FR3117222A1 - afficheur tête-haute à lame holographique - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un afficheur tête-haute (10) pour véhicule automobile, comportant un boîtier (40), un dispositif de formation d’images (20) logé à l’intérieur du boîtier et adapté à générer une image brute, et un système de renvoi d’images fixé au boîtier. Selon l’invention, le système de renvoi d’images comporte une lame holographique (30) qui ferme entièrement une fenêtre (41) pratiquée dans le boîtier, qui est agencée pour recevoir l’image brute générée par le dispositif de formation d’images et qui est adaptée à grossir ladite image brute. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne de manière générale les dispositifs d’aide à la conduite de véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un afficheur tête-haute pour véhicule automobile, qui comporte :
- un boîtier,
- un dispositif de formation d’images logé à l’intérieur du boîtier et adapté à générer une image brute, et
- un système de renvoi d’images fixé au boîtier.
- un boîtier,
- un dispositif de formation d’images logé à l’intérieur du boîtier et adapté à générer une image brute, et
- un système de renvoi d’images fixé au boîtier.
Etat de la technique
Afin de faciliter et rendre plus sûre la conduite d’un véhicule automobile, on souhaite éviter que le conducteur ne soit forcé de détourner son regard de la route qu’il emprunte lorsqu’il désire regarder le tableau de bord, par exemple pour voir la vitesse à laquelle il roule ou la direction qu’il doit emprunter pour arriver à destination.
Pour cela, il est connu d’utiliser un afficheur tête-haute, adapté à projeter des informations élémentaires (vitesse du véhicule, direction à suivre, …) à la hauteur du regard du conducteur lorsque ce dernier observe la route.
Un tel afficheur comporte généralement un dispositif de formation d’images et un système de renvoi d’images qui permet de réfléchir le faisceau lumineux émis par le dispositif de formation d’images vers une plaque partiellement réfléchissante (communément appelée « combineur ») située dans le champ de vision du conducteur.
Un tel afficheur comprend en outre un boîtier qui loge le dispositif de formation d’image et le système de renvoi d’image. Ce boîtier est conçu pour être rapporté dans l’habitacle du véhicule, plus précisément dans la planche de bord du véhicule, c’est-à-dire sous le pare-brise.
Pour permettre le passage de la lumière depuis le dispositif de formation d’images vers la lame partiellement réfléchissante qui est située à l’extérieur du boîtier, ce dernier présente une fenêtre principale.
Pour éviter la chute d’objets dans le boîtier ou l’entrée de poussières à l’intérieur du boîtier, ce qui risquerait de détériorer l’un des composants de l’afficheur, cette fenêtre principale est généralement fermée par une vitre de protection.
L’inconvénient majeur de cette vitre de protection est que, puisqu’elle est positionnée à proximité du pare-brise, elle est susceptible de réfléchir la lumière extérieure, notamment la lumière du soleil, ainsi que de réfracter cette lumière à l’intérieur du boîtier. Il peut alors arriver que cette lumière perturbe la lisibilité des informations projetées par l’afficheur tête-haute, voire qu’elle gêne le conducteur du véhicule.
Il est par ailleurs connu d’utiliser, en guise de lame partiellement réfléchissante, le pare-brise lui-même. La surface offerte par ce pare-brise étant très grande, il est alors envisageable d’implémenter une fonction de réalité augmentée permettant d’afficher dans le champ de vision du conducteur des éléments superposés à l’environnement, dans une position qui dépend justement de cet environnement.
La difficulté est que le champ de vision dans lequel les informations doivent être affichées est très important. Le système de renvoi d’image doit alors comporter un miroir grossissant de grande taille pour couvrir la surface souhaitée du pare-brise. La taille de la vitre de protection doit également être agrandie, ce qui rend les problèmes de luminosité précités plus prégnants encore.
Par ailleurs, ces éléments de grandes tailles génèrent un encombrement important, notamment car le miroir doit être incliné par rapport à la vitre de protection. De ce fait, le boîtier qui loge ces éléments occupe un grand volume qu’il est difficile d’implanter dans l’habitacle du véhicule lors de la conception de ce dernier.
Enfin, il s’avère difficile de réaliser des miroirs aptes à réaliser le grossissement souhaité à des coûts restreints, sans générer des aberrations optiques désagréables pour le conducteur.
Présentation de l'invention
Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose de remplacer le miroir et la vitre de protection par un unique élément assurant leurs différentes fonctions.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un afficheur tête-haute tel que défini dans l’introduction, dans lequel le système de renvoi d’images comporte une lame holographique qui ferme entièrement une fenêtre pratiquée dans le boîtier, qui est agencée pour recevoir directement l’image brute générée par le dispositif de formation d’images et qui est adaptée à agrandir cette image brute.
Ainsi, grâce à l’invention, la lame holographique assure à elle seule plusieurs fonctions, ce qui permet de réduire l’encombrement de l’afficheur. L’utilisation d’une plaque holographique qui a une fonction de grosissement d’images permet en outre de réduire la taille du boîtier. Enfin, le coût de fabrication d’une telle lame holographique s’avère moins élevé que celui d’un miroir concave de bonne facture.
D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’afficheur tête-haute conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le système de renvoi est adapté à renvoyer le faisceau lumineux issu du dispositif de formation d’images vers le pare-brise du véhicule automobile ;
- ladite lame holographique est le seul composant du système de renvoi qui est adapté à grossir ladite image brute ;
- le système de renvoi d’image est formé uniquement de ladite lame holographique, le faisceau lumineux issu du dispositif de formation d’images étant orienté directement vers ladite lame holographique et le faisceau lumineux issu de ladite lame holographique étant orienté directement vers le pare-brise du véhicule automobile ;
- la lame holographique a une fonction de déviation du faisceau lumineux qui la traverse ;
- la lame holographique a une fonction de distorsion du faisceau lumineux qui la traverse, ladite distorsion étant associée à une forme de pare-brise de véhicule automobile ;
- la lame holographique est formée par une plaque inerte ;
- la lame holographique est formée par une plaque plane ;
- le dispositif de formation d’images comporte au moins une source lumineuse monochromatique.
- le système de renvoi est adapté à renvoyer le faisceau lumineux issu du dispositif de formation d’images vers le pare-brise du véhicule automobile ;
- ladite lame holographique est le seul composant du système de renvoi qui est adapté à grossir ladite image brute ;
- le système de renvoi d’image est formé uniquement de ladite lame holographique, le faisceau lumineux issu du dispositif de formation d’images étant orienté directement vers ladite lame holographique et le faisceau lumineux issu de ladite lame holographique étant orienté directement vers le pare-brise du véhicule automobile ;
- la lame holographique a une fonction de déviation du faisceau lumineux qui la traverse ;
- la lame holographique a une fonction de distorsion du faisceau lumineux qui la traverse, ladite distorsion étant associée à une forme de pare-brise de véhicule automobile ;
- la lame holographique est formée par une plaque inerte ;
- la lame holographique est formée par une plaque plane ;
- le dispositif de formation d’images comporte au moins une source lumineuse monochromatique.
L’invention propose également un véhicule automobile comportant un habitacle qui est fermé à l’avant par un pare-brise et qui loge intérieurement une planche de bord, et un afficheur tête-haute tel que précité, logé dans la planche de bord.
Préférentiellement, la lame holographique dévie le faisceau lumineux directement issu du dispositif de formation d’images vers le pare-brise.
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.
Description détaillée de l'invention
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 :
Sur la , on a représenté un afficheur tête-haute 10 destiné à équiper un véhicule automobile quelconque (voiture, camion…).
Un tel véhicule automobile comporte classiquement un châssis et une carrosserie qui délimitent un habitacle 70 pour le conducteur et pour les passagers du véhicule.
Cet habitacle 70 est fermé à l’avant par un pare-brise 50 au travers duquel le conducteur peut observer la route. Il loge différents éléments, parmi lesquels des sièges et une planche de bord 60.
L’afficheur tête-haute 10 est ici conçu pour être fixé à la planche de bord 60 et pour émerger de ce dernier par une ouverture 61 située en regard du pare-brise 50 du véhicule.
Cet afficheur tête-haute 10 comprend un boîtier 40 qui loge un calculateur 80 et un dispositif de formation d’image 20 piloté par le calculateur 80. Un système de renvoi d’images est également fixé à ce boîtier 40.
Le boîtier 40 comporte des parois externes qui délimitent entre elles un espace intérieur. Il comporte des moyens d’assujettissement à la planche de bord 60 du véhicule, et des moyens de fixation du dispositif de formation d’image 20, du calculateur 80 et du système de renvoi d’images. Il peut par exemple s’agir de moyens de vissage ou de tout autre moyen adapté.
Comme le montre la , le dispositif de formation d’images 20 comporte une source de lumière 21 et un système de génération d’images 22.
La source de lumière 21 comprend au moins une source monochromatique. Par monochromatique, on entend qu’elle émet dans une bande de fréquences très réduite, de préférence aussi réduite que possible. Ici, la source monochromatique émet de préférence un faisceau laser.
La source de lumière 21 comporte, de préférence, deux (voire trois) sources monochromatiques émettant à des fréquences bien distinctes. On peut ainsi prévoir que l’une de ces sources monochromatiques émette dans le vert tandis que l’autre de ces sources monochromatiques émet dans le rouge (l’éventuelle troisième source monochromatique émettant dans le bleu).
Si la source de lumière 21 comporte exactement deux sources monochromatiques, les couleurs employées permettront d’afficher dans le champ de vision du conducteur des informations vertes, jaunes et rouges.
Si la source de lumière 21 comporte exactement trois sources monochromatiques, les couleurs employées permettront d’afficher dans le champ de vision du conducteur des informations de toutes les couleurs possibles, ainsi que des informations blanches.
Les faisceaux lumineux respectifs des sources monochromatiques sont préférentiellement combinés (par exemple à l’aide de miroirs dichroïques) afin de former un faisceau lumineux polychromatique (ici laser) émis en sortie de la source de lumière 21.
Le système de génération d’images 22 peut être du type « à modulation de lumière » ou du type « émissif ».
S’il est du type « à modulation de lumière », il pourrait comprendre un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display") à transistors en couche mince (ou TFT pour "Thin-Film Transistor"), piloté par le calculateur. Toutefois, de préférence, il comprendra plutôt une matrice de micro-miroirs orientables indépendamment les uns des autres (on parle alors communément de technologie DMD ou DLP).
On considérera ici que le système de génération d’images 22 est du type « émissif » et qu’il comprend un diffuseur 24 sur laquelle les images se forment et une unité de balayage 23 pilotée par le calculateur de façon à dévier le faisceau laser dans des directions variables pour balayer la face arrière du diffuseur 24. L’unité de balayage 24 pourra ainsi par exemple comprendre au moins un miroir mobile, se présentant par exemple sous la forme d’un microsystème électromécanique (ou MEMS pour "MicroElectroMechanical System").
Quel que soit son type, le dispositif de formation d’images 20 permet, sous le contrôle du calculateur, de générer des images brutes comprenant des informations utiles à la conduite du véhicule, que le système de renvoi d’images va pouvoir projeter dans le champ de vision du conducteur lorsque le regard de ce dernier est tourné vers la route.
Comme le montre la , le système de renvoi d’images, qui fait plus précisément ici l’objet de la présente invention, est plus spécifiquement conçu pour projeter une image virtuelle Img dans le champ de vision du conducteur du véhicule, à une distance du conducteur qui est supérieure à celle séparant le conducteur du pare-brise 50 (si bien que les yeux du conducteur n’ont pas à effectuer de travail d’accommodation pour percevoir de manière nette la route et les informations projetées).
Ce système de renvoi d’images comporte une lame holographique 30.
Cette lame holographique 30 est prévue pour être traversée par le faisceau lumineux issu du dispositif de formation d’images 20. On parle donc d’hologramme de transmission.
Elle est prévue pour recevoir directement l’image brute émise par le dispositif de formation d’images 20. Par « directement », on entend qu’aucun composant optique ne se trouve entre le dispositif de formation d’images 20 et cette lame holographique 30.
La lame holographique 30 présente une figure d’interférence qui permet de restituer une image holographique lorsqu’elle est éclairée par le faisceau lumineux issu du dispositif de formation d’images 20.
Elle est plus précisément prévue pour déformer l’image brute affichée par le dispositif de formation d’images 20 d’une manière particulière. Elle présente à cet effet différentes « fonctions ».
La première de ces fonctions est une fonction de grossissement de l’image brute.
Ainsi, l’angle au sommet maximum du cône formé par le faisceau lumineux issu du dispositif de formation d’images 20 est inférieur à l’angle au sommet maximum du cône formé par l’image virtuelle.
De cette manière, la largeur du faisceau lumineux arrivant sur le pare-brise 50 est grande, ce qui permet non seulement d’afficher davantage d’informations dans le champ de vision du conducteur, mais qui permet surtout d’implémenter une fonction de réalité augmentée permettant d’afficher dans le champ de vision du conducteur des éléments superposés à l’environnement, dans une position qui dépend justement de cet environnement. A titre d’exemple, il est possible d’afficher un triangle rouge clignotant dans le champ de vision du conducteur, au niveau d’un piéton s’apprêtant à traverser la route, de façon à attirer l’attention du conducteur sur ce dernier.
On notera ici que la lame holographique 30 est de préférence le seul composant de l’afficheur tête-haute 10 à assurer une telle fonction de grossissement de l’image brute.
D’ailleurs, de façon préférentielle, le système de renvoi d’image est composé exclusivement d’un seul élément, à savoir de cette lame holographique 30, ce qui permet de réduire son encombrement et son coût.
Préférentiellement, la lame holographique 30 a également une fonction de déviation du faisceau lumineux qui la traverse.
En d’autres termes, si on considère, d’une part, l’axe moyen du faisceau lumineux qui est émis par le dispositif de formation d’images 20 et qui arrive sur cette lame, et, d’autre part, l’axe du faisceau lumineux qui ressort de la lame holographique 30, on constate que ces deux axes sont inclinés l’un par rapport à l’autre.
Cette lame holographique 30 est ainsi agencée par rapport au dispositif de formation d’images 20 de manière à recevoir directement l’image brute générée par ce dispositif de formation d’images 20, pour la grossir et la dévier (par transmission) dans une direction particulière.
Dans le cas ici considéré, l’angle de déviation du faisceau lumineux est choisi de façon à ce qu’il prenne une direction distincte de celle des lumières parasites
Grâce à cette fonction de déviation, le concepteur du véhicule automobile dispose en outre de davantage de latitude pour implanter l’afficheur tête-haute 10 dans l’habitacle 70 du véhicule, l’angle de déviation pouvant éventuellement être ajusté de façon que le faisceau lumineux qui sort de l’afficheur tête-haute 10 soit orientée vers la zone souhaitée du pare-brise 50 du véhicule automobile.
La troisième fonction de la lame holographique 30 est une fonction de distorsion du faisceau lumineux qui la traverse.
En effet, le pare-brise présente une courbure bien particulière, qui n’est pas la même d’un modèle de véhicule automobile à l’autre. Cette courbure varie en outre d’un point à l’autre du pare-brise.
La fonction de distorsion permet alors de compenser cette courbure de façon que l’image virtuelle Img vue par le conducteur soit autant que possible dépourvue d’aberration géométrique.
La distorsion prévue dans la figure d’interférence de la lame holographique 30 est alors variable d’un modèle du véhicule automobile à l’autre, puisqu’elle sera propre au modèle de pare-brise équipant le véhicule dans lequel sera installé l’afficheur tête-haute 10,
En pratique, la lame holographique 30 se présente ici sous la forme d’une plaque plane translucide et inerte.
Elle est par exemple obtenue par insolation. A titre d’exemple, elle peut être formée d’une couche photopolymère revêtue d’une couche de protection durcissable permettant de sceller la figure d’interférence imprimée sur la couche photopolymère.
Cette impression peut par exemple être obtenue à l’aide d’un interféromètre à deux voies, dans une des voies duquel on place un miroir plan servant de référence, et dans l’autre des voies duquel on place un miroir convexe.
Ce miroir convexe devra alors présenter les trois fonctions précitées de grossissement, de déviation et de distorsion (en ayant une forme adaptée et en étant orienté avec une inclinaison souhaitée dans la seconde voie de l’interféromètre).
Bien entendu, la figure d’interférence pourrait être obtenue autrement, par exemple par calculs et par photo-impression.
Comme le montre la , la plaque holographique 30 et le pare-brise 50 permettent de renvoyer le faisceau lumineux vers le conducteur, de façon à afficher l’image virtuelle Img dans le champ de vision du conducteur.
Le faisceau lumineux est pour cela renvoyée vers le visage du conducteur, sur une surface (communément appelée « eye box ») qui englobe les deux yeux du conducteur.
Cette surface, mesurée dans le plan dans lequel se trouve généralement (en moyenne) les yeux d’un conducteur, présente une forme globale de rectangle de dimensions importantes, supérieures à 90 mm par 90 mm, ici égales à 120 mm par 120 mm ou à 120 mm par 140 mm. De cette façon, quelle que soit la position du visage du conducteur dans ce plan (décalé vers le haut, le bas, la droite ou la gauche), le conducteur percevra les informations affichées par l’afficheur tête-haute 10.
A ce sujet, on notera que l’utilisation d’une lame holographique 30 permet de s'affranchir des contraintes d'alignement. En effet, puisque l'information stockée dans la lame holographique 30 est une transformée de Fourrier, l'information est répétée sur l'ensemble de la lame holographique 30 si bien que le conducteur verra sensiblement de la même façon les informations d’aide à la conduite quelle que soit la position de ses yeux dans la surface précitée. La lame holographique 30 permet également de bien contrôler la distorsion dynamique, c’est-à-dire le fait que la distorsion de l’image perçue varie lorsque le conducteur bouge sa tète de haut en bas ou de droite à gauche (du fait notamment que la courbure du pare-brise varie d’un point à l’autre).
Ici, comme le montre la , la plaque holographique est directement fixée au boîtier. Elle est ici plus précisément fixée dans une fenêtre 41 pratiquée dans la paroi du boîtier qui fait face au pare-brise 50. Elle y est fixée de façon à la fermer entièrement, de manière étanche aux poussières de plus d’un millimètre de diamètre.
Elle est ici fixée dans le plan de cette fenêtre 41, mais elle pourrait en variante être fixée contre la face interne ou contre la face externe du boîtier 40.
La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.
A titre d’exemple, il serait possible d’utiliser une lame partiellement réfléchissante (communément appelée « combineur ») pour réfléchir le faisceau lumineux qui sort de l’afficheur tête-haute 10 dans le champ de vision du conducteur.
Selon une autre variante de l’invention, on pourrait prévoir que la lame holographique présente seulement une ou deux fonctions (la fonction de grossissement étant ici la seule considérée comme essentielle).
Claims (10)
- Afficheur tête-haute (10) pour véhicule automobile, comportant : - un boîtier (40),
- un dispositif de formation d’images (20) logé à l’intérieur du boîtier (40) et adapté à générer une image brute, et
- un système de renvoi d’images fixé au boîtier (40),
caractérisé en ce que le système de renvoi d’images comporte une lame holographique (30) qui ferme entièrement une fenêtre (41) pratiquée dans le boîtier (40), qui est agencée pour recevoir directement l’image brute générée par le dispositif de formation d’images (20) et qui est adaptée à grossir ladite image brute. - Afficheur tête-haute (10) selon la revendication précédente, dans lequel, le système de renvoi étant adapté à renvoyer le faisceau lumineux issu du dispositif de formation d’images (20) vers le pare-brise (50) du véhicule automobile, ladite lame holographique (30) est le seul composant du système de renvoi qui est adapté à grossir ladite image brute.
- Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le système de renvoi d’image est formé uniquement de ladite lame holographique (30), le faisceau lumineux issu du dispositif de formation d’images (20) étant orienté directement vers ladite lame holographique (30) et le faisceau lumineux issu de ladite lame holographique (30) étant orienté directement vers le pare-brise (50) du véhicule automobile.
- Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la lame holographique (30) a une fonction de déviation du faisceau lumineux qui la traverse.
- Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la lame holographique (30) a une fonction de distorsion du faisceau lumineux qui la traverse, ladite distorsion étant associée à une forme de pare-brise (50) de véhicule automobile.
- Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la lame holographique (30) est formée par une plaque inerte.
- Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la lame holographique (30) est formée par une plaque plane.
- Afficheur tête-haute (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de formation d’images (20) comporte au moins une source lumineuse monochromatique.
- Véhicule automobile comportant un habitacle (70) fermé à l’avant par un pare-brise (50) et qui loge intérieurement une planche de bord (60), caractérisé en ce qu’il comporte un afficheur tête-haute (10) conforme à l’une des revendications précédentes, logé dans la planche de bord (60).
- Véhicule automobile selon la revendication précédente, dans lequel la lame holographique (30) dévie le faisceau lumineux directement issu du dispositif de formation d’images (20) vers le pare-brise.
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| WO (1) | WO2022090232A1 (fr) |
Citations (5)
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| US4880287A (en) * | 1987-01-06 | 1989-11-14 | Hughes Aircraft Company | Complex conjugate hologram display |
| US4932731A (en) * | 1986-11-14 | 1990-06-12 | Yazaki Corporation | Holographic head-up display apparatus |
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2020
- 2020-10-26 FR FR2010968A patent/FR3117222A1/fr active Pending
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2021
- 2021-10-26 WO PCT/EP2021/079692 patent/WO2022090232A1/fr unknown
- 2021-10-26 EP EP21798710.6A patent/EP4232855A1/fr active Pending
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| Publication number | Publication date |
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