ de lumière 112 dans la direction de rayonnement allant vers l’œil gauche de l’observateur (cette direction est caractérisée par la lettre L). Cela se fait chaque fois à l’aide d’une première lentille complémentaire 4036 installée dans le chemin du premier faisceau lumineux 110 entre la première lentille 400 et la source lumineuse 108 et une seconde lentille complémentaire 408 installée dans le chemin de lumière du second chemin de rayon 112 entre la seconde lentille 402 et l’autre source lumineuse 404.

La figure 4 montre le principe de la superposition des deux images partielles, c’est-à-dire de la répartition des deux images partielles en une image partielle gauche L et une image partielle droite R. Les deux images partielles L, R sont émises dans des directions légèrement différentes, la différence correspondant sensiblement à 5-10°.Ainsi, les deux champs de lumière 110, 112 arrivent dans les deux champs de vision pour l’œil gauche et l’œil droit. Les directions de rayonnement différentes sont obtenues par un positionnement approprié des éléments de rétroéclairage sous la forme des deux sources de lumière 108, 404 constituées par exemple par des diodes LED. Selon la forme de réalisation, on peut séparer les deux images partielles L, R pour que les deux images partielles L, R soient décalées verticalement et horizontalement en fonction de l’optique en aval.

La figure 5 est une représentation schématique d’un module générateur d’images 100 avec une installation optique 200 selon un exemple de réalisation. Le module générateur d’images 100 correspond pour l’essentiel à celui du module générateur d’images décrit à l’aide de la figure 4 à la différence que le diviseur de faisceau 118 selon la figure 5 est réalisé par un prisme. Le diviseur de faisceau 118 sous la forme d’un prisme comme cela est représenté par des hachures à la figure 5, permet de superposer les deux surfaces d’affichage 102, 104 pour éviter efficacement de développer des images doubles. Un tel prisme diviseur de faisceau sous la forme d’une pièce en verre peut, par exemple être couplé optiquement à un module LCD comme unité d’affichage 106. Les surfaces du verre d’où les deux champs de lumière 110, 112 sortent chaque fois du diviseur de faisceau 118 peuvent être adaptées à la direction de rayonnement respective.

La figure 6 montre schématiquement un affichage tête haute 600 selon un exemple de réalisation. Cet affichage tête haute 600 présenté à la fois en vue de côté et aussi en vue en perspective, comporte par exemple un module générateur d’images 100 comme celui décrit ci-dessus à l’aide des figures 1 à 5 ainsi qu’une optique d’image composée de deux miroirs d’affichage 602 qui dirigent les faisceaux lumineux émis par le module générateur d’images 100 comme intermédiaire du pare-brise 604 dans le champ de vision 606 du conducteur. Dans la vue en perspective, les deux images partielles apparaissent pour l’œil gauche et l’œil droit du conducteur ; la partie supérieure de l’unité d’affichage 106 correspond à l’œil gauche et la partie inférieure de l’unité d’affichage 106 correspond à l’œil droit. L’affichage tête haute 600 est par exemple un affichage tête haute auto-stéréoscopique avec un affichage LCD comme unité d’affichage 106. Le diviseur de faisceau 118 combine la lumière des deux parties de l’unité d’affichage 106.

Selon un exemple de réalisation, les rayons lumineux après la combinaison dans le diviseur de faisceaux 118 sont guidés, selon le mode de réalisation, de l’optique d’imagerie par un ou plusieurs miroirs avant d’arriver finalement sur le pare-brise 604 pour l’observateur. Dans le système de la figure 6, l’unité d’affichage 106 est par exemple inclinée à 145° par rapport à l’axe optique d’une diode LED de rétroéclairage. L’éclairage traversant en biais l’unité d’affichage 106 conduit à une réduction de la densité lumineuse émise par l’affichage en direction de l’axe optique.

La figure 7 montre un diagramme représentant la puissance lumineuse derrière l’unité d’affichage selon un exemple de réalisation. Le diagramme représenté à la figure 7 concerne, par exemple, l’unité d’affichage décrite ci-dessus à l’aide de la figure 6. La figure 7 montre la mesure de la puissance lumineuse transmise de l’unité d’affichage sous la forme d’un afficheur LCD comportant un rétroéclairage collimaté LED, en fonction du basculement de l’unité d’affichage par rapport à l’axe optique du rétroéclairage. La puissance lumineuse normée est ainsi représentée comme fonction de l’angle de basculement et un détecteur approprié est en ligne avec l’axe optique du rétroéclairage LED. Les ordonnées représentent la puissance optique en pourcentage alors que les abscisses représentent l’inclinaison en degrés. Un basculement de 45 pourcent réduit la puissance lumineuse en direction de l’axe optique à un niveau d’environ 70 pourcent. On peut compenser cela par un fort rétro-éclairage. Comme dans un affichage tête haute auto-stéréoscopique, les champs de vision sont relativement petits pour l’œil gauche et l’œil droit, du fait du concept, le cas échéant on aura besoin d’un flux lumineux moindre par comparaison avec les affichages tête haute, classiques.

La figure 8 est un schéma d’un affichage tête haute 600 selon la figure 6 correspondant à un exemple de réalisation. A la différence de la figure 6, l’optique d’imagerie de l’affichage tête haute 600 de la figure 8 utilise trois miroirs d’affichage 602 et non deux. La figure montre la vue latérale (vue à gauche) ainsi qu’une vue à échelle agrandie (vue de droite) de l’affichage tête haute 600. L’angle nécessaire au faisceau principal d’un cône de rayonnement au centre d’une moitié de diode LCD de l’unité d’affichage 136 dans cet exemple de réalisation est de 25° par rapport à la direction normale à la surface de l’unité d’affichage 106. Globalement, les rayons lumineux de chaque position à l’intérieur de l’ensemble de la plage de vision correspondent par exemple à 140 mm fois 50 mm et pour toutes les positions de l’unité d’affichage 106 cela correspond à un angle inférieur à un angle inférieur à 47° pour le rayonnement. Cela signifie que l’angle le plus fort possible pour le rétroéclairage est de 47°. Les angles de rayonnement plus petits par comparaison à la figure 6 permettent d’augmenter le contraste ainsi que l’efficacité du système d’affichage. Le cône de rayonnement au point d’affichage central demande par exemple un angle d’ouverture de 2° dans la direction horizontale jusqu’à 3° dans la direction verticale.

La figure 9 montre schématiquement l’affichage tête haute 600 selon un exemple de réalisation. A la différence de l’affichage tête haute décrit ci-dessus à l’aide des figures 6 et 8, les deux zones d’affichage 102, 104 de l’unité d’affichage 106 de la figure 9 sont rétroé-clairées séparément chaque fois par une photodiode propre, sous la forme de la source lumineuse 108 et de l’autre source lumineuse 404.

En outre, les microlentilles supplémentaires et les lentilles sont des éléments formateurs de faisceaux situés directement derrière l’unité d’affichage 106 comme cela est décrit de manière détaillée ci-après à l’aide de la figure 10. Le diviseur de faisceau 118 superpose les deux images partielles émises par les zones d’affichage 102, 104 pour que l’image virtuelle de la première zone d’affichage 102 se situe à l’emplacement de la seconde zone d’affichage 104. Les zones d’affichage 102, ainsi superposées donnent une image grâce à l’optique d’affichage tête haute à miroir comportant plusieurs miroirs HUD 602 et le pare-brise 604. La lumière des deux images partielles est affichée pour les yeux dans la boîte occulaire globale 606. Dans la boîte occulaire globale 606, les rayons lumineux de chaque image partielle forment deux petites boîtes occulaires dans lesquelles on a l’œil respectif du conducteur. Les deux éléments d’affichage 102, 104 donnent une image virtuelle avec l’optique d’affichage tête haute et le pare-brise 604.

Les données relatives à la distance de l’écran virtuel, du champ de vision et de la taille de la boîte occulaire globale permettent de calculer l’invariante de Lagrange-Helmholtz du système et de déterminer ainsi la largeur prévisible du cône d’émission sur l’unité d’affichage 106. On obtient un demi-angle d’ouverture de cône d’émission de 9° dans la direction horizontale et de 2,9° dans la direction verticale. L’angle maximum que l’on rencontre sur l’affichage d’un rayon lumineux par rapport à la normale se calcule en utilisant le demi-angle d’ouverture du cône d’émission avec basculement de l’affichage par rapport à l’axe optique. L’angle maximum vertical est ainsi égal à 32,9° dans la direction verticale et à 9° dans la direction horizontale selon l’invariant de Lagrange-Helmholtz. L’angle vertical maximum que l’on a après la après la simulation optique est, par exemple égal à 36,9°. L’angle maximum d’un faisceau lumineux par rapport à la normal à la surface est par exemple de 41,6° selon la simulation. L’angle d’incidence du faisceau lumineux par rapport à la normale de la surface a une composante horizontale et une composante verticale.

La figure 10 est un schéma d’un module générateur d’images 100 avec un exemple de réalisation de l’installation optique 200. Le module générateur d’images 100 est par exemple le module générateur d’images décrit à l’aide de la figure 9 représenté à échelle agrandie. Les éléments optiques formant les faisceaux sont les deux lentilles 400, 402 directement derrière le module d’affichage 106. La lumière venant des deux sources lumineuses 108, 404 traversant respectivement l’une des deux lentilles 400, 402 est déviée pour que les directions de rayonnement correctes des faisceaux centraux des cônes d’émission soient formées par l’unité d’affichage 106. Pour cela, les deux sources lumineuses 108, 404 sont positionnées de manière appropriée par rapport aux deux lentilles 400, 402. Pour former les cônes d’émission de l’unité d’affichage 106, selon cet exemple de réalisation, la lumière est focalisée par un réseau de microlentilles 302 composé de deux réseaux partiels 1000, 1002. Les réseaux partiels 1000, 1002 sont, par exemple, réalisés sous la forme de réseau de lentilles cylindriques de sorte que le premier réseau partiel 1000 agit seulement dans la direction horizontale et le second réseau partiel 1002 agit seulement dans la direction verticale. Les rayons de courbure des différentes microlentilles séparent l’angle d’ouverture des cônes d’émission sur l’unité d’affichage 106 d’une manière réglable. Après avoir formé la caractéristique de rayonnement des deux zones d’affichage 102, 104, on superpose les deux images partielles à l’aide du diviseur de faisceau 118.

La figure 11 est une représentation schématique d’un affichage tête haute 600 avec un module générateur d’images 100, tournant, selon à un exemple de réalisation. L’affichage tête haute 600 comporte par exemple le module générateur d’images 100 décrit à l’aide de la figure 10. L’axe de rotation autour duquel tourne le module gêné- rateur d’images 100 est indiqué par un trait mixte. Si par exemple, l’ensemble du module générateur d’images 100 tourne autour de l’axe de rotation, la boîte occulaire de chaque œil se déplace dans la boîte occulaire globale 606. Ainsi, les rayons lumineux incidents dans la boîte occulaire globale 606 peuvent être asservis selon les mouvements de la tête du conducteur.

En variante ou en plus, les deux sources lumineuses 108, 404 tournent autour de l’axe de rotation. Par exemple, les deux sources lumineuses 108, 404 tournent sans que l’ensemble du module générateur d’images 100 accompagne le mouvement. On peut également envisager que des éléments formateurs de faisceaux derrière l’unité d’affichage 106 participent en partie au mouvement de rotation.

La figure 12 est une représentation schématique d’un module générateur d’images 100 ayant une installation optique 200 selon un exemple de réalisation. Le module générateur d’images 100 correspond par exemple à la combinaison des exemples de réalisation décrits ci-dessus à l’aide des figures 2, 4 et 10 selon lesquelles les deux zones d’affichage 102, 104 sont rétroéclairées en commun par la source lumineuse 108.

Dans ce cas, les deux zones d’affichage 102, 104 sont, par exemple, munies de couches de polarisation dont les polarisations sont perpendiculaires l’une à l’autre. Le diviseur de faisceau de polarisation 118 de l’unité d’affichage 106 combine alors les plages d’affichage 102, 104 qui sont éclairées par une lumière polarisée à 90° l’une par rapport à l’autre. L’installation optique 200 sépare la lumière, tout d’abord par des diviseurs de faisceau de polarisation 206 en deux polarisations perpendiculaires. Après traversée de l’unité d’affichage 106, la lumière est de nouveau combinée par le diviseur de faisceau 118. L’image virtuelle de la seconde plage d’affichage 104 se trouve alors dans la première zone d’affichage 102.

Selon l’exemple de réalisation de la figure 12, les deux zones d’affichage 102, 104 utilisent la lumière d’une et même source de lumière 108. La lumière est alors divisée tout d’abord par le diviseur de faisceau 206 en fonction de la polarisation dans deux directions de polarisation perpendiculaires ; la lumière de la première direction de pola risation assure le rétroéclairage de la première zone d’affichage 102. La lumière déviée par le diviseur de faisceau 206 qui est polarisée dans la direction perpendiculaire est déviée vers la seconde zone d’affichage 104 par les deux optiques à miroir 202, 204 situées l’une derrière l’autre. Les couches de polarisation transmettent chacune la lumière polarisée, perpendiculaire si bien que la lumière polarisée sort également dans la direction perpendiculaire des deux zones d’affichage 102, 104. La polarisation perpendiculaire permet de combiner efficacement la lumière des deux diviseurs de faisceau 118 dépendant de la polarisation. Selon un autre exemple de réalisation, on peut utiliser les diviseurs 50-50 ou des diviseurs de faisceau avec un rapport de division différent comme diviseur de faisceau 118.

La figure 13 montre, de façon très simplifiée, l’ordinogramme d’un procédé 1300 pour générer des demi-images optiques à l’aide d’un module générateur d’images selon un exemple de réalisation. Le procédé 1300 est, par exemple, exécuté à l’aide du module générateur d’images décrit en relation avec les figures 1 à 13. Le procédé comprend une étape 1310 dans laquelle l’unité d’affichage ou une ou plusieurs sources lumineuses du module générateur d’images sont commandées pour que par rétro-éclairage de la première zone d’affichage avec un premier champ de lumière, on génère une première demi-image stéréoscopique et par rétroéclairage de la seconde zone d’affichage avec un second champ de lumière on génère une seconde semi-image stéréoscopique.

La source de lumière telle qu’une diode LED sert essentiellement pour le rétro-éclairage. Le contenu de l’image n’est appliqué que par l’unité d’affichage. La source lumineuse est commandée pour son atténuation et son asservissement. Pour la commande les contenus d’images en fonction de l’unité d’affichage sont importants.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 100 Module générateur d’images 102 Première zone d’affichage 104 Seconde zone d’affichage 106 Unité d’affichage 108 Source lumineuse 110 Premier champ de lumière 112 Second champ de lumière 114 Première couche de polarisation 116 Seconde couche de polarisation 118 Diviseur de faisceau 120 Appareil de commande 122 Signal de commande 200 Installation optique 202 Premier miroir 204 Second miroir 206 Diviseur de faisceau 300 Lentille / lentille de Fresnel 302 Réseau de microlentilles 400 Première lentille 402 Seconde lentille 404 Autre source lumineuse 600 Affichage tête haute

602 Miroir d’affichage / miroir HUD 604 Pare-brise 606 boîte occulaire globale 1000-1002 Réseaux partiels 1300 Procédé pour générer des demi-images optiques

Claims (14)

1. REVEND I CATION S 1°) Module générateur d’images (100) pour un affichage tête haute (600) comprenant : une unité d’affichage (106) ayant une première zone d’affichage (102) et une seconde zone d’affichage (104) située à l’extérieur de la première zone d’affichage (102), au moins un module de source lumineuse (108, 404) pour rétro-éclairer la première zone d’affichage (102) avec un premier champ de lumière (110) et la seconde zone d’affichage (104) avec un second champ de lumière (112), et un diviseur de faisceau (118) situé sur le côté de l’unité d’affichage (106), opposé au module de source lumineuse (108, 404), ce diviseur de faisceau (118) déviant le premier champ de lumière (110) et laissant passer le second champ de lumière (112), caractérisé en ce que le plan d’extension principale du diviseur de faisceau (118) est essentiellement perpendiculaire au plan d’extension principale de la première zone d’affichage (102) et/ou de 1a. seconde zone d’affichage (104).
2. 2°) Module générateur d’images (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la première zone d’affichage (102) il y a une première couche de polarisation (114) pour polariser le premier champ de lumière (110) dans la première direction de polarisation et/ou une seconde couche de polarisation (116) dans la seconde zone d’affichage (104) pour polariser le second champ de lumière (112) dans une seconde direction de polarisation différente de la première direction de polarisation et notamment la première direction de polarisation et la seconde direction de polarisation sont pratiquement perpendiculaires l’une à l’autre.
3. 3°) Module générateur d’images (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diviseur de faisceau (118) est réalisé sous la forme d’un diviseur de faisceau à polarisation et/ou d’un prisme.
4. 4°) Module générateur d’images (100) selon l’une des revendications 1 â 3, caractérisé par une installation optique (200) placée dans le chemin du faisceau du premier champ de lumière (110) et/ou du second champ de lumière (112) entre la source lumineuse (108) et l’unité d’affichage (106), pour dévier et/ou focaliser le premier champ de lumière (110) et/ou le second champ de lumière (112) et en particulier l’installation optique (200)dévie le premier champ de lumière (110) dans une première direction associée au premier œil d’un observateur de l’affichage tête haute (600) et le second champ de lumière (112) dans une seconde direction associé au second œil d’observateur.
5. 5°) Module générateur d’images (100) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’installation optique (200) comporte au moins un réseau de microlentilles (302, 1000, 1002) et/ou une lentille (300, 400, 402, 406, 408) et/ou un miroir (202, 204) et/ou un diviseur de faisceau à polarisation (206).
6. 6°) Module générateur d’images (100) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la lentille (300) est une lentille de Fresnel.
7. 7°) Module générateur d’images (100) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’ il comporte une première lentille (400) installée dans le chemin du premier champ de lumière (110) pour dévier ce premier champ de lumière (110), une seconde lentille (402) installée dans le chemin du faisceau du second champ de lumière (112) pour dévier le second champ de lumière (112), un premier réseau de micro lentilles (1000) pour focaliser le champ de lumière dévié par la première lentille (400) dans une première direction de focalisation et un second réseau de microlentilles (1002) pour focaliser le champ de lumière dévié par la seconde lentille (402) dans la seconde direction de focalisation.
8. 8°) Module générateur d’images (100) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le module de générateur d’images (100) et/ou le module de source lumineuse (108, 404) sont mobiles autour d’au moins un axe.
9. 9°) Module générateur d’images (100) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le module de source lumineuse (108, 404) comporte au moins une source lumineuse (404), le module de source lumineuse (108) réalise le rétroéclairage de la première zone d’affichage (102) avec le premier champ de lumière (110) et la source lumineuse (404) réalise le rétroéclairage de la seconde zone d’affichage (104) avec le second champ de lumière (112) et en particulier le module de source lumineuse (108) dirige le premier champ de lumière (110) dans une première direction associée au premier œil d’observateur et la source lumineuse (404) émet le second champ de lumière (112) dans la seconde direction associée au second œil de l’observateur.
10. 10°) Affichage tête haute (600) ayant un module générateur d’images (100) selon l’une des revendications 1 à 9.
11. 11°) Procédé (1300) pour générer une demi-image stéréoscopique à l’aide d’un module générateur d’images (100) selon l’une des revendications 1 à 9, procédé selon lequel : - on commande (1310) l’unité d’affichage (106) et/ou le module de source lumineuse (108, 404) pour générer par rétro-éclairage de la première zone d’affichage (102) avec un premier champ de lumière (110), une première demi-image stéréoscopique et par le rétroéclairage de la seconde zone d’affichage (104) une se conde demi-image stéréoscopique avec le second champ de lumière (112).
12. 12°) Appareil de commande (120) pour exécuter le procédé (1300) selon la revendication 11.
13. 13°) Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé (1300) selon la revendication 11 lorsque ce programme est exécuté sur un ordinateur.
14. 14°) Support de mémoire lisible par une machine et contenant le programme d’ordinateur selon la revendication 13.