FR3107601A1

FR3107601A1 - Dispositif d’affichage tête-haute

Info

Publication number: FR3107601A1
Application number: FR2001870A
Authority: FR
Inventors: Ayoub BEN NACHOUANE
Original assignee: Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Current assignee: Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-08-27
Also published as: CN115175822A; EP4110641A1; WO2021170639A1

Abstract

L’invention concerne un dispositif d’affichage tête-haute (1) comprenant : un boîtier (50) ; un dispositif de génération d’images (10) et un système optique (20) ; le dispositif de génération d’images comprenant un écran (11), étant agencé à l’intérieur dudit boîtier et étant conçu pour générer un faisceau lumineux (L), ledit système optique étant configuré pour projeter ledit faisceau lumineux en direction d’une lame partiellement transparente (70) à travers une fenêtre (51) formée dans ledit boîtier, ledit dispositif d’affichage tête-haute comprenant en outre un module de protection (30) apte à commander une réduction d’intensité dudit faisceau lumineux généré par ledit dispositif de génération d’images. Selon l’invention, ledit dispositif d’affichage tête-haute comprend un premier capteur (65) apte à déterminer une luminosité extérieure (LE) ; et un deuxième capteur (60) apte à mesurer un rayonnement (RA) de l’écran ; et ledit module de protection est apte à commander une réduction d’intensité dudit faisceau lumineux sur la base de ladite luminosité extérieure et dudit rayonnement. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif d’affichage tête-haute

Domaine technique de l’invention

La présente invention concerne le domaine technique de l’affichage tête-haute.

La présente invention concerne en particulier un dispositif d’affichage tête-haute, par exemple pour véhicule automobile.

Arrière-plan technologique

On connaît les dispositifs d’affichage tête-haute comprenant un boîtier, un dispositif de génération d’image et un système optique: le dispositif de génération d’image est agencé à l’intérieur du boîtier et conçu pour générer un faisceau lumineux; le système optique est quant à lui configuré pour projeter le faisceau lumineux en direction d’une lame partiellement transparente à travers une fenêtre formée dans le boîtier.

Après réflexion partielle sur la lame partiellement transparente, le faisceau lumineux atteint les yeux du conducteur de manière à former une image virtuelle vue par le conducteur au-delà de la lame partiellement transparente, c’est-à-dire, dans les applications usuelles, à l’avant du véhicule.

L’intensité du faisceau lumineux généré par le dispositif de génération d’image est habituellement réglée en fonction de la luminosité ambiante: plus la luminosité ambiante est élevée, plus l’intensité du faisceau lumineux doit être élevée elle aussi.

Par ailleurs, dans certaines configurations d’éclairement solaire (en particulier pour certains positionnements relatifs du soleil, de la fenêtre du boîtier et du système optique), le flux solaire est concentré sur le dispositif de génération d’image, ce qui provoque son échauffement. Un tel échauffement est préjudiciable au fonctionnement du dispositif de génération d’image et peut aller jusqu’à sa détérioration.

Présentation de l’invention

Dans ce contexte, l’invention propose un dispositif d’affichage tête-haute un boîtier, un dispositif de génération d’images et un système optique, le dispositif de génération d’images comprenant un écran, étant agencé à l’intérieur dudit boîtier et étant conçu pour générer un faisceau lumineux, ledit système optique étant configuré pour projeter ledit faisceau lumineux en direction d’une lame partiellement transparente à travers une fenêtre formée dans ledit boîtier, ledit dispositif d’affichage tête-haute comprenant en outre un module de protection apte à commander une réduction d’intensité dudit faisceau lumineux généré par ledit dispositif de génération d’images, ledit dispositif d’affichage tête-haute comprenant: un premier capteur apte à déterminer une luminosité extérieure ; et un deuxième capteur apte à mesurer un rayonnement émis par ledit écran ; ledit module de protection étant apte à commander une réduction d’intensité dudit faisceau lumineux sur la base de ladite luminosité extérieure et dudit rayonnement.

En cas de luminosité élevée, généralement liée à un éclairement du dispositif d’affichage tête-haute par le soleil, le module de protection peut ainsi par exemple être activé et réduire l’intensité du faisceau lumineux afin de limiter la production de chaleur à l’intérieur du boîtier par le dispositif de génération d’image.

Selon d’autres caractéristiques envisageables à titre optionnel:
- ledit deuxième capteur possède un champ de vision orienté vers ledit dispositif de génération d’images de telle sorte que ledit rayonnement soit représentatif d’une température de surface dudit écran;
- ledit premier miroir comprend un filtre optique disposé sur sa surface réfléchissante et présentant un coefficient de réflexion inférieur à 5% pour un rayonnement compris dans une plage de longueurs d’onde donnée de l’infrarouge;
- ledit deuxième capteur est un capteur infrarouge;
- ledit deuxième capteur comprend une matrice de cellules photoélectriques;
- le premier capteur est conçu pour détecter un faisceau lumineux solaire entrant dans ledit boîtier;
- ledit module de protection comprend un dispositif de mesure d’une température ambiante dudit dispositif de génération d’images;
- ledit module de protection est conçu pour commander ladite réduction lorsque ladite température ambiante est supérieure à un seuil;
- ledit écran comprend au moins un élément semi-conducteur;
- ledit dispositif d’affichage tête-haute comprend un circuit de mesure d’une température de jonction dudit élément semi-conducteur;
- ledit module de protection est conçu pour commander une réduction d’intensité du faisceau lumineux lorsque la température de jonction est supérieure à un seuil.

L’invention propose également un procédé de protection d’un dispositif d’affichage tête-haute comprenant: un boîtier; un dispositif de génération d’images agencé à l’intérieur dudit boîtier, comprenant un écran et conçu pour générer un faisceau lumineux ; un système optique configuré pour projeter ledit faisceau lumineux en direction d’une lame partiellement transparente et comprenant un premier miroir agencé pour réfléchir ledit faisceau lumineux; un premier capteur ; un deuxième capteur ; et un module de protection ; ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
- une étape de détermination par ledit premier capteur d’une luminosité extérieure ;
- une étape de mesure par ledit deuxième capteur d’un rayonnement émis par ledit écran ; et
- une étape de réduction, commandée par ledit module de protection , de l’intensité du faisceau lumineux modulé sur la base de ladite luminosité extérieure et sur la base dudit rayonnement.

D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du procédé de protection conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes:
- l’étape de mesure du rayonnement est déclenchée sur la base de ladite luminosité extérieure ;
- l’étape de réduction de l’intensité du faisceau modulé est déclenchée sur la base de ladite luminosité extérieure ;
- ledit procédé de protection comprend les étapes suivantes:
i) une étape de détermination d’une température ambiante par un capteur de température ; et
ii) une étape de détermination d’une température de jonction par un circuit de mesure;
et la réduction d’intensité du faisceau lumineux modulé est effectuée sur la base de ladite température ambiante et de ladite température de jonction;
- ledit procédé de protection comprend une étape de détermination, sur la base dudit rayonnement et d’une constante de temps dudit écran, d’une température maximale représentative de l’élévation de température dudit écran;
- ledit module de protection commande une réduction d’intensité dudit faisceau lumineux modulé quand ladite température maximale est supérieure à une température limite dudit écran.

Description détaillée de l’invention

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où:

représente schématiquement en coupe un dispositif d’affichage tête-haute selon l’invention;

représente une courbe de réductionbasée sur une mesure de température ;

représente schématiquement en perspective un deuxième capteur et un écran appartenant au dispositif d’affichage tête-haute de la figure 1 ;

représente un schéma bloc d’une séquence d’étapes permettant la mise en œuvre d’un procédé de protection thermique;

représente un schéma bloc d’une séquence d’étapes permettant de déterminer un coefficient de réduction utilisé dans le procédé de la figure 4.

Ici, un dispositif d’affichage tête-haute 1 est décrit dans le cas ou il est utilisé au sein d’un véhicule automobile.

Comme le montre la figure 1, le dispositif d’affichage tête-haute 1 comprendun dispositif de génération d’images 10, un système optique 20, un premier capteur 65, un deuxième capteur 60 et un module de protection 30.

Le dispositif d’affichage tête-haute 1 est piloté par un calculateur. Le calculateur est programmé pour piloter et/ou connecter les différents éléments du dispositif d’affichage tête-haute 1. Ici, le calculateur est un calculateur du véhicule. En variante, le dispositif d’affichage tête-haute 1 pourrait comprendre un calculateur dédié.

Le dispositif de génération d’images 10 est conçu pour générer un faisceau lumineux appelé faisceau lumineux modulé L. Pour cela, le dispositif de génération d’images 10 comprend une source de lumière 12 et un écran 11.

L’écran 11 est constitué d’une matrice d’éléments dont la transmittance varie dans le temps. L’écran 11 reçoit un faisceau lumineux source généré par la source de lumière 12 et transmet le faisceau lumineux modulé L. Ici, la source de lumière 12 est polychromatique pour former des images en couleurs. Grâce à sa matrice d’éléments, l’écran 11 module spatialement le faisceau lumineux source de manière à former le faisceau lumineux modulé L.

Ici, l’écran 11 est un écran à cristaux liquides de type TFT (de l’anglais «thin film transistor»), c’est-à-dire une matrice de cellules à cristaux liquides commandées chacune par un transistor en film mince (d’où le nom de l’écran dit TFT). Pour chaque élément de la matrice, trois cellules, chacune associée à un filtre coloré, par exemple un pour le bleu, un pour le vert et un pour le rouge, permettent de contrôler la transmittance, en orientant les cristaux liquides, de façon stable et avec un faible temps de réponse.

En variante, pour former le faisceau lumineux modulé L, une face arrière d’un diffuseur est balayée par un faisceau laser généré par un ensemble de diodes laser, le balayage étant par exemple réalisé par un miroir mobile. Ensuite, une face avant du diffuseur génère le faisceau lumineux modulé.

Le système optique 20 est agencé pour projeter le faisceau lumineux modulé L en direction d’une lame partiellement transparente 70 selon un trajet déterminé. Le faisceau lumineux modulé L est réfléchi par la lame partiellement transparente 70 vers une zone d’observation où se situent les yeux du conducteur. Le trajet du faisceau lumineux modulé L entre le dispositif de génération d’images 10 et la lame partiellement transparente 70 définit un chemin optique.

La lame partiellement transparente 70 est orientée de façon à réfléchir une partie du faisceau lumineux modulé L en direction d’une zone d’observation dans laquelle se trouvent les yeux du conducteur, de manière à former une image virtuelle. La lame partiellement transparente 70 peut être une partie d’un pare-brise du véhicule ou un combineur, c’est-à-dire une lame partiellement transparente 70 dédiée à l’afficheur tête-haute. Un tel combineur serait placé entre le pare-brise et les yeux du conducteur.

L’image virtuelle contient des indications ou informations destinées au conducteur du véhicule, par exemple sous forme de symboles réglementaires et/ou d’un indicateur de vitesse et/ou d’un indicateur de régime-moteur et/ou d’un indicateur de défaut et/ou d’une instruction de navigation.

Comme le montre la figure 1, le système optique 20 comprend ici un premier miroir 21 qui est un miroir plan. Le système optique 20 comprend aussi un second miroir 25 qui est un miroir concave. Le second miroir 25 concave permet par exemple l’agrandissement de petites images générées par le dispositif de génération d’images 10 pour former des images virtuelles de taille adéquate. Ici, le second miroir 25 est mobile, par exemple en rotation, de manière à ajuster la position de l’image virtuelle à la zone d’observation, qui dépend de la taille du conducteur. Le premier miroir 21 oriente le faisceau lumineux modulé L produit par le dispositif de génération d’images 10 vers le second miroir 25.

Le dispositif d’affichage tête-haute 1 est ici compris dans un boîtier 50 de protection ou un carter. Une fenêtre 51 est réalisée dans le boîtier 50 pour permettre au faisceau lumineux modulé L de se propager vers la lame partiellement transparente 70. La fenêtre 51 peut être couverte par un matériau transparent tel qu’une lame de verre.

Dans la suite, l’adjectif «intérieur» fait référence à l’intérieur du dispositif d’affichage tête-haute 1 donc ici à l’intérieur du boîtier 50. L’adjectif «extérieur» fait référence à l’extérieur du dispositif d’affichage tête-haute 1 donc ici à l’extérieur du boîtier 50. L’adjectif «extérieur» fait par exemple référence à l’habitacle du véhicule.

Comme le montre la figure 1, dans certaines configurations d’éclairement solaire (en particulier pour certains positionnements relatifs du soleil, de la fenêtre du boîtier et du système optique), un faisceau lumineux solaire LS peut pénétrer à l’intérieur du dispositif d’affichage tête-haute 1, ici par la fenêtre 51. Cela arrive notamment lorsque le soleil, la lame partiellement transparente 70 et le second miroir 25 sont sensiblement alignés, comme cela est représenté sur la figure 1.

La figure 1 représente un exemple particulier de propagation du faisceau lumineux solaire LS. Dans cet exemple le faisceau lumineux solaire LS parcourt le chemin optique en sens inverse. Ce cas de figure correspond à la situation la plus dommageable pour le dispositif d’affichage tête-haute 1 puisque le second miroir 25 focalise, après réflexion sur le premier miroir 21, le faisceau lumineux solaire LS au centre de l’écran 11. Dans d’autres cas, le faisceau lumineux solaire LS peut illuminer d’autres zones de l’écran 11 mais est moins focalisé.

L’écran 11 est relativement absorbant. Ainsi, lorsque le faisceau lumineux solaire LS parvient jusqu’à l’écran 11, le faisceau lumineux solaire LS provoque rapidement l’échauffement de l’écran 11 et plus généralement du dispositif de génération d’images 10. Un tel échauffement est préjudiciable au fonctionnement du dispositif de génération d’images 10 et peut aller jusqu’à sa détérioration. Par exemple ici, à partir d’une certaine température, les cristaux liquides de l’écran 11 peuvent perdre leur polarisation.

Comme le montre la figure 1, le dispositif d’affichage tête-haute 1 comprend un module de protection 30 apte à commander une réduction d’intensité du faisceau lumineux modulé L. Le module de protection 30 peut par exemple commander une réduction de l’intensité du faisceau lumineux source émis par la source de lumière 12, jusqu’à son arrêt total si nécessaire. Pour cela, le module de protection 30 peut par exemple commander une réduction du courant électrique fourni à la source de lumière 12.

Pour déterminer l’amplitude de la réduction d’intensité, le module de protection 30 peut comprendre dispositif de mesure 40 d’une température ambiante TA du dispositif de génération d’images 10. Le dispositif de mesure 40 est situé à proximité de l’écran 11 ou sur la carte électronique de la source de lumière 12. Le dispositif de mesure 40 est par exemple une thermistance à coefficient de température négatif.

Ici, le module de protection 30 est conçu pour commander la réduction d’intensité du faisceau lumineux modulé L lorsque la température ambiante TA est supérieure à un seuil ambiant. Le seuil ambiant est par exemple compris entre 60°C et 100°C, le seuil ambiant est de préférence compris entre 70°C et 100°C.

Cette mesure de température ambiante TA permet de mettre en place une stratégie de réduction dite de «derating», caractérisée par une réduction des performances du dispositif de génération d’images 10. Cette stratégie consiste à définir l’intensité maximum du faisceau lumineux modulé L généré par le dispositif de génération d’images 10, c’est-à-dire la luminance maximale de l’image virtuelle, en fonction de la température ambiante TA.

Comme le montre la figure 2, l’amplitude de la réduction d’intensité, représenté par un troisième coefficient C3 de réduction de l’intensité du faisceau modulé L, peut être donnée par une courbe de réduction dite «courbe de derating» définie en trois intervalles:
i) un intervalle où la température ambiante TA est inférieure ou égale à une valeur seuil TA1, le dispositif de génération d’images 10 peut alors fonctionner au maximum de ses capacités, le troisième coefficient C3 est alors égal à 1 ;
ii) un intervalle où la température ambiante TA est supérieure à la valeur seuil TA1 et inférieure à une valeur maximum TA2, le module de protection 30 peut diminuer l’intensité du faisceau lumineux modulé L, l’amplitude de la réduction est obtenue par une projection sur une courbe linéaire décroissante, le troisième coefficient C3 est alors compris entre 0 et 1;
iii) un intervalle où la température ambiante TA est supérieure à la valeur maximum TA2, le module de protection 30 peut commander l’arrêt du dispositif de génération d’images 10, le troisième coefficient C3 est alors égal à 0.

Ici, le dispositif de génération d’images 10 comprend un élément semi-conducteur, par exemple un élément semi-conducteur de l’écran 11 ou une diode électroluminescente de la source de lumière 12. Pour mesurer une température de jonction TJ de l’élément semi-conducteur, le dispositif d’affichage tête-haute 1 comprend un circuit de mesure dédié.

Si la température limite de l’élément semi-conducteur est atteinte, le module de protection 30 peut commander l’arrêt du dispositif de génération d’images 10.

On peut aussi prévoir que le module de protection 30 soit conçu pour commander une réduction d’intensité du faisceau lumineux modulé L lorsque la température de jonction TJ est supérieure à un seuil de jonction. Le seuil de jonction est de préférence compris entre 95°C et 110°C, ce qui correspond classiquement aux limites thermiques d’un écran TFT. Le seuil de jonction peut par exemple être égal à 110°C.

On peut alors prévoir de mettre en place une deuxième stratégie de réduction associée au fonctionnement du ou des éléments semi-conducteurs et basée sur la température de jonction TJ. Cela signifie que le module de protection 30 peut diminuer l’intensité du faisceau lumineux modulé L pour réguler la température de jonction TJ. Comme précédemment, l’amplitude de la réduction, représentée par un quatrième coefficient C4, d’intensité peut être donnée par une deuxième courbe de réduction définie en trois intervalles.

Comme le montre la figure 1, le dispositif d’affichage tête-haute 1 comprend:
- le premier capteur 65 qui est apte à déterminer une luminosité extérieure LE ; et
- le deuxième capteur 60 qui est apte à mesurer un rayonnement RA émis par l’écran 11. Le module de protection 30 est alors apte à commander une réduction d’intensité du faisceau lumineux L sur la base de la luminosité extérieure LE et du rayonnement RA.

En effet, on peut prévoir que l’intensité du faisceau lumineux modulé L à un instant donnée dépende aussi de la luminosité extérieure LE. Il est important de considérer la luminosité extérieure LE autour du conducteur pour adapter la luminance de l’image virtuelle, par exemple pour s’adapter au passage dans un tunnel, à la sortie d’un tunnel ou à une situation d’éblouissement. Ici, le module de protection 30 est donc connecté au premier capteur 65 qui est conçu pour déterminer une luminosité extérieure LE qui est ici associée à un rayonnement solaire.

Ici, le premier capteur 65 est aussi conçu pour détecter un faisceau lumineux solaire LS entrant dans le dispositif de capture d’images 1 par la fenêtre 51 du boîtier 50. Ici, le premier capteur 65 est disposé à l’extérieur du boîtier 50, à proximité de la fenêtre 51. Le premier capteur 65 peut comprendre un guide de lumière, par exemple une fibre optique, pour déterminer une luminosité extérieure LE provenant d’une direction particulière. Le guide de lumière est de préférence orienté dans la direction définie par la fenêtre 51 et la lame partiellement transparente 70 pour détecter un faisceau lumineux solaire LS entrant dans le dispositif d’affichage tête-haute 1. On pourrait aussi prévoir que le premier capteur soit disposé à l’intérieur du boîtier et orienté vers la fenêtre ou bien que le premier capteur soit disposé dans l’habitacle du véhicule.

Grâce à ce premier capteur 65, on peut mettre en place une stratégie de d’adaptation dite de «dimming» pour adapter la luminance de l’image virtuelle en fonction de la luminosité extérieure LE. Cette stratégie d’adaptation peut amener le dispositif de génération d’images 10 à augmenter ou à diminuer l’intensité du faisceau lumineux modulé L grâce à un premier coefficient C1. Par exemple, lors d’un passage dans un tunnel, le premier coefficient C1 peut être inférieur à 1 et dans une situation d’éblouissement, le premier coefficient C1 peut être supérieur à 1.

Comme le montre la figure 1, le dispositif d’affichage tête-haute 1 comprend aussi le deuxième capteur 60. Le deuxième capteur 60 est apte à mesurer un rayonnement RA émis par l’écran 11 à l’intérieur du boîtier 50. Le module de protection 30 peut alors commander la réduction d’intensité du faisceau modulé L sur la base du rayonnement RA. Le module de protection 30 peut par exemple commander la réduction d’intensité lorsque le rayonnement RA est supérieur à un seuil.

Comme le montrent la figure 1 et la figure 3, le deuxième capteur 60 est orienté vers l’écran 11. L’orientation est prédéterminée de telle sorte que rayonnement RA soit représentatif d’une température de surface de l’écran 11. Par orienté vers l’écran 11, on entend que l’écran 11 est inclus dans un champ de vision C du capteur qui peut être défini par un angle solide au travers duquel le deuxième capteur 60 est sensible à un rayonnement électromagnétique.

Comme le montre la figure 3, un axe principal d’observation P du deuxième capteur 60, est orienté vers un centre CR de l’écran 11. Ici, l’axe principal d’observation P est défini comme la direction selon laquelle le deuxième capteur 60 est le plus sensible à un rayonnement et correspond à la direction moyenne du champ de vision C. Dans le scénario où le faisceau lumineux solaire LS parcourt le chemin optique dans le sens inverse, la température la plus élevée est localisé au centre CR de l’écran 11, il est donc important de mesurer la température au centre CR avec une bonne précision.

Le deuxième capteur 60 est donc disposé pour mesurer le rayonnement RA émis par l’écran 11. Puisque le rayonnement RA émis par l’écran 11 est représentatif de la température de l’écran 11, la mesure du rayonnement RA permet d’estimer la température à la surface de l’écran 11. La mesure d’une intensité rayonnée par l’écran 11 à une longueur d’onde déterminée, ou dans une plage de longueurs d’onde déterminée, permet, à la manière d’un corps noir, de déterminer la température à la surface de l’écran 11.

Pour orienter le champ de vision du deuxième capteur 60 vers l’écran 11, le deuxième capteur 60 est disposé à proximité du premier miroir 21, comme cela est représenté en figure 1.

Comme le montre la figure 3, le deuxième capteur 60 est situé à une distance D de l’écran 11 comprise de préférence entre 40 et 100 mm. Le champ de vision C du deuxième capteur 60 est défini par un premier angle ALPHA représentant la fenêtre du champ de vision C dans une première direction et par un second angle BETA représentant la fenêtre du champ de vision C dans une seconde direction orthogonale à la première. Ici, le premier angle ALPHA est de préférence compris entre 20° et 120°. Ici, le second angle BETA est de préférence compris entre 20° et 120°.

Pour supporter les variations thermiques à l’intérieur du dispositif d’affichage tête-haute 1, le deuxième capteur 60 est capable de fonctionner au moins entre -40°C et 100°C.

De manière remarquable, le deuxième capteur 60 est un capteur infrarouge. Cela signifie que le deuxième capteur 60 est principalement sensible à une plage de longueurs d’onde donnée de l’infrarouge, par exemple aux longueurs d’onde inférieures à 700 nm. Par «principalement sensible» on entend que le deuxième capteur 60 est par exemple 5 à 10 fois plus sensible à un rayonnement infrarouge qu’à un rayonnement visible. En d’autres termes, le capteur 60 possède une bande passante située dans l’infrarouge. Un capteur infrarouge permet de mettre en place une stratégie de protection solaire efficace puisque dans le domaine infrarouge, le rayonnement RA émis par l’écran 11 est plus représentatif de sa température que dans le domaine visible.

En effet, puisque le faisceau lumineux modulé L est constitué de longueurs d’onde comprises dans le domaine visible, ce dernier ne perturbe pas le fonctionnement du deuxième capteur 60.

De plus, le premier miroir 21 comprend ici un filtre optique 22 disposé sur sa surface réfléchissante et présentant un coefficient de réflexion inférieur à 5% pour un rayonnement compris dans une plage donnée de l’infrarouge, par exemples pour les longueurs d’onde inférieures à 700 nm. Grâce à ce filtre optique 22, la partie infrarouge du faisceau lumineux solaire LS n’atteint pas l’écran 11 et ne provoque pas son échauffement. Equipé du filtre optique 22, le premier miroir 21 est équivalent à un «miroir froid», la partie infrarouge d’un faisceau lumineux est transmise à travers le premier miroir 21 et seule la partie visible est réfléchie.

Le rayonnement RA mesuré par le deuxième capteur 60 ne dépend donc pas d’une possible réflexion partielle du faisceau lumineux solaire LS sur l’écran 11. Avec le premier filtre optique 22, le faisceau lumineux solaire LS réfléchi sur l’écran 11 ne peut générer qu’un rayonnement dans le domaine visible vers le deuxième capteur 60.

Grâce à des calibrations, il est possible déterminer la température de l’écran 11 sur la base de son rayonnement RA, notamment de son rayonnement RA dans le domaine infrarouge. Pour un positionnement donné du deuxième capteur 60, on peut par exemple faire varier la température de l’écran 11 et réaliser des mesures de rayonnement afin de construire un modèle de corrélation mathématique. Le deuxième capteur 60 permet donc ici de déterminer, en temps réel, la température à la surface de l’écran 11.

Ici, le deuxième capteur 60 comprend une matrice de cellules photoélectriques. Cette matrice permet de déterminer la température en plusieurs points à la surface de l’écran 11. Un tel deuxième capteur 60 est capable de donner par exemple 64 valeurs de températures lorsqu’il comprend une matrice de 8x8 cellules photoélectriques.

Cette matrice de cellules photoélectriques permet de déterminer une distribution de température DT à la surface de l’écran 11. Cette distribution de température DT contient notamment des données sur la localisation et la température de points chauds qui peuvent se former sur l’écran 11 par focalisation du faisceau lumineux solaire LS.Un point chaud peut être très local, ce qui peut endommager l’écran 11 sans pour autant élever significativement la température ambiante TA. Un tel point chaud peut provenir d'une ligne de focalisation c'est-à-dire un fort éclairement dans le domaine du visible provenant du soleil.

Ainsi, grâce au deuxième capteur 60, le module de protection 30 peut commander la réduction d’intensité du faisceau lumineux modulé L, c’est-à-dire une réduction des performances du dispositif de génération d’images 10, sur la base du rayonnement RA émis par l’écran 11.

L’intensité du faisceau lumineux modulé L à un instant donnée après réduction par le module de protection 30 est appelée dans la suite intensité corrigée IC du faisceau lumineux modulé L. L’intensité corrigée IC dépend donc de la réduction d’intensité commandée sur la base du rayonnement RA mesuré par le deuxième capteur 60, c’est-à-dire sur la base de la distribution de température DT à la surface de l’écran 11.

Ici, l’intensité corrigée IC correspond à une intensité de consigne, pondérée, entre autres, par un deuxième coefficient C2 déterminée sur la base du rayonnement RA. L’intensité de consigne est par exemple déterminée par le conducteur pour atteindre une luminance donnée de l’image virtuelle.

Le deuxième coefficient C2 peut par exemple être déterminé sur la base de la température la plus chaude déterminée à la surface de l’écran 11, telle que le point chaud le plus chaud. Ainsi, lorsque que la température en un point dépasse une valeur seuil, le deuxième coefficient peut être fixé à une valeur inférieure à 1, par exemple en suivant une courbe de réduction basée sur la température du point le plus chaud.

Une méthode alternative de détermination du deuxième coefficient C2 est présentée en figure 5.

Les différents coefficients présentés précédemment permettent de mettre en place un procédé de protection thermique du dispositif d’affichage tête-haute 1 représenté en figure 4.

Dans un premier mode de réalisation, le procédé de protection thermique du dispositif d’affichage tête-haute 1 comprend :
- une étape e1 de détermination par le premier capteur 65 de la luminosité extérieure LE ;
- une étape e2 de mesure par le deuxième capteur 60 du rayonnement RA émis par l’écran 11;
- une étape e5 de réduction, commandée par le module de protection 30, de l’intensité du faisceau lumineux modulé L sur la base de la luminosité extérieure LE et sur la base du rayonnement RA.

L’utilisation combinée de ces deux capteurs 60, 65 permet de mettre en place une stratégie de protection thermique efficace. En effet, le faisceau lumineux solaire LS est une contrainte thermique externe qui peut être trois à quatre fois supérieure à aux contraintes thermiques internes et qui peut générer des échauffements locaux rapides, il convient donc de détecter ces points chauds pour anticiper les échauffements.

De façon remarquable, on peut effectuer les étapes e2 et/ou e5 uniquement lorsqu’un faisceau lumineux solaire LS pénètre dans le boîtier 50. Ici, le premier capteur 65 est utilisé pour estimer les conditions où un faisceau lumineux solaire LS pénètre dans le boîtier 50, soit directement par exemple grâce au guide de lumière décrit précédemment, soit indirectement sur la base de la luminosité extérieure LE. En pratique, les étapes e2 et e5 sont déclenchées lorsque la luminosité extérieure LE est supérieure à une valeur seuil. On peut aussi prévoir que les étapes e2 et e5 soient déclenchées lorsque le premier coefficient C1 est supérieure à 1, c’est-à-dire dans des conditions de fort ensoleillement.

L’exécution des étapes e2 et e5 peut donc dépendre de la luminosité extérieure LE déterminé à l’étape e1. Ce déclenchement des étapes e2 et e5 permet de réaliser des économies d’énergie et d’éviter des réductions intempestives d’intensité du faisceau lumineux modulé L.

Ici, à l’étape e1, la luminosité extérieure LE permet de déterminer le premier coefficient C1. A l’étape e2, le rayonnement RA permet de déterminer le deuxième coefficient C2. A l’étape e5, le module de protection 30 peut alors calculer l’intensité corrigée IC en pondérant l’intensité de consigne par le premier coefficient C1 et/ou par le deuxième coefficient C2.

La figure 5 représente une séquence d’étapes permettant de déterminer le deuxième coefficient C2 sur la base, entre autres, du rayonnement RA mesuré par le deuxième capteur 60.

Ici, le procédé de protection comprend une étape e21 de détermination d’une distribution de température DT à la surface de l’écran 11. La distribution de température DT est déterminée sur la base du rayonnement RA émis par l’écran 11. La distribution de température DT est actualisée à intervalles de temps réguliers grâce à une horloge interne du module de protection 30. Après chaque intervalle de temps, la distribution de température DT est enregistrée dans un tableau, ici dans une mémoire du module de protection 30. Le tableau contient alors une série de distributions de température DT.

Ensuite, le procédé de protection comprend une étape e22 de calcul d’une moyenne dynamique MD de la température de l’écran 11 sur la base de la série de distributions de température DT. Pour cela, un filtre numérique est intégré au module de protection 30. Les coefficients du filtre peuvent être dynamiques, par exemple mis à jour à chaque intervalle de temps sur la base des distributions de température enregistrée dans le tableau. Les températures maximales représentatives des points chauds peuvent recevoir une pondération plus importante dans le calcul de la moyenne dynamique MD.

La moyenne dynamique MD est représentative de l’évolution temporelle de la température de l’écran 11. La moyenne dynamique MD est par exemple représentative des points chauds, de la température moyenne et des gradients de température. La moyenne dynamique MD permet de surveiller les augmentations rapides et locales de la température à la surface de l’écran 11. Ici, lorsque la stratégie de protection solaire est activée, les premiers intervalles de temps, par exemple les trois premiers, ne sont pas pris en compte pour éviter des valeurs aberrantes.

Le procédé de protection comprend alors une étape e23 de calcul d’une température maximale TMAX sur la base de la moyenne dynamique MD et d’une constante de temps CT de l’écran 11. La température maximale TMAX est une estimation de la température de l’écran 11, en régime permanent ou après une durée déterminée, si la contrainte thermique imposée sur l’écran 11 reste invariable, c’est-à-dire la température que va atteindre l’écran 11 si les contraintes thermiques, notamment l’ensoleillement, restent constantes. A l’étape e23 la température maximale TMAX, qui est représentative de l’élévation de température de l’écran 11, est ainsi déterminée sur la base la base du rayonnement RA et de la constante de temps CT. Pour cela, un estimateur est intégré au module de protection 30. L’estimateur peut par exemple être un réseau de neurone entraîné sur des mesures obtenues en calibration.

La constante de temps CT est un paramètre caractéristique de l’écran 11. La constante de temps CT représente la capacité thermique de l’écran 11, c’est-à-dire sa propension à s’échauffer lorsqu’il reçoit de l’énergie. La constante de temps CT dépend notamment des matériaux dans lesquels est réalisé l’écran 11. L’ajout de couches supplémentaires sur l’écran 11, tels que les films et les plaques de verre, permettent d’ajuster la constante de temps CT.

L’estimation de la température maximale TMAX permet de décider si une réduction de l’intensité du faisceau lumineux L est nécessaire. Si la température maximale TMAX est inférieure à une température limite de l’écran 11, l’intensité du faisceau lumineux L n’est pas réduite. Le deuxième coefficient C2 peut être fixé à 1. Si la température maximale TMAX est supérieure à la température limite de l’écran 11, l’intensité du faisceau lumineux L est réduite. Le deuxième coefficient C2 peut être fixé à une valeur inférieure à 1. La température limite de l’écran 11 est la température à laquelle l’écran 11 cesse de fonctionner normalement. La température limite de l’écran 11 peut être le seuil ambiant défini précédemment.

Le module de protection 30 peut ainsi commander une réduction d’intensité du faisceau lumineux modulé L quand la température maximale TMAX est supérieure à la température limite de l’écran 11.

Pour ce faire, le procédé de protection comprend une étape e24 de détermination du deuxième coefficient C2 sur la base de la température maximale TMAX et de la constante de temps CT. Par exemple, plus la température maximale TMAX est grande plus le deuxième coefficient C2 est faible, c’est-à-dire proche de 0, pour anticiper la montée en température de l’écran 11 vers une valeur élevée. Encore en exemple, plus la constante de temps CT est faible, plus le deuxième coefficient C2 est faible car l’écran 11 monte rapidement en température pour une contrainte thermique donnée, par exemple un ensoleillement donné.

Dans un deuxième mode de réalisation, représenté en figure 4, le procédé de protection thermique comprend en plus des étapes e1, e2 et e5 :
- une étape e3 dans laquelle la température ambiante TA est déterminée par le capteur de température 40; et
- une étape e4 dans laquelle la température de jonction TJ est déterminée par le circuit de mesure.

Ici, à l’étape e3, la température ambiante TA permet de déterminer le troisième coefficient C3. A l’étape e4, la température de jonction TJ permet de déterminer le quatrième coefficient C4.

Dans ce deuxième mode de réalisation, à l’étape e5, le module de protection peut alors commander la réduction d’intensité du faisceau lumineux modulé L sur la base de la température ambiante TA et/ou sur la base de la température de jonction TJ. A l’étape e5, le module de protection 30 peut alors calculer l’intensité corrigée IC en pondérant l’intensité de consigne par le troisième coefficient C3 et/ou par le quatrième coefficient C4.

Le module de protection 30 se base donc sur les paramètres suivant pour commander une réduction d’intensité du faisceau lumineux modulé L :
- la luminosité extérieure LE ;
- le rayonnement RA émis par l’écran 11;
- la température ambiante TA ;
- la température de jonction TJ.

Dans ce mode de réalisation, le module de protection 30 calcule l’intensité corrigée IC en pondérant l’intensité de consigne à la fois par le premier coefficient C1, par le deuxième coefficient C2, par le troisième coefficient C3 et par le quatrième coefficient C4.

Dans ce mode de réalisation, les différentes stratégies de protection (de réduction, de diminution ou sur la base de la distribution de température) interagissent de manière optimale pour fournir au conducteur l’image virtuelle la plus lumineuse possible tout en protégeant le dispositif de génération d’images 10. Cela permet d’augmenter la durée de vie du dispositif de génération d’images 10.

De plus, dans les deux modes de réalisation, on peut aussi prévoir que dans le cas d’un ensoleillement extrême, le module de protection 30 puisse commander la fermeture de la fenêtre 51 grâce à une pièce mobile de façon à empêcher le faisceau lumineux solaire LS de pénétrer à l’intérieur du dispositif d’affichage tête-haute 1. On peut aussi prévoir que le second miroir 25, qui ici est mobile, soit déplacé vers une position de protection où le trajet du faisceau lumineux modulé L entre le système optique 10 et la lame partiellement transparente 70 est interrompu, c’est-à-dire vers une position où le faisceau lumineux solaire LS ne peut pas atteindre le dispositif de génération d’images 10.

Claims

Dispositif d’affichage tête-haute (1) comprenant un boîtier (50), un dispositif de génération d’images (10) et un système optique (20), le dispositif de génération d’images (10) comprenant un écran (11), étant agencé à l’intérieur dudit boîtier (50) et étant conçu pour générer un faisceau lumineux (L), ledit système optique (20) comprenant un premier miroir (21) agencé pour réfléchir ledit faisceau lumineux(L), ledit système optique étant configuré pour projeter ledit faisceau lumineux (L) en direction d’une lame partiellement transparente (70) à travers une fenêtre (51) formée dans ledit boîtier (50),
ledit dispositif d’affichage tête-haute (1) comprenant en outre un module de protection (30) apte à commander une réduction d’intensité dudit faisceau lumineux (L) généré par ledit dispositif de génération d’images (10),
caractérisé en ce que ledit dispositif d’affichage tête-haute (1) comprend:
- un premier capteur (65) apte à déterminer une luminosité extérieure (LE); et
- un deuxième capteur (60) apte à mesurer un rayonnement (RA) émis par ledit écran (11); et
en ce que ledit module de protection (30) est apte à commander une réduction d’intensité dudit faisceau lumineux (L) sur la base de ladite luminosité extérieure (LE) et dudit rayonnement (RA).
Dispositif d’affichage tête-haute (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit deuxième capteur (60) possède un champ de vision (C) orienté vers ledit dispositif de génération d’images (10) de telle sorte que ledit rayonnement (RA) soit représentatif d’une température de surface dudit écran (11).
Dispositif d’affichage tête-haute (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel ledit premier miroir (21) comprend un filtre optique (22) disposé sur sa surface réfléchissante et présentant un coefficient de réflexion inférieur à 5% pour un rayonnement compris dans une plage de longueurs d’onde donnée de l’infrarouge.
Dispositif d’affichage tête-haute (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit deuxième capteur (60) est un capteur infrarouge.
Dispositif d’affichage tête-haute (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit deuxième capteur (60) comprend une matrice de cellules photoélectriques.
Dispositif d’affichage tête-haute (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le premier capteur (65) est conçu pour détecter un faisceau lumineux solaire (LS) entrant dans ledit boîtier (50).
Dispositif d’affichage tête-haute (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit module de protection (30) comprend un dispositif de mesure (40) d’une température ambiante (TA) dudit dispositif de génération d’images (10).
Dispositif d’affichage tête-haute (1) selon la revendication 7, dans lequel ledit module de protection (30) est conçu pour commander ladite réduction lorsque ladite température ambiante (TA) est supérieure à un seuil.
Dispositif d’affichage tête-haute (1) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit écran (11) comprend au moins un élément semi-conducteur et dans lequel ledit dispositif d’affichage tête-haute (1) comprend un circuit de mesure d’une température de jonction (TJ) dudit élément semi-conducteur.
Dispositif d’affichage tête haute (1) selon la revendication 9, dans lequel ledit module de protection (30) est conçu pour commander une réduction d’intensité du faisceau lumineux (L) lorsque la température de jonction (TJ) est supérieure à un seuil.
Procédé de protection d’un dispositif d’affichage tête-haute (1) comprenant:
- un boîtier (50);
- un dispositif de génération d’images (10) agencé à l’intérieur dudit boîtier (50), comprenant un écran (11) et conçu pour générer un faisceau lumineux (L);
- un système optique (20) configuré pour projeter ledit faisceau lumineux (L) en direction d’une lame partiellement transparente (70) et comprenant un premier miroir (21) agencé pour réfléchir ledit faisceau lumineux(L) ;
- un premier capteur (65);
- un deuxième capteur (60); et
- un module de protection (30);
ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
- une étape (e1) de détermination par ledit premier capteur (65) d’une luminosité extérieure (LE);
- une étape (e2) de mesure par ledit deuxième capteur (60) d’un rayonnement (RA) émis par ledit écran (11) ; et
- une étape (e5) de réduction, commandée par ledit module de protection (30), de l’intensité du faisceau lumineux modulé (L) sur la base de ladite luminosité extérieure (LE) et sur la base dudit rayonnement (RA).
Procédé de protection selon la revendication 11, dans lequel l’étape (e2) de mesure du rayonnement (RA) est déclenchée sur la base de ladite luminosité extérieure (LE).
Procédé de protection selon la revendication 12, comprenant les étapes suivantes:
- une étape (e3) de détermination d’une température ambiante (TA) par un capteur de température (40); et
- une étape (e4) de détermination d’une température de jonction (TJ) par un circuit de mesure;
et dans lequel la réduction d’intensité (e5) du faisceau lumineux modulé (L) est effectuée sur la base de ladite température ambiante (TA) et de ladite température de jonction (TJ).
Procédé de protection selon l’une des revendications 11 à 13, comprenant une étape (e23) de détermination, sur la base dudit rayonnement (RA) et d’une constante de temps (CT) dudit écran (11), d’une température maximale (TMAX) représentative de l’élévation de température dudit écran (11).
Procédé de protection selon la revendication 14, dans lequel ledit module de protection (30) commande une réduction d’intensité dudit faisceau lumineux modulé (L) quand ladite température maximale (TMAX) est supérieure à une température limite dudit l’écran (11).