FR3068488B1 - Unite de generation d'image et afficheur tete haute comprenant une telle unite de generation d'image - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une unité de génération d'image 10 comprenant : - au moins une source (11A, 11B, 11C) émettant un faisceau lumineux (F, F', F") destiné à former une image, - une cellule à cristaux liquides (14) disposée sur le trajet du faisceau lumineux, et - un élément polarisant (15), disposé sur le trajet du faisceau lumineux en aval de ladite cellule, la cellule à cristaux liquides étant configurée pour modifier une orientation d'une polarisation du faisceau lumineux par rapport à l'élément polarisant, de manière à faire varier la puissance optique du faisceau lumineux en aval dudit élément. Selon l'invention, la cellule à cristaux liquides est inclinée par rapport audit faisceau lumineux. L'invention concerne aussi un afficheur tête-haute (1) qui comporte une telle unité de génération d'image.

Description

Unité de génération d'image et afficheur tête haute comprenant une telle unité de génération d'image

Domaine technique auquel se rapporte l'invention

La présente invention concerne une unité de génération d’image.

Elle concerne plus particulièrement une unité de génération d’image comprenant : - au moins une source émettant un faisceau lumineux destiné à former une image, - une cellule à cristaux liquides disposée sur le trajet du faisceau lumineux, et - un élément polarisant, disposé sur le trajet du faisceau lumineux en aval de ladite cellule, la cellule à cristaux liquides étant configurée pour modifier une orientation d’une polarisation du faisceau lumineux par rapport à l’élément polarisant. L’invention concerne aussi un afficheur tête haute muni d’une telle unité de génération d’image.

Elle s’applique de manière particulièrement intéressante dans un véhicule tel qu’un véhicule automobile.

Arriere-plan technologique

Pour le conducteur d’un véhicule automobile, il est particulièrement confortable de pouvoir visualiser des informations supplémentaires, relatives au fonctionnement du véhicule, à l’état du trafic, ou autres, sans avoir pour cela à détourner son regard de la route faisant face au véhicule.

Il est connu dans ce but d’équiper un véhicule automobile avec un dispositif d’affichage dit tête haute. Un tel dispositif utilise une réflexion partielle sur un élément situé devant le conducteur, par exemple le parebrise du véhicule, pour projeter une image comportant les informations à afficher, de manière à ce que cette image se superpose visuellement à l’environnement faisant face au véhicule.

Pour que les informations ainsi affichées soient suffisamment lumineuses pour être correctement visualisées, sans pour autant risquer d’éblouir le conducteur, il est nécessaire d’adapter la luminosité de l’image projetée à la luminosité de l’environnement extérieur du véhicule, qui varie fortement entre une conduite de jour et une conduite de nuit ou dans un tunnel.

Il est alors connu du document FR 2 993 675 une unité de génération d’image telle que décrite en introduction, dans laquelle la source et l’élément polarisant sont réalisés respectivement au moyen d’une diode laser et d’un film polarisant. Cette unité de génération d’image permet de faire varier la puissance optique du faisceau lumineux, en aval de l’élément polarisant, entre une puissance maximale (pour la conduite de jour), et une puissance minimale (pour la conduite de nuit). Un rapport d’extinction, égal à la puissance maximale divisée par la puissance minimale, atteint, pour cette unité de génération d'image, une valeur d'environ 200.

Mais une telle valeur du rapport d’extinction n’est pas suffisante en pratique pour adapter la luminosité de l’image projetée aussi bien à une conduite en plein jour qu’à une conduite de nuit.

Objet de l’invention

Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose une unité de génération d’image telle que décrite en introduction, dans laquelle la cellule à cristaux liquides est inclinée par rapport audit faisceau lumineux.

La demanderesse a constaté de manière surprenante, pour différents modèles de cellules à cristaux liquides disponibles commercialement, qu’incliner la cellule à cristaux liquides par rapport au faisceau lumineux permet, pour certaines valeurs d’un angle d’inclinaison ainsi introduit, d’obtenir un rapport d’extinction supérieur à celui qui est obtenu lorsque le faisceau lumineux est en incidence normale par rapport à la cellule. Le rapport d’extinction est, comme indiqué précédemment, égal à la puissance maximale du faisceau lumineux en aval de l’élément polarisant, divisée par la puissance minimale de ce faisceau, en aval de ce même élément polarisant. En pratique, une augmentation du rapport d’extinction d’un facteur supérieur à 2 a pu être obtenue en inclinant la cellule à cristaux liquides par rapport audit faisceau lumineux.

Ainsi, grâce à l’inclinaison de sa cellule à cristaux liquides, le rapport d’extinction de l’unité de génération d’image selon l’invention est augmenté, notamment par rapport à l’état de la technique précité.

On peut prévoir en particulier que la cellule à cristaux liquides soit inclinée par rapport audit faisceau lumineux de manière à maximiser le rapport d’extinction. Ainsi, le rapport d’extinction est non seulement augmenté, mais même maximisé. Les conditions d’inclinaison de la cellule à cristaux liquides permettant de rendre le rapport d’extinction maximal peuvent par exemple être déterminées au cours de tests préalables à la fabrication de l’unité de génération d’image. D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l’unité de génération d’image conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - comme déjà indiqué, la cellule à cristaux liquides étant configurée pour modifier une orientation d’une polarisation du faisceau lumineux par rapport à l’élément polarisant de manière à faire varier la puissance optique du faisceau lumineux, en aval de l’élément polarisant, entre une puissance maximale et une puissance minimale, la cellule à cristaux liquides est inclinée par rapport audit faisceau lumineux de manière à maximiser un rapport d’extinction, égal à ladite puissance maximale divisée par ladite puissance minimale ; - la cellule à cristaux liquides est configurée pour recevoir ledit faisceau lumineux polarisé selon une direction de polarisation d’entrée donnée ; - une direction moyenne du faisceau lumineux au niveau d’une face d’entrée de ladite cellule et la direction normale à cette face d’entrée définissent entre elles, dans un plan perpendiculaire à la direction de polarisation d’entrée de ladite cellule, un angle d’inclinaison présentant une valeur prédéterminée non nulle ; - une direction moyenne du faisceau lumineux au niveau d’une face d’entrée de ladite cellule et la direction normale à cette face d’entrée définissent entre elles, dans un plan contenant la direction de polarisation d’entrée de ladite cellule et la direction normale à ladite face d’entrée, un angle d’inclinaison présentant une valeur prédéterminée non nulle ; - ladite valeur prédéterminée est telle, pour cette valeur, le rapport d’extinction est plus grand que lorsque l’angle d’inclinaison est nul ; - ladite valeur prédéterminée est comprise entre 1 degré et 10 degrés ; - la direction moyenne du faisceau lumineux au niveau de ladite face d’entrée et la direction normale à cette face d’entrée définissent entre elles, dans un plan perpendiculaire à la direction de polarisation d’entrée de ladite cellule, un angle d’inclinaison supplémentaire, l’angle d’inclinaison supplémentaire présentant une valeur supplémentaire prédéterminée non nulle ; - ladite valeur supplémentaire prédéterminée est telle que, pour cette valeur, le rapport d'extinction est plus grand que lorsque l'angle d'inclinaison supplémentaire est nul ; - ladite valeur supplémentaire prédéterminée est comprise entre 1 degré et 10 degrés ; - l’unité de génération d’image comprend un composant optique polarisant disposé sur le trajet dudit faisceau, entre la source et la cellule à cristaux liquides ; - l’unité de génération d’image comprend au moins une autre source émettant un autre faisceau lumineux, ainsi que des moyens de combinaison des faisceaux lumineux émis respectivement par chacune desdites sources ; - la cellule à cristaux liquides est disposée en amont desdits moyens de combinaison ; - chacun desdits faisceaux traverse une zone donnée de la cellule à cristaux liquide, ces zones étant au moins partiellement disjointes. L’invention propose également un afficheur tête haute comprenant une unité de génération d’image telle que décrite ci-dessus.

Description detaillee d’un exemple de réalisation

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

Sur les dessins annexés : - la figure 1 représente schématiquement un afficheur tête haute comprenant une unité de génération d’image mettant en oeuvre les enseignements de l’invention ; - la figure 2 représente schématiquement, en perspective, une cellule à cristaux liquides de l’unité de génération d’image de la figure 1 ; - la figure 3 représente schématiquement la cellule à cristaux liquides de la figure 2, vue de côté ; - la figure 4 représente schématiquement la cellule à cristaux liquides de la figure 2, vue de dessus ; - la figure 5 est un graphique montrant l’évolution d’un rapport d’extinction en fonction d’un premier et d’un deuxième angle d’inclinaison de la cellule à cristaux liquides ; et - la figure 6 représente schématiquement un autre afficheur tête haute comprenant une unité de génération d’image mettant en oeuvre les enseignements de l’invention.

Sur les figures 1 et 6, on a représenté deux modes de réalisation d’un afficheur 1 ; l’tête haute destiné à équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile, un train, un bateau tel qu’une péniche, un tramway ou un bus. D’une figure à l’autre, les éléments identiques et/ou similaires de ces deux modes de réalisation seront référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois.

Quel que soit le mode de réalisation considéré, l’afficheur 1 ; 1’ comprend une unité de génération d’image 10 ; 10’ comportant au moins une source de lumière 11 A, 11 B, 11C émettant un faisceau lumineux F, F’, F” destiné à former une image.

Ici, l’unité de génération d’image 10; 10’ comprend plus précisément trois telles sources 11 A, 11 B, 11 C, réalisées par exemple au moyen de diodes laser. Les trois faisceaux lumineux F, F’, F” émis respectivement par ces trois sources présentent une couleur correspondant respectivement à un rouge, un vert, et un bleu.

Telle que représentée sur les figures, l’unité de génération d’image 10 ; 10’ comprend des moyens de combinaison des faisceaux lumineux F, F’, F” émis respectivement par chacune desdites sources 11 A, 11 B, 11 C. Ces moyens de combinaison comprennent ici des éléments semi-réfléchissants 13B, 13C tels que des miroirs dichroïques, interceptant ces faisceaux lumineux F, F’, F” pour les combiner sous la forme d’un même faisceau lumineux global Fo. Autrement formulé, les éléments semi-réfléchissants 13B et 13C permettent (du fait qu’ils sont à la fois transmissifs et réfléchissants) de superposer les uns aux autres les faisceaux lumineux F, F’, F” émis les sources 11 A, 11 B, 11C pour que leurs sections se recouvrent au maximum et pour que ces faisceaux lumineux F, F’, F” présentent une même direction de propagation commune. De manière optionnelle, l’unité de génération d’image 10 ; 10’ peut, comme ici, comprendre un miroir de renvoi 13A, réfléchissant le faisceau lumineux F, vers les éléments semi-réfléchissants 13B et 13C, dans une direction adaptée pour réaliser ladite combinaison des faisceaux F, F' et F".

Combiner ainsi les faisceaux F, F' et F" permet, par exemple par un ajustement des puissances électriques d’alimentation respectives des trois sources 11 A, 11 B, 11 C, d’ajuster des caractéristiques chromatiques, telles que la teinte ou le niveau de saturation de couleur, du faisceau lumineux global Fo. En particulier, il est possible alors, par un balayage du faisceau lumineux global Fo, de générer une image « en couleurs >>, polychromatique.

Pour générer cette image, le faisceau lumineux global Fo, composé des trois faisceaux F, F’ et F” superposés, est dirigé vers une unité de unité de balayage 16 adaptée à déplacer ce faisceau lumineux global sur un écran 17 pour former l’image à afficher. L’unité de balayage 16 est réalisée par exemple au moyen d’un ou plusieurs miroirs mobiles de type MEMS (selon l’acronyme anglo-saxon de « Micro-Electro-Mechanical System »). L’écran 17 est par exemple un écran dépoli translucide. L’image est alors formée par le balayage, par le faisceau lumineux global Fo, d’une face arrière de cet écran 17. L’afficheur 1 ; 1’ comprend également un miroir de repliement 2 disposé de manière à réfléchir, en direction d’une lame partiellement transparente 3, une partie au moins du rayonnement lumineux qui sort de l’unité de génération d’image 10 ; 10’ (ce rayonnement sort ici de l'unité de génération d'image par une face avant de l’écran 17).

La lame partiellement transparente 3 réfléchit alors à son tour une partie de ce rayonnement lumineux, vers les yeux 5 d’un utilisateur, tout en permettant à cet utilisateur de visualiser un environnement, par exemple un environnement routier, à travers la lame partiellement transparente 3.

Ainsi, grâce à la réflexion sur la lame partiellement transparente 3, une image virtuelle de l’écran 17 de l’unité de génération d’image 10 ; 10’ est formée dans le champ visuel de l’utilisateur.

La lame partiellement transparente peut, comme ici, être dédiée à cette fonction (on parle alors de combineur) ou elle peut être formée par le parebrise du véhicule (qui porte la référence 4 sur les figures).

On peut ainsi afficher l’image générée par l’unité de génération d’image, dans le champ de vision de l’utilisateur, sans que celui-ci n’ait à détourner le regard de l’environnement susmentionné. En pratique, cet utilisateur correspond ici au conducteur du véhicule.

Dans une variante non représentée, l’afficheur pourrait comprendre, en plus du miroir de repliement, un ou plusieurs autres miroirs ou composants optiques disposés sur le trajet optique du premier rayonnement lumineux, entre l’unité de génération d’images et la lame partiellement transparente. L’unité de génération d’image 10 ; 10’ comprend également des moyens d’atténuation pilotables, qui comprennent : - une cellule à cristaux liquides 14 disposée sur le trajet des faisceaux lumineux F, F’, F”, et - un élément polarisant 15, disposé sur le trajet des faisceaux lumineux F, F’, F”, en aval de ladite cellule.

La cellule à cristaux liquides 14 est configurée pour modifier une orientation d’une polarisation de chacun des faisceaux lumineux F, F’ et F”, par rapport à l’élément polarisant 15, de manière à faire varier la puissance optique de chacun de ces faisceau lumineux en aval de l’élément polarisant.

En amont de la cellule à cristaux liquides 14, les faisceaux lumineux F, F’ et F” sont polarisés linéairement, selon une même direction de polarisation initiale P (figures 3 et 4).

La cellule à cristaux liquides 14 est essentiellement transparente (sa transmittance est, en pratique, supérieure à 80% environ). Elle comprend par exemple deux électrodes parallèles à ses faces d’entrée 141 et de sortie 142, et, contenue entre ces deux électrodes, une solution de molécules en forme de bâtonnets. Ces molécules peuvent par exemple être organisées sous la forme d’un cristal liquide nématique en torsion ("twisted nematic" en anglais), tant qu'une tension d'alimentation V appliquée entre ces électrodes est nulle, ou tout au moins inférieure à un seuil donné.

La cellule à cristaux liquides est configurée pour recevoir les faisceaux lumineux F, F’ et F” polarisés selon une direction de polarisation d’entrée donnée, et pour modifier l’orientation de la polarisation présentée en sortie de la cellule par ces faisceaux lumineux F, F’, F” en fonction de la tension d'alimentation V.

La direction de polarisation d'entrée de la cellule, linéaire, est fixée par la structure de la cellule à cristaux liquides, et est donc fixe par rapport à cette cellule. La direction de cette polarisation d'entrée correspond par exemple à la direction dans laquelle sont orientées les molécules en bâtonnets de la cellule située du côté de la face d'entrée 141 (lorsque la tension d'alimentation est nulle ; l'orientation de ces molécules peut par exemple être imposée du fait de leur ancrage à une parois interne texturée de la cellule). La direction de cette polarisation d'entrée est repérée ici par un axe x, lié à la cellule à cristaux liquides (figures 2 à 4).

La cellule à cristaux liquides 14 est orientée ici de manière à ce que sa direction de polarisation d'entrée corresponde à la polarisation initiale des faisceaux lumineux F, F', F" incidents sur la cellule. Autrement formulé, elle est orientée de sorte que l'axe x soit parallèle à la direction de polarisation initiale P, ou tout au moins de sorte que l'axe x soit contenu dans le plan qui contient la direction de polarisation initiale P et la direction moyenne de propagation commune aux faisceaux lumineux (figure 3).

Comme indiqué ci-dessus, la traversée de la cellule à cristaux liquides 14 modifie l’orientation de la polarisation des faisceaux lumineux F, F’ et F”. Ces faisceaux présentent, en sortie de la cellule, une polarisation linéaire, ou éventuellement légèrement elliptique, dirigée selon une direction de polarisation de sortie. Cette direction de polarisation de sortie forme, avec leur direction de polarisation initiale P, un angle commandé directement par la tension d’alimentation V.

La valeur de cet angle peut, en fonction de la tension d’alimentation V, varier entre 0 et 90 degrés. Cette tension d'alimentation est délivrée ici par une unité de pilotage (non représentée) de l'unité de commande 10 ; 10'.

Pour ce qui est maintenant de l'élément polarisant 15, par exemple un film polarisant linéaire : - il transmet les composantes des faisceaux lumineux F, F' et F" polarisées linéairement selon une direction passante donnée, et - bloque presque totalement, par exemple par absorption, les composantes de ces faisceaux lumineux polarisées perpendiculairement à cette direction passante.

Cet élément de polarisation 15 est orienté ici avec sa direction passante parallèle à la direction de polarisation initiale P. En variante, il pourrait toutefois être orienté avec sa direction passante orthogonale à la direction de polarisation initiale P des faisceaux.

Lorsque la cellule à cristaux liquides 14 n’induit pas de modification d’orientation de la polarisation des faisceaux, la puissance optique totale de ces faisceaux en sortie de l’élément polarisant 15 est égale à une puissance maximale Pmax (puisque la direction passante de cet élément est ici parallèle à la direction de polarisation initiale des faisceaux).

Par puissance optique totale, on désigne la puissance optique du faisceau lumineux global Fo, égale par exemple à la somme des puissance optiques respectives des trois faisceaux lumineux F, F' et F".

Au contraire, lorsque la cellule à cristaux liquides 14 induit une rotation de 90 degrés de la direction de polarisation de ces faisceaux lumineux (c'est à dire lorsque l'angle précité est égal à 90 degrés), la puissance optique totale en sortie de l’élément polarisant 15 est alors égale à une puissance minimale Pmin, puisque ces faisceaux lumineux sont alors incidents sur l'élément polarisant 15 avec une polarisation perpendiculaire à la direction passante de cet élément.

Il est ainsi possible, en commandant la valeur de la tension d’alimentation V, de faire varier cette puissance optique totale entre la puissance maximale Pmax et la puissance minimale Pmin, ce qui permet d'ajuster la luminosité de l'image générée par l'unité de génération d'image 10 ; 10'.

Ainsi, on peut par exemple prévoir que l'unité de pilotage soit configurée pour : - en plein jour, ajuster la valeur de la tension d'alimentation pour que la puissance optique totale soit égale à la puissance maximale Pmax (grâce à quoi l'image peut être correctement visualisée par le conducteur malgré une luminosité environnante élevée), et - de nuit, ou dans un environnement extérieur faiblement éclairé, ajuster la valeur de la tension d'alimentation pour que la puissance optique totale soit égale à la puissance minimale Pmin, grâce à quoi on évite d'éblouir le conducteur.

Afin de pouvoir adapter au mieux la luminosité de l’image projetée, aussi bien à une conduite en plein jour qu’à une conduite de nuit, il est souhaitable que le rapport d'extinction Rext, égal à la puissance maximale Pmax divisée par la puissance minimale Pmin :

Rext = Pmax / Pmin présente une valeur la plus grande possible.

Une première disposition mise en oeuvre ici pour augmenter la valeur du rapport d'extinction Rext consiste à purifier la polarisation de chacun des faisceaux lumineux F, F' et F", en amont de la cellule à cristaux liquides, au moyen d'au moins un, ici plusieurs composants optiques polarisant 12A, 12B, 12C, pour rendre cette polarisation la plus proche possible d'une polarisation purement rectiligne.

Les diodes laser, au moyen desquelles sont réalisées ici les sources lumineuses 11 A, 11 B, 11 C, émettent les faisceaux lumineux F, F' et F" avec une polarisation généralement légèrement elliptique.

Le ou les composant optique polarisant 12A, 12B, 12C permettent de ne conserver qu'une composante de ces faisceaux lumineux polarisée linéairement. Rendre ainsi la polarisation des faisceaux lumineux incidents sur la cellule à cristaux liquides plus proche d'une polarisation purement linéaire permet de réduire la valeur de la puissance minimale Pmin, et d'augmenter ainsi la valeur du rapport d'extinction Rext des moyens d'atténuation.

Telle que représentée sur les figures 1 et 6, l'unité de génération d'image 10 ; 10' comprend trois tels composants optiques polarisant 12A, 12B, 12C, par exemple des films polarisants linéaires. Chacun de ces composants optiques polarisant 12A, 12B, 12C est disposé sur le trajet de l'un des faisceaux lumineux F, F' et F", entre la source 11A, 11 B, 11C émettant ce faisceau et les moyens de combinaisons 13B, 13C mentionnés précédemment. Ces composants optiques polarisant 12A, 12B, 12C sont orientés avec leurs directions passantes respectives parallèles entre elles. Ce sont ces directions passantes qui définissent la direction de polarisation initiale P des faisceaux lumineux F, F' et F".

Les deux modes de réalisation représentés respectivement sur les figures 1 et 6 diffèrent en ce : - dans le premier mode de réalisation de l'unité de génération d'image 10 (figure 1), la cellule à cristaux liquides 14 est disposée sur le trajet des faisceaux lumineux, en aval, c'est-à-dire après les moyens de combinaison 13B, 13C (du point de vue du sens de propagation de ces faisceaux), tandis que - dans le deuxième mode de réalisation de l'unité de génération d'image 10' (figure 2), la cellule à cristaux liquides 14 est disposée, sur le trajet de ces mêmes faisceaux lumineux, en amont des moyens de combinaison 13B, 13C.

Ainsi, dans ce premier mode de réalisation les trois faisceaux lumineux F, F' et F" sont superposés les uns aux autres, sous la forme du faisceau lumineux global Fo, lorsqu'ils traversent la cellule à cristaux liquides 14. Ces faisceaux traversent alors la cellule à cristaux liquides au niveau d'une même zone, commune. Cela permet d'atténuer les trois faisceaux lumineux d'une même quantité (effets chromatiques éventuels mis-à-part), même si la cellule à cristaux liquides présente de légères inhomogénéités spatiales dans son fonctionnement.

Au contraire, dans le deuxième mode de réalisation de l'unité de génération d'image 10', les trois faisceaux F, F' et F" traversent la cellule à cristaux liquides 14 avant d'avoir été combinés. Ces trois faisceaux F, F' et F" traversent ainsi respectivement une première zone ZA, une deuxième zone Zb et une troisième zone Zc de la cellule à cristaux liquides, ces trois zones ZA, ZB, Zc étant au moins partiellement, ici totalement, disjointes. Par rapport à la configuration représentée sur la figure 1, cette disposition permet de réduire la puissance optique par unité de surface qui traverse la cellule à cristaux liquides, puisque la puissance optique totale est répartie sur les trois zones précitées. Cela permet d'employer des puissances optiques élevées sans risquer de détériorer ou de réduire la durée de vie de la cellule à cristaux liquides.

On notera que dans le deuxième mode de réalisation de l'unité de génération d'image 10', les directions moyennes de propagations respectives des trois faisceaux lumineux F, F' et F" incidents sur la cellule à cristaux liquides 14 sont parallèles entre elles.

Ainsi, dans le premier comme dans le deuxième mode de réalisation, les faisceaux lumineux F, F' et F" incidents sur la cellule à cristaux liquides présentent une direction de moyenne D de propagation commune.

De manière remarquable, quel que soit le mode de réalisation de l'unité de génération d'image 10 ; 10', la cellule à cristaux liquides 14 est inclinée par rapport auxdits faisceau lumineux F, F’, F”.

Plus précisément, un premier angle d’inclinaison de ladite cellule, défini entre, d’une part, la direction moyenne D des faisceau lumineux mentionnée ci-dessus, et, d’autre part, une direction normale à la face d’entrée 141 de ladite cellule (figures 3 et 4), présente une valeur prédéterminée pour laquelle le rapport d’extinction Rext présente une valeur plus grande que lorsque le premier angle d'inclinaison est nul.

La demanderesse a constaté de manière surprenante, pour plusieurs modèles de cellules à cristaux liquides disponibles commercialement, qu’incliner légèrement la cellule à cristaux liquides par rapport aux faisceaux lumineux qui la traversent permet, pour certaines valeurs de l’angle d’inclinaison ainsi introduit (notamment pour la valeur prédéterminée mentionnée ci-dessus), d’augmenter la valeur du rapport d’extinction Rext par rapport à une situation dans laquelle les faisceaux lumineux sont en incidence normale par rapport à la cellule.

Ainsi, grâce à l’inclinaison de sa cellule à cristaux liquides 14, le rapport d’extinction Rext de l’unité de génération d’image 10 ; 10' est augmenté. L'inclinaison de la cellule à cristaux liquides 14 par rapport aux faisceaux lumineux F, F',F" est maintenant décrite plus en détail en référence aux figures 2 à 4. Ces figures montrent schématiquement la manière dont est inclinée la cellule à cristaux liquides 14 par rapport aux faisceaux lumineux F, F' et F", dans le cas du premier mode de réalisation. L'inclinaison de la cellule à cristaux liquides 14 par rapport à ces faisceaux est caractérisée par l'orientation de la direction moyenne D de ces faisceaux, dans un repère x,y,z lié à la cellule à cristaux liquides 14 (figures 2 à 4). L'axe z de ce repère est perpendiculaire à la face d'entrée 141 de la cellule à cristaux liquides 14, et est orienté de sa face d'entrée 141 vers sa face de sortie 142. L'axe x a été introduit plus haut. Comme déjà indiqué, sa direction est celle de la polarisation linéaire d'entrée que la cellule à cristaux liquides est adaptée à recevoir. Cet axe x est dirigé d'un bord inférieur 143 vers un bord supérieur 144 de la cellule à cristaux liquides (figures 3 et 4).

La direction de l'axe x (c'est à dire la direction de la polarisation d'entrée) est connue (ou tout au moins peut être déterminée). Elle est généralement indiquée sur la cellule à cristaux liquides, par le fournisseur de cette cellule. L'un au moins des côtés inférieur ou supérieur de la cellule est repéré par une indication (telle qu'une étiquette, ou un angle biseauté, par exemple) portée sur la cellule par son fournisseur. La structure détaillée de la cellule peut, comme ici, être telle que les axes +x et -x ne soient pas équivalents l'un à l'autre du point de vue des propriétés optiques de la cellule. Autrement formulé, la structure de la cellule à cristaux liquides (par exemple la structure détaillée des électrodes mentionnées précédemment, et notamment la position et/ou la forme et/ou l’épaisseur et/ou l’orientation des couches ou sillons disposé(e)s sur les électrodes et destiné(e)s à orienter les cristaux liquides) défini physiquement non seulement une direction mais aussi un sens pour l'axe x.

Enfin, l'axe y est contenu dans le plan défini par la face d'entrée 141 de la cellule à cristaux liquides, et forme avec les axes x et z un trièdre x, y, z direct (x,y,z est un repère orthonormé direct). L'orientation de la direction moyenne D des faisceaux lumineux F, F' et F" est repérée ici dans le repère x,y,z, par : - un premier angle d'inclinaison ocx formé, dans un plan contenant la direction de polarisation d’entrée de ladite cellule et la direction normale à sa face d’entrée 141, entre cette direction normale et la direction moyenne D des faisceaux lumineux F, F' et F", et - un deuxième angle d'inclinaison ocy formé, dans un plan perpendiculaire à la direction de polarisation d'entrée, entre la direction normale à la face d’entrée 141 de la cellule et la direction moyenne D des faisceaux lumineux F, F' et F".

Ainsi, le premier angle d'inclinaison ax, défini dans le plan z,x, est formé entre l'axe z et la direction moyenne D de propagation (figure 3).

Le deuxième angle d'inclinaison ocy est défini quant à lui dans le plan y,x, et est formé entre l'axe z et la direction moyenne D de propagation (figure 4).

Les premier et deuxième angles d'inclinaison sont chacun orientés de l'axe z vers la direction moyenne D. Leurs signes sont fixés respectivement par le sens de axe y, et par celui de l'axe x, qui ont été définis ci-dessus.

Des mesures du rapport d'extinction Rext de l'unité de génération d'image 10 ; 10', réalisées pour une pluralité de valeurs du premier angle d'inclinaison ocx et pour une pluralité de valeurs du deuxième angle d'inclinaison ay, sont reportées sur le graphique de la figure 5. Ces mesures ont été réalisées lorsque, parmi les trois sources 11 A, 11 B, 11 C, seule la source 11C est alimentée électriquement. On rappelle que la source 11C émet le faisceau lumineux F" présentant une couleur correspondant à un bleu. Ces mesures ont été réalisées pour un exemple de cellule à cristaux liquides 14 disponible commercialement. Des résultats comparables ont été obtenus avec d'autres cellules à cristaux liquides du même type.

Comme on peut le voir sur la figure 5, par rapport au cas d'une incidence normale du faisceau F" sur la cellule, le rapport d'extinction Rext augmente lorsque le premier angle d'inclinaison ocx augmente, et lorsque le deuxième angle d'incidence ocy diminue, en valeur algébrique.

Les valeurs respectives des premier et deuxième angles d'inclinaison, pour lesquelles le rapport d'extinction Rext est maximal, sont appelées dans la suite première valeur optimale, et deuxième valeur optimale. Comme on peut le constater sur la figure 5, elles sont ici égales respectivement à +3 degrés, et à -3 degrés : le rapport d'extinction Rext est maximal pour ocx=+3 degrés, et pour ocy=-3 degrés. La valeur maximale du rapport d'extinction Rext est ici deux fois plus grande que la valeur du rapport d'extinction Rext en incidence normale (c'est à dire pour ocx=0, et pour ay=0).

Au delà de cette première valeur optimale, le rapport d'extinction Rext diminue lorsque le premier angle d'inclinaison ocx augmente (cela n'est pas représenté sur le graphique de la figure 5.

De même, le rapport d'extinction Rext décroit lorsque la valeur algébrique du deuxième angle d'inclinaison ocy diminue en dessous de la deuxième valeur optimale. L'évolution du rapport d'extinction en fonction des premier et deuxième angles d'inclinaison, mesurée lorsque la source 11A (émettant le faisceau lumineux F présentant une couleur correspondant à un rouge) seule est alimentée électriquement, est comparable à ce qui vient d'être présenté, si ce n'est que les valeurs du rapport d'extinction Rext sont alors globalement plus élevées (aussi bien en incidence normale, que pour les première et deuxième valeurs optimales).

Il est de même lorsque la source 11B (émettant le faisceau lumineux présentant une couleur correspondant à un vert) seule est alimentée électriquement. Même si les première et deuxième valeurs optimales obtenues peuvent varier selon la couleur du faisceau lumineux (rouge, vert, ou bleu), le comportement du rapport d’extension est comparable quelle que soit la couleur concernée et il est donc possible en pratique d’obtenir des première et seconde valeurs adaptées pour optimiser un rapport d’extinction global sur l’ensemble des couleurs concernées.

Comme indiqué plus haut, la cellule à cristaux liquides 14 est disposée dans l'unité de génération d'image 10 ; 10' de manière que le premier angle d'inclinaison ocx présente la valeur prédéterminée mentionnée plus haut (pour laquelle le rapport d'extinction est supérieur à ce qui est obtenu en incidence normale).

Au vu des mesures du rapport d'extinction réalisées, cette valeur prédéterminée peut ici être comprise entre 1 et 10 degrés, mieux, entre 2 et 4 degrés.

La cellule à cristaux liquides 14 est disposée dans l'unité de génération d'image 10 ; 10' de manière à ce que, en outre, le deuxième angle d'inclinaison ocy présente une deuxième valeur prédéterminée. Cette deuxième valeur prédéterminée peut par exemple être comprise, ici, entre -1 et -10 degrés, mieux, entre -2 et -4 degrés.

On peut prévoir aussi que la valeur prédéterminée mentionnée plus haut, et la deuxième valeur prédéterminée soient respectivement égales à la première valeur optimale, et à la deuxième valeur optimale, ce qui permet non seulement d'augmenter la valeur du rapport d'extinction Rext, mais permet même de maximiser ce rapport.

Dans le deuxième mode de réalisation, la cellule à cristaux liquides est inclinée par rapport aux faisceaux lumineux F, F' et F" de la même manière que ce qui a été décrit ci-dessus, même si ces faisceaux ne sont pas superposés les uns aux autres lorsqu'ils traversent la cellule.

Selon une variante de l'un quelconque des modes de réalisation décrits précédemment, on peut prévoir que l'un seulement des premier et deuxième angles d'inclinaison ax, ocy présente une valeur non nulle, au lieu que ces angles soient ajustés l'un et l'autre pour augmenter le rapport d'extinction.

Selon une variante non représentée du premier mode de réalisation (de la figure 1), l'unité de génération d'image comprend un seul composant optique polarisant disposé en amont de la cellule à cristaux liquides, commun aux trois faisceaux lumineux, plutôt que trois tels composants.

Dans le cadre de cette variante, ce composant optique polarisant peut être disposé soit en amont soit en aval des moyens de combinaison des faisceaux lumineux. Disposer ce composant optique polarisant en amont des moyens de combinaison permet de réduire la puissance optique par unité de surface qu'il reçoit, améliorant ainsi la durée de vie de ce composant.

Dans une variante non représentée du deuxième mode de réalisation (de la figure 6), l'élément polarisant (15) est disposé en amont des moyens de combinaison, plutôt qu'en aval.

Selon un troisième mode de réalisation, non représenté, l'unité de génération d'image comprend une cellule à cristaux liquides par source, par exemple trois cellules à cristaux liquides, disposées chacune sur le trajet de l'un des faisceaux lumineux produits par ces sources, en amont des moyens de combinaison. L'unité de génération d'image comprend alors trois éléments polarisant, disposés également en amont des moyens de combinaison des faisceaux lumineux. L'unité de génération d'image selon ce troisième mode de réalisation autorise un ajustement indépendant de l'inclinaison de chacune des trois cellules à cristaux liquides, par rapport au faisceau lumineux qui la traverse. Grâce à cette disposition, il est possible d'augmenter au maximum le rapport d'extinction pour chacun de ces faisceaux lumineux, même si les cellules à cristaux liquides employées présentent des valeurs d'angles d'inclinaison optimales différentes selon que le faisceau lumineux présente une couleur correspondant à un rouge, un vert, ou un bleu (ce que ne permettrait pas une unité de génération d'image comportant une seule cellule à cristaux liquides).

En revanche, l'unité de génération d'image selon ce troisième mode de réalisation est plus coûteuse que celle des premier et deuxième modes de réalisation.

Dans un quatrième mode de réalisation de l'unité de génération d'image, non représenté, la cellule à cristaux liquides et l'élément polarisant sont disposés en aval des moyens de balayage du faisceau lumineux global. L'augmentation du rapport d'extinction obtenue dans ce quatrième mode de réalisation est plus faible que dans les modes de réalisation précédents, du fait que les angles d'inclinaison précités varient, à cause du balayage du faisceau lumineux global, et ne peuvent donc être maintenus à leurs valeurs optimales.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS

   1. Unité de génération d’image (10 ; 10’) comprenant : - au moins une source (11 A, 11 B, 11C) émettant un faisceau lumineux (F, F’, F”) destiné à former une image, - une cellule à cristaux liquides (14) disposée sur le trajet du faisceau lumineux (F, F’, F”), et - un élément polarisant (15), disposé sur le trajet du faisceau lumineux (F, F’, F”) en aval de ladite cellule, la cellule à cristaux liquides (14) étant configurée pour modifier une orientation d’une polarisation du faisceau lumineux (F, F’, F”) par rapport à l’élément polarisant (15), de manière à faire varier la puissance optique du faisceau lumineux en aval dudit élément polarisant (15), caractérisée en ce que la cellule à cristaux liquides (14) est inclinée par rapport audit faisceau lumineux (F, F’, F”).
2. 2. Unité de génération d’image (10 ; 10’) selon la revendication 1, dans laquelle, la cellule à cristaux liquides (14) étant configurée pour modifier une orientation d’une polarisation du faisceau lumineux (F, F’, F”) par rapport à l’élément polarisant (15) de manière à faire varier la puissance optique du faisceau lumineux, en aval de l’élément polarisant (15), entre une puissance maximale et une puissance minimale, la cellule à cristaux liquides (14) est inclinée par rapport audit faisceau lumineux (F, F’, F”) de manière à maximiser un rapport d’extinction (Rext), égal à ladite puissance maximale (Pmax) divisée par ladite puissance minimale (Pmin).
3. 3. Unité de génération d’image (10 ; 10’) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle : - la cellule à cristaux liquides (14) est configurée pour recevoir ledit faisceau lumineux (F, F’, F”) polarisé selon une direction de polarisation d’entrée (x) donnée, et dans laquelle - une direction moyenne (D) du faisceau lumineux au niveau d’une face d’entrée (141) de ladite cellule et la direction normale (z) à cette face d’entrée (141) définissent entre elles, dans un plan perpendiculaire à la direction de polarisation d’entrée (x) de ladite cellule, un angle d’inclinaison (ay) présentant une valeur prédéterminée non nulle.
4. 4. Unité de génération d’image (10 ; 10’) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle : - la cellule à cristaux liquides (14) est configurée pour recevoir ledit faisceau lumineux (F, F’, F”) polarisé selon une direction de polarisation d’entrée (x) donnée, et dans laquelle - une direction moyenne (D) du faisceau lumineux au niveau d’une face d’entrée (141) de ladite cellule et la direction normale (z) à cette face d’entrée (141) définissent entre elles, dans un plan contenant la direction de polarisation d’entrée (x) de ladite cellule et la direction normale (z) à ladite face d’entrée (141), un angle d’inclinaison (ax) présentant une valeur prédéterminée non nulle.
5. 5. Unité de génération d’image (10 ; 10’) selon la revendication 4, dans laquelle la direction moyenne (D) du faisceau lumineux (F, F’, F”) au niveau de ladite face d’entrée (141) et la direction normale (z) à cette face d’entrée (141) définissent entre elles, dans un plan perpendiculaire à la direction de polarisation d’entrée (x) de ladite cellule, un angle d’inclinaison supplémentaire (ay) présentant une valeur supplémentaire prédéterminée non nulle.
6. 6. Unité de génération d’image (10 ; 10’) selon l’une des revendications 3 à 5, dans laquelle ladite valeur prédéterminée est comprise entre 1 degré et 10 degrés.
7. 7. Unité de génération d’image (10 ; 10’) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant un composant optique polarisant (12A, 12B, 12C) disposé sur le trajet dudit faisceau, entre la source (11 A, 11 B, 11C) et la cellule à cristaux liquides (14).
8. 8. Unité de génération d’image (10 ; 10’) selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant au moins une autre source (11 A, 11 B, 11 C) émettant un autre faisceau lumineux (F, F’, F”), ainsi que des moyens de combinaison (13B, 13C) des faisceaux lumineux émis respectivement par chacune desdites sources (11 A, 11 B, 11C).
9. 9. Unité de génération d’image (10’) selon la revendication 8, dans laquelle la cellule à cristaux liquides (14) est disposée en amont desdits moyens de combinaison (13B, 13C).
10. 10. Unité de génération d’image (10’) selon la revendication 9, dans laquelle chacun desdits faisceaux traverse une zone (ZA, ZB, Zc) donnée de la cellule à cristaux liquides (14), ces zones (ZA, ZB, Zc) étant au moins partiellement disjointes.
11. 11. Unité de génération d’image (10 ; 10’) selon l’une des revendications 1 à 10, comprenant une unité de balayage (16) adaptée à déplacer le faisceau lumineux (F, F’, F”) sur un écran (17) pour former ladite image.
12. 12. Afficheur tête haute (1 ; 1’) comprenant une unité de génération d’image (10 ; 10’) selon l’une des revendications précédentes.