WO2018078174A1 - Afficheur - Google Patents

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WO2018078174A1
WO2018078174A1 PCT/EP2017/077833 EP2017077833W WO2018078174A1 WO 2018078174 A1 WO2018078174 A1 WO 2018078174A1 EP 2017077833 W EP2017077833 W EP 2017077833W WO 2018078174 A1 WO2018078174 A1 WO 2018078174A1
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WO
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polarization
blade
light radiation
display
partially transparent
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Application number
PCT/EP2017/077833
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Inventor
Eric Blanc
Original Assignee
Valeo Comfort And Driving Assistance
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/604—Polarised screens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B2027/0192—Supplementary details
    • G02B2027/0194—Supplementary details with combiner of laminated type, for optical or mechanical aspects

Definitions

  • the present invention relates to a display comprising an image projection system and a partially transparent plate adapted to partially reflect a light radiation emitted by the image projection system.
  • the image In order for the driver to be able to visualize this information, the image must, after said partial reflection, be sufficiently luminous with respect to this environment to which it is superimposed.
  • the partially transparent blade transmits the light radiation from this environment with a high transmission coefficient, for example greater than 80%, to allow a quality display of this environment through the partially transparent blade.
  • the present invention provides a display comprising a partially transparent blade, and an image projection system which emits a first light radiation directed towards this blade, this partially transparent blade having a first main face and a second face Main and configured for:
  • the partially transparent plate is configured so that a ratio, equal to said reflection coefficient divided by said transmission coefficient, is greater when said light rays have a first polarization than when these light rays have a second polarization.
  • the invention further provides that the image projection system is configured so that the first light radiation is polarized and has said first polarization.
  • the partially transparent blade of this display thus has a reflection coefficient and / or a transmission coefficient depending on the polarization of said light radiation, which improves the compromise mentioned above.
  • This partially transparent blade makes it possible to increase the reflection coefficient for the generated image by reducing the value of the transmission coefficient of the blade, jointly, only for a component of the second radiation having said first polarization.
  • the reflection coefficient of the partially transparent plate can be increased for the first polarization, without having to reduce an average transmission coefficient equal to an average of the transmission coefficient for the first polarization and the transmission coefficient for the second polarization.
  • the second light radiation which in practice results from an environment visualized by the user through the blade, is generally weakly polarized, and it is therefore by the above-mentioned average transmission coefficient that its total light power is modified at the crossing of the beam. blade.
  • the first light radiation is here polarized according to the first polarization, and thus benefits from the high value of the reflection coefficient for this first polarization.
  • said reflection coefficient is greater when the first light radiation has said first polarization than when said first light radiation has said second polarization
  • said transmission coefficient is smaller for a component of the second light radiation having said first polarization than for another component of the second light radiation having said second polarization;
  • one of the first and second main faces of the partially transparent blade has a reflecting structure adapted to reflect said first light radiation with a greater reflection coefficient when this first light radiation has the first polarization than when this first light radiation has the second polarization;
  • said reflecting structure comprises a metal grid polarizer applied on said main face;
  • said reflecting structure is formed of a succession of facets presented by said main face, each inclined with respect to an average plane defined by this main face;
  • the partially transparent blade is essentially inabsorbent for the second light radiation
  • one of said main faces has a partially transparent coating, having a stronger absorption for the first polarization than for the second polarization;
  • the coating is applied to said blade at the main face adapted to receive the second light radiation;
  • the display is adapted to be arranged in a vehicle, said partially transparent blade being distinct from the windshield of the vehicle;
  • said first polarization is a linear polarization
  • said first polarization is a linear polarization, in a direction lying in an incidence plane defined by the first light radiation incident on said partially transparent plate;
  • said partially transparent blade is obtained by molding a plastic material
  • FIG. 1 is a schematic representation of a display according to the invention, seen from the side;
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a partially transparent blade of the display of Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic side view of another embodiment of the partially transparent blade of the display of FIG. 1.
  • Figure 1 shows schematically the main elements of a display 1, here a head-up display, intended to equip a vehicle, for example a motor vehicle, a train, a boat such as a barge, a tram or a bus.
  • a display here a head-up display, intended to equip a vehicle, for example a motor vehicle, a train, a boat such as a barge, a tram or a bus.
  • the display 1 comprises an image projection system 6 which comprises an image generation unit 4, and, here, an optical projection assembly.
  • the image generation unit 4 emits, in the visible radiation domain, a light radiation (represented by the arrow FO) representative of an image.
  • This image is generated here by means of a liquid crystal display (or LCD for “Liquid Crystal Display”), for example thin film transistors (or TFT for "Thin-Film Transistor”).
  • the optical projection assembly is adapted to project the image generated by the image generation unit 4 in the direction of a blade 2; 10 partially transparent.
  • the optical projection assembly here comprises a folding mirror 5.
  • it could comprise a plurality of mirrors and / or other optical elements, or be omitted (in which case the image generation unit transmits the mirror directly. aforementioned light radiation towards the partially transparent blade).
  • the image projection system 6 thus emits a first light radiation (represented by the arrow F3 of FIG. 1), representative of the image generated and directed towards the plate 2; 10 partially transparent.
  • This blade returns, by partial reflection, a portion of the first light radiation towards a user of the vehicle (arrow F4).
  • This user in practice a driver of the vehicle, can thus view the generated image without looking away from an environment, here a roadside environment facing the vehicle, visible through said transparency blade.
  • the partially transparent blade is here implemented by means of a combiner 10, that is to say a partially transparent plate, distinct from the windshield 2 of the vehicle, arranged between this windshield 2 and the eyes 3 of the user.
  • the image projection system directly projects the image generated by the image generation unit towards the windshield of the vehicle, the aforementioned combiner then being omitted.
  • the partially transparent blade is thus implemented in the form of the windshield of the vehicle.
  • the partially transparent blade 10 has:
  • a second main face 1 located opposite the user, that is to say on the side of said environment (road).
  • the partially transparent blade 10 is adapted to reflect incident light radiation on the blade 10 at its first face 12, with a reflection coefficient, denoted CR, in a given direction, to produce a reflected light radiation.
  • This reflection coefficient is equal to the power of this reflected light radiation, divided by the power of said incident radiation (before reflection by the blade).
  • Said direction in practice corresponds to the direction in which the user's head is located.
  • This reflection coefficient CR takes a first value, denoted CR (1), when said incident light radiation has a first polarization, and a second value, denoted CR (2), when the incident light radiation has a second polarization.
  • the first light radiation (represented by the arrow F3), produced by the image projection system 6, is incident on the blade 10 at its first face 12. It is thus reflected at least partially by the blade 10, with the reflection coefficient CR, towards the user.
  • a second light radiation (shown schematically by the arrow F1) from the above-mentioned environment is incident on the partially transparent blade 10 at the second main face 11. Part of this second light radiation (arrow F2) is transmitted by the blade 10 and can thus reach the user.
  • the blade 10 transmits this second light radiation with a transmission coefficient, denoted CT, in said given direction.
  • This second light radiation is weakly polarized, or even unpolarized. It comprises a first and a second component, distinct, respectively having the first polarization and the second polarization mentioned above.
  • This transmission coefficient has a first value, denoted CT (1), for the first component of this radiation (having said first polarization).
  • This first value CT (1) of the transmission coefficient CT is equal to the power of said first component, after transmission by the blade 10, divided by its power before transmission by the blade 10 (upstream of the blade).
  • the transmission coefficient CT has a second value, denoted CT (2), equal, as before, to the power of said second component, after transmission by the blade 10, divided by its power before transmission by the blade 10.
  • the reflection and transmission coefficients mentioned above are defined in the visible radiation domain, that is to say by not taking account that the components of said radiation having a wavelength of the visible range.
  • the partially transparent blade here the combiner 10 is configured so that a ratio, denoted here R, equal to said reflection coefficient CR divided by said transmission coefficient CT, is greater when said light rays have a first polarization only when these light rays have a second polarization.
  • the first value R (1) of this ratio being greater than its second value R (2).
  • the image projection system 6 is configured so that the first light radiation is polarized and has said first polarization.
  • the first light radiation is polarized because it comes from the liquid crystal screen by means of which the image to be displayed is generated.
  • This average transmission coefficient is equal to an average of the value of the transmission coefficient CT (1) for the first polarization and the value of the transmission coefficient CT (2) for the second polarization, for example an arithmetic mean of the shape next :
  • CTm (CT (1) + CT (2)) / 2.
  • the second light radiation being here weakly polarized, or even unpolarized, it is by such an average transmission coefficient that its total power is modified at the crossing of the blade.
  • the following values for the ratio R and for the reflection coefficients CR and for transmission CT may for example be provided:
  • the first light radiation representative of the image generated, then has a reflection coefficient of about 30%, while the second light radiation from said environment is transmitted with an average transmission coefficient of about 80%.
  • This configuration illustrates the advantage of this display 1, compared to a display whose blade would have for example the same value of the ratio R for all polarizations. Indeed, to obtain an average transmission coefficient of 80%, it would be necessary in the latter case to limit the reflection coefficient to 20% for the radiation from the image projection system.
  • the first value R (1) of the ratio R may for example be between 0.43 and 0.67, the first value CR (1) of the reflection coefficient then being between 30% and 40% approximately.
  • the second value R (2) of the ratio R can be for example between 0.05 and 0.1 1, the second value CR (2) of the reflection coefficient then being between 5% and 10% approximately.
  • the first and second polarizations are here two linear polarizations orthogonal to each other.
  • the first polarization more precisely corresponds, here, to a linear polarization directed in a direction X ', X "contained in an incidence plane defined by the first light radiation incident on the plate 10 (polarization sometimes designated in the specialized literature as a "P" type polarization, the direction of this linear polarization, which is orthogonal to the mean propagation direction of the first light radiation, corresponds, before reflection, to the X 'direction, and after reflection to the X "direction, as shown schematically in Figure 1).
  • this plane of incidence is a plane perpendicular to the plate 10, and containing the mean direction of propagation of the first light radiation before reflection (this mean direction of propagation is shown schematically by the arrow F3 of FIG. representation of FIG. 1, this plane of incidence corresponds to the plane of the sheet, or, otherwise formulated, in terms of the drawing).
  • the second polarization is then, here, a linear polarization directed in a direction Y perpendicular to this plane of incidence (polarization sometimes referred to in the literature as an "S" type polarization).
  • the first polarization could be perpendicular to this plane of incidence, instead of being parallel to it (the second polarization then being parallel to the plane of incidence, instead of being perpendicular to it).
  • the first and second polarizations could correspond for example to two circular polarizations, the left and the other right, instead of corresponding to the two orthogonal linear polarizations mentioned above.
  • the partially transparent blade 10 is configured to be substantially inabsorbent for the second light radiation.
  • the portion of the second light radiation that is neither reflected nor transmitted by the blade (and which is therefore absorbed) represents a negligible fraction of this radiation. For example, less than 10% of the power of the second light radiation is then absorbed into the blade.
  • the blade is essentially inabsorbent, also for the first light radiation.
  • the blade 10 is configured so that the reflection coefficient CR is greater for the first polarization than for the second. Otherwise formulated, the first value CR (1) of the reflection coefficient CR is greater than its second value CR (2).
  • one of the first and second main faces 12, 1 1 of the partially transparent blade 10 has a reflective structure, adapted to reflect incident light radiation on the blade 10, with a greater reflection coefficient when this light radiation incident has the first polarization only when this incident light radiation has the second polarization.
  • This reflective structure is realized here by means of a polarizer at metal grid applied to the first main face 12 of the blade, as shown schematically in Figure 2.
  • This metal grid polarizer is formed of wires 120 or metal strips, arranged at the first face 12 of the blade and extending parallel to each other, in a direction X, contained in the mean plane defined by the blade 10.
  • the blade 10 is arranged here so that the direction X of these wires 120 is contained in the aforementioned plane of incidence, so that the reflection coefficient of this structure is actually larger for the first polarization (which is recalled that it is contained here in this plane of incidence) only for the second.
  • the value CR (1) of the reflection coefficient CR of the partially transparent plate 10, for the first polarization, is then effectively greater than the value CR (2) of this reflection coefficient CR for the second polarization.
  • this reflective structure is produced here by means of a metal grid polarizer, its reflection coefficient is greater for the first polarization than for the second polarization, independently of the wavelength of the visible range presented by the first polarization. radiation.
  • the partially transparent blade is thus adapted to efficiently reflect to the user a color image, having several wavelengths distinct from the visible range, and without significant alteration of the chromatic properties of this image.
  • this reflective structure causes only negligible absorption of the light radiation passing through it.
  • Part of the first light radiation, which is not reflected at this structure, is then transmitted by this structure, then passes through the blade 10, and can then be reflected at the second face 1 1 of the blade, in direction of the user. This makes, from the point of view of the user, the image to visualize even brighter.
  • the reflection coefficient CR of the blade generally corresponds to the overall reflection coefficient thereof, taking into account both a reflection on its first face 12, and a possible reflection on its second face 1 1.
  • This reflective structure partially reflects not only the first light radiation (towards the user), but also the second light radiation (after the latter has passed through the blade), and more strongly for the first polarization than for the second polarization.
  • the value CT (1) of the transmission coefficient CT of the blade 10 for the first component of the second light radiation (which has said first polarization) is smaller than the value CT (2) of this transmission coefficient CT for the second component of this light radiation (which has said second polarization).
  • the reflecting structure which makes it possible to preferentially reflect the first polarization, can be arranged on the second main face of the partially transparent blade, instead of being disposed as it is on its first face.
  • This reflecting structure is then arranged, relative to the blade, the opposite of the user, the side of the windshield of the vehicle.
  • This structure which can be fragile, is thus protected by the blade; in particular, the user can not easily touch this structure.
  • the above-mentioned reflective structure is obtained by directly shaping the first 12, or the second face 11 of the blade 10 of FIG. way that this face has a succession of facets.
  • These facets are each inclined with respect to a mean plane defined by this main face and form a succession of recesses on this main face.
  • One of the slices of the blade thus has a sawtooth profile.
  • Each pair of two successive facets has a prismatic shape.
  • one of the two facets is inclined with respect to said main face so that the angle of incidence of the first light radiation on this facet approaches the Brewster angle.
  • this reflective structure When this reflective structure is performed on the second main face 1 1 of the blade 10, it has the role of increasing the reflection coefficient of the first light radiation from the image generation unit 4 for said first polarization.
  • the prismatic shape defined by each pair of two successive facets has a generatrix parallel to the Y direction. Otherwise formulated, the edge common to these two successive facets is parallel to the Y direction.
  • the partially transparent blade can be obtained by molding a transparent plastic material.
  • the faceted structure which has just been described can then come from formation with the blade, being obtained directly during this molding.
  • FIG. 3 schematically represents a second embodiment of the partially transparent plate 10 of the display 1.
  • the second main face 1 1 of the blade has a partially transparent coating 1 10, having a stronger absorption for the first polarization than for the second polarization, in the manner of an absorption polarizing filter.
  • This coating is for example made by applying to the blade a layer of polymer material, more absorbent for the first polarization than for the second polarization. This coating makes it possible to selectively attenuate the first component of the second light radiation, at the crossing of the blade, thus increasing, from the point of view of the user, the brightness of the image to be visualized with respect to that of the environment roadside facing him.

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Abstract

L'invention concerne un afficheur (1) comprenant un système de projection d'image (6) qui émet un premier rayonnement lumineux dirigé vers une lame partiellement transparente configurée pour : - réfléchir, avec un coefficient de réflexion, ledit premier rayonnement lumineux, et pour - transmettre, avec un coefficient de transmission, un deuxième rayonnement lumineux. Selon l'invention, la lame partiellement transparente est configurée pour qu'un rapport, égal audit coefficient de réflexion divisé par ledit coefficient de transmission, soit plus grand lorsque lesdits rayonnements lumineux présentent une première polarisation que lorsque ces rayonnements lumineux présentent une deuxième polarisation, le système de projection d'image étant configuré que le premier rayonnement lumineux soit polarisé et présente ladite première polarisation.

Description

Afficheur
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne un afficheur comprenant un système de projection d'image ainsi qu'une lame partiellement transparente adaptée à réfléchir partiellement un rayonnement lumineux émis par le système de projection 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 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.
II est connu dans ce but d'équiper un véhicule automobile avec un afficheur dit tête haute. Dans un tel afficheur, une image comportant les informations à afficher est générée par une unité de génération d'image. Cette image est alors superposée visuellement à l'environnement faisant face au véhicule, au moyen d'une réflexion partielle sur une lame partiellement transparente située devant le conducteur, telle qu'un combineur disposé entre le parebrise du véhicule et les yeux du conducteur.
Pour que le conducteur puisse visualiser ces informations, l'image doit, après ladite réflexion partielle, être suffisamment lumineuse par rapport à cet environnement auquel elle est superposée.
II est par ailleurs souhaitable que la lame partiellement transparente transmette le rayonnement lumineux provenant de cet environnement avec un coefficient de transmission élevé, par exemple supérieur à 80 %, pour permettre une visualisation de qualité de cet environnement à travers la lame partiellement transparente.
Or, pour une surface partiellement réfléchissante, une augmentation du coefficient de réflexion s'accompagne généralement d'une diminution de son coefficient de transmission. Cela oblige, pour la lame partiellement transparente de l'afficheur, à choisir un compromis entre, d'une part, un coefficient de réflexion élevé, et, d'autre part, un coefficient de transmission élevé. OBJET DE L'INVENTION
Dans ce contexte, la présente invention propose un afficheur comprenant une lame partiellement transparente, ainsi qu'un système de projection d'image qui émet un premier rayonnement lumineux dirigé vers cette lame, cette lame partiellement transparente présentant une première face principale et une deuxième face principale et étant configurée pour :
- réfléchir, avec un coefficient de réflexion, ledit premier rayonnement lumineux, qui est incident sur la lame au niveau de sa première face principale, et pour
- transmettre, avec un coefficient de transmission, un deuxième rayonnement lumineux, qui est incident sur la lame au niveau de sa deuxième face principale.
Selon l'invention, la lame partiellement transparente est configurée pour qu'un rapport, égal audit coefficient de réflexion divisé par ledit coefficient de transmission, soit plus grand lorsque lesdits rayonnements lumineux présentent une première polarisation que lorsque ces rayonnements lumineux présentent une deuxième polarisation.
L'invention prévoit par ailleurs que le système de projection d'image est configuré pour que le premier rayonnement lumineux soit polarisé et présente ladite première polarisation.
La lame partiellement transparente de cet afficheur présente ainsi un coefficient de réflexion et/ou un coefficient de transmission dépendant de la polarisation desdits rayonnements lumineux, ce qui permet d'améliorer le compromis mentionné précédemment.
Cette lame partiellement transparente permet en effet d'augmenter le coefficient de réflexion pour l'image générée, en ne réduisant la valeur du coefficient de transmission de la lame, de manière conjointe, que pour une composante du deuxième rayonnement présentant ladite première polarisation.
Ainsi, grâce à l'invention, le coefficient de réflexion de la lame partiellement transparente peut être augmenté pour la première polarisation, sans avoir pour cela à réduire un coefficient de transmission moyen, égal à une moyenne du coefficient de transmission pour la première polarisation et du coefficient de transmission pour la deuxième polarisation.
Cette propriété est particulièrement intéressante car le deuxième rayonnement lumineux, qui provient en pratique d'un environnement visualisé par l'utilisateur à travers la lame, est généralement faiblement polarisé, et c'est donc par le coefficient de transmission moyen susmentionné que sa puissance lumineuse totale est modifiée à la traversée de la lame. Au contraire, le premier rayonnement lumineux est ici polarisé selon la première polarisation, et bénéficie ainsi de la valeur élevée du coefficient de réflexion pour cette première polarisation.
D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l'afficheur conforme à l'invention sont les suivantes :
- ledit coefficient de réflexion est plus grand lorsque le premier rayonnement lumineux présente ladite première polarisation que lorsque ce premier rayonnement lumineux présente ladite deuxième polarisation ;
- ledit coefficient de transmission est plus petit pour une composante du deuxième rayonnement lumineux présentant ladite première polarisation que pour une autre composante du deuxième rayonnement lumineux présentant ladite deuxième polarisation ;
- l'une des première et deuxième faces principales de la lame partiellement transparente présente une structure réfléchissante, adaptée pour réfléchir ledit premier rayonnement lumineux avec un coefficient de réflexion plus grand lorsque ce premier rayonnement lumineux présente la première polarisation que lorsque ce premier rayonnement lumineux présente la deuxième polarisation ;
- ladite structure réfléchissante comprend un polariseur à grille métallique appliqué sur ladite face principale ;
- ladite structure réfléchissante est formée d'une succession de facettes présentées par ladite face principale, inclinées chacune par rapport à un plan moyen défini par cette face principale ;
- la lame partiellement transparente est essentiellement inabsorbante pour le deuxième rayonnement lumineux ;
- l'une desdites faces principales présente un revêtement partiellement transparent, présentant une absorption plus forte pour la première polarisation que pour la deuxième polarisation ;
- ledit revêtement est appliqué sur ladite lame au niveau de la face principale adaptée à recevoir le deuxième rayonnement lumineux ; - l'afficheur est adapté à être disposé dans un véhicule, ladite lame partiellement transparente étant distincte du pare-brise du véhicule ;
- ladite première polarisation est une polarisation linéaire ;
- ladite première polarisation est une polarisation linéaire, selon une direction comprise dans un plan d'incidence défini par le premier rayonnement lumineux incident sur ladite lame partiellement transparente ;
- ladite lame partiellement transparente est obtenue par moulage d'une matière plastique ;
- les facettes susmentionnées viennent de formation avec la lame partiellement transparente, lors de ce moulage.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE 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 est une représentation schématique d'un afficheur conforme à l'invention, vu de côté ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une lame partiellement transparente de l'afficheur de la figure 1 ; et
- la figure 3 est une vue schématique de côté d'un autre mode de réalisation de la lame partiellement transparente de l'afficheur de la figure 1 .
La figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d'un afficheur 1 , ici un afficheur 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.
L'afficheur 1 comprend un système de projection d'image 6 qui comporte une unité de génération d'image 4, et, ici, un ensemble optique de projection.
L'unité de génération d'image 4 émet, dans le domaine de rayonnement du visible, un rayonnement lumineux (représenté par la flèche FO) représentatif d'une image. Cette image est générée ici au moyen d'un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display"), par exemple à transistors en couche mince (ou TFT pour "Thin-Film Transistor").
L'ensemble optique de projection est adapté pour projeter l'image générée par l'unité de génération d'image 4 en direction d'une lame 2 ; 10 partiellement transparente.
L'ensemble optique de projection comprend ici un miroir de repliement 5. En variante, il pourrait comprendre une pluralité de miroirs et/ou d'autres éléments optiques, ou être omis (auquel cas l'unité de génération d'image émet directement le rayonnement lumineux susmentionné en direction de la lame partiellement transparente).
Le système de projection d'image 6 émet ainsi un premier rayonnement lumineux (représenté par la flèche F3 de la figure 1 ), représentatif de l'image générée et dirigé vers la lame 2 ; 10 partiellement transparente.
Cette lame renvoie, par réflexion partielle, une partie du premier rayonnement lumineux en direction d'un utilisateur du véhicule (flèche F4).
Cet utilisateur, en pratique un conducteur du véhicule, peut ainsi visualiser l'image générée, sans détourner son regard d'un environnement, ici un environnement routier situé face au véhicule, visible par transparence à travers ladite lame.
La lame partiellement transparente est ici mise en œuvre au moyen d'un combineur 10, c'est-à-dire d'une plaque partiellement transparente, distincte du pare-brise 2 du véhicule, disposée entre ce pare-brise 2 et les yeux 3 de l'utilisateur.
On peut prévoir en variante que le système de projection d'image projette directement l'image générée par l'unité de génération d'image en direction du pare-brise du véhicule, le combineur précité étant alors omis. Dans ce cas, la lame partiellement transparente est ainsi mise en œuvre sous la forme du pare- brise du véhicule.
La lame 10 partiellement transparente présente :
- une première face 12 principale, située du côté de l'utilisateur, et
- une deuxième face 1 1 principale, située à l'opposée de l'utilisateur, c'est-à-dire du côté dudit environnement (routier).
La lame 10 partiellement transparente est adaptée à réfléchir un rayonnement lumineux incident sur la lame 10 au niveau de sa première face 12, avec un coefficient de réflexion, noté CR, dans une direction donnée, pour produire un rayonnement lumineux réfléchi. Ce coefficient de réflexion est égal à la puissance de ce rayonnement lumineux réfléchi, divisée par la puissance dudit rayonnement incident (avant réflexion par la lame). Ladite direction donnée correspond en pratique à la direction dans laquelle est située à la tête de l'utilisateur.
Ce coefficient de réflexion CR prend une première valeur, notée CR(1 ), lorsque ledit rayonnement lumineux incident présente une première polarisation, et une deuxième valeur, notée CR(2), lorsque le rayonnement lumineux incident présente une deuxième polarisation.
Le premier rayonnement lumineux (représenté par la flèche F3), produit par le système de projection d'image 6, est incident sur lame 10 au niveau de sa première face 12. Il est ainsi réfléchit au moins partiellement par la lame 10, avec le coefficient de réflexion CR, en direction de l'utilisateur.
Un deuxième rayonnement lumineux (représenté schématiquement par la flèche F1 ), provenant de l'environnement mentionné ci-dessus, est incident sur la lame 10 partiellement transparente au niveau de la deuxième face 1 1 principale. Une partie de ce deuxième rayonnement lumineux (flèche F2) est transmise par la lame 10 et peut ainsi parvenir jusqu'à l'utilisateur.
Le lame 10 transmet ce deuxième rayonnement lumineux avec un coefficient de transmission, noté CT, dans ladite direction donnée.
Ce deuxième rayonnement lumineux est faiblement polarisé, voire non polarisé. Il comprend une première et une deuxième composantes, distinctes, présentant respectivement la première polarisation et la deuxième polarisation mentionnées ci-dessus.
Ce coefficient de transmission présente une première valeur, notée CT(1 ), pour la première composante de ce rayonnement (présentant ladite première polarisation). Cette première valeur CT(1 ) du coefficient de transmission CT est égale à la puissance de ladite première composante, après transmission par la lame 10, divisée par sa puissance avant transmission par la lame 10 (en amont de la lame).
Pour la deuxième composante du deuxième rayonnement lumineux, le coefficient de transmission CT présente une deuxième valeur, notée CT(2), égale, comme précédemment, à la puissance de ladite deuxième composante, après transmission par la lame 10, divisée par sa puissance avant transmission par la lame 10.
Les coefficients de réflexion et de transmission mentionnés ci-dessus sont définis dans le domaine de rayonnement du visible, c'est-à-dire en ne prenant en compte que les composantes desdits rayonnements présentant une longueur d'onde du domaine du visible.
Selon une caractéristique particulièrement remarquable de l'afficheur 1 , la lame partiellement transparente, ici le combineur 10, est configurée pour qu'un rapport, noté ici R, égal audit coefficient de réflexion CR divisé par ledit coefficient de transmission CT, soit plus grand lorsque lesdits rayonnements lumineux présentent une première polarisation que lorsque ces rayonnements lumineux présentent une deuxième polarisation.
Autrement formulé, le rapport R = CR/CT présente :
- une première valeur R(1 ) = CR(1 )/CT(1 ), pour la première polarisation, et
- une deuxième valeur R(2) = CR(2)/CT(2), pour la deuxième polarisation,
la première valeur R(1 ) de ce rapport étant supérieure à sa deuxième valeur R(2).
Par ailleurs, de manière remarquable, le système de projection d'image 6 est configuré pour que le premier rayonnement lumineux soit polarisé et présente ladite première polarisation. Ici, le premier rayonnement lumineux est polarisé du fait qu'il provient de l'écran à cristaux liquides au moyen duquel est générée l'image à visualiser.
Cet afficheur permet avantageusement :
- d'augmenter le coefficient de réflexion pour le premier rayonnement lumineux, rendant ainsi l'image générée plus lumineuse pour l'utilisateur,
- sans réduire pour cela le coefficient de transmission moyen de la lame, grâce à quoi une visualisation de qualité dudit environnement (routier) est maintenue.
Ce coefficient de transmission moyen est égal à une moyenne de la valeur du coefficient de transmission CT(1 ) pour la première polarisation et de la valeur du coefficient de transmission CT(2) pour la deuxième polarisation, par exemple une moyenne arithmétique de la forme suivante :
CTm = (CT(1 )+CT(2)) / 2 .
Le deuxième rayonnement lumineux étant ici faiblement polarisé, voire non polarisé, c'est par un tel coefficient de transmission moyen que sa puissance totale est modifiée à la traversée de la lame. A titre d'illustration, on peut prévoir par exemple les valeurs suivantes pour le rapport R et pour les coefficients de réflexion CR et de transmission CT :
R(1 ) * 0,43 , avec CR(1 ) * 30 % et CT(1 ) * 70% , et
R(2) « 0,1 1 , avec CR(2) « 10 % et CT(2) * 90% .
Le premier rayonnement lumineux, représentatif de l'image générée, bénéficie alors d'un coefficient de réflexion de 30% environ, tandis que le deuxième rayonnement lumineux, provenant dudit environnement est transmis avec un coefficient de transmission moyen de 80% environ.
Cette configuration illustre l'avantage de cet afficheur 1 , par rapport à un afficheur dont la lame présenterait par exemple la même valeur du rapport R pour toutes les polarisations. En effet, pour obtenir un coefficient de transmission moyen de 80 %, il faudrait dans ce dernier cas limiter le coefficient de réflexion à 20% pour le rayonnement provenant du système de projection d'image.
La première valeur R(1 ) du rapport R peut par exemple être comprise entre 0,43 et 0,67 , la première valeur CR(1 ) du coefficient de réflexion étant alors comprise entre 30% et 40 % environ.
La deuxième valeur R(2) du rapport R peut quant à elle être comprise par exemple entre 0,05 et 0,1 1 , la deuxième valeur CR(2) du coefficient de réflexion étant alors comprise entre 5% et 10 % environ.
Les première et deuxième polarisations sont ici deux polarisations linéaires orthogonales entre elles.
La première polarisation correspond plus précisément, ici, à une polarisation linéaire dirigée selon une direction X', X" contenue dans un plan d'incidence défini par le premier rayonnement lumineux incident sur la lame 10 (polarisation parfois désignée dans la littérature spécialisée comme une polarisation de type « P » ; la direction de cette polarisation linéaire, qui est orthogonale à la direction de propagation moyenne du premier rayonnement lumineux, correspond, avant réflexion, à la direction X', et après réflexion à la direction X", comme représenté schématiquement sur la figure 1 ).
On rappelle que ce plan d'incidence est un plan perpendiculaire à la lame 10, et contenant la direction moyenne de propagation du premier rayonnement lumineux avant réflexion (cette direction moyenne de propagation est représenté schématiquement par la flèche F3 de la figure 1 ; dans la représentation de la figure 1 , ce plan d'incidence correspond au plan de la feuille, ou, autrement formulé, au plan du dessin).
La deuxième polarisation est alors, ici, une polarisation linéaire dirigée selon une direction Y perpendiculaire à ce plan d'incidence (polarisation parfois désignée dans la littérature spécialisée comme une polarisation de type « S »).
En variante, la première polarisation pourrait être perpendiculaire à ce plan d'incidence, au lieu de lui être parallèle (la deuxième polarisation étant alors parallèle au plan d'incidence, au lieu de lui être perpendiculaire).
Selon une autre variante, les première et deuxième polarisations pourraient correspondre par exemple à deux polarisations circulaires, l'une gauche et l'autre droite, au lieu de correspondre aux deux polarisations linéaires orthogonales mentionnées ci-dessus.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la lame 10 partiellement transparente est configurée de manière à être essentiellement inabsorbante pour le deuxième rayonnement lumineux.
Autrement formulé, dans ce premier mode de réalisation, la partie du deuxième rayonnement lumineux qui n'est ni réfléchie ni transmise par la lame (et qui y est donc absorbée) représente une fraction négligeable de ce rayonnement. Par exemple, moins de 10% de la puissance du deuxième rayonnement lumineux est alors absorbé dans la lame.
Cela permet d'améliorer la luminosité, du point de vue de l'utilisateur, dudit environnement visualisé à travers la lame.
Ici, la lame est essentiellement inabsorbante, également pour le premier rayonnement lumineux.
Dans ce premier mode de réalisation, la lame 10 est configurée pour que le coefficient de réflexion CR soit plus grand pour la première polarisation que pour la deuxième. Autrement formulé, la première valeur CR(1 ) du coefficient de réflexion CR est supérieure à sa deuxième valeur CR(2).
Pour cela, l'une des première et deuxième faces 12, 1 1 principales de la lame 10 partiellement transparente présente une structure réfléchissante, adaptée pour réfléchir un rayonnement lumineux incident sur la lame 10, avec un coefficient de réflexion plus grand lorsque ce rayonnement lumineux incident présente la première polarisation que lorsque ce rayonnement lumineux incident présente la deuxième polarisation.
Cette structure réfléchissante est réalisée ici au moyen d'un polariseur à grille métallique appliqué sur la première face 12 principale de la lame, comme cela est représenté schématiquement sur la figure 2.
Ce polariseur à grille métallique est formé de fils 120 ou de bandes métalliques, disposés au niveau de la première face 12 de la lame et s'étendant parallèlement entre eux, selon une direction X, contenue dans le plan moyen défini par la lame 10. La lame 10 est disposée ici de sorte que la direction X de ces fils 120 soit contenue dans le plan d'incidence précité, pour que le coefficient de réflexion de cette structure soit effectivement plus grand pour la première polarisation (dont on rappelle qu'elle est contenue ici dans ce plan d'incidence) que pour la deuxième.
La valeur CR(1 ) du coefficient de réflexion CR de la lame 10 partiellement transparente, pour la première polarisation, est alors effectivement supérieure à la valeur CR(2) de ce coefficient de réflexion CR pour la deuxième polarisation.
Comme cette structure réfléchissante est réalisée ici au moyen d'un polariseur à grille métallique, son coefficient de réflexion est plus grand pour la première polarisation que pour la deuxième, et cela indépendamment de la longueur d'onde du domaine du visible présentée par le premier rayonnement. La lame partiellement transparente est ainsi adaptée à réfléchir efficacement vers l'utilisateur une image en couleurs, présentant plusieurs longueurs d'ondes distinctes du domaine du visible, et cela sans altération notable des propriétés chromatiques de cette image.
En outre, cette structure réfléchissante n'entraine qu'une absorption négligeable des rayonnements lumineux qui la traversent.
Une partie du premier rayonnement lumineux, qui n'est pas réfléchie au niveau de cette structure, est alors transmise par cette structure, traverse ensuite la lame 10, et peut alors être réfléchie au niveau de la deuxième face 1 1 de la lame, en direction de l'utilisateur. Cela rend, du point de vue l'utilisateur, l'image à visualiser encore plus lumineuse.
On notera d'ailleurs que le coefficient de réflexion CR de la lame correspond de manière générale au coefficient de réflexion globale de celle-ci, prenant en compte à la fois une réflexion sur sa première face 12, et une réflexion éventuelle sur sa deuxième face 1 1 .
Cette structure réfléchissante réfléchit partiellement non seulement le premier rayonnement lumineux (en direction de l'utilisateur), mais aussi le deuxième rayonnement lumineux (après que ce dernier ait traversé la lame), et cela plus fortement pour la première polarisation que pour la deuxième polarisation.
Ainsi, la valeur CT(1 ) du coefficient de transmission CT de la lame 10 pour la première composante du deuxième rayonnement lumineux (qui présente ladite première polarisation) est plus petite que la valeur CT(2) de ce coefficient de transmission CT pour la deuxième composante de ce rayonnement lumineux (qui présente ladite deuxième polarisation). Les coefficients de réflexion et de transmission de la lame 10 partiellement transparente vérifient donc, ici, les relations suivantes :
CR(1 ) > CR(2) et CT(1 ) < CT(2).
La première valeur R(1 ) = CR(1 )/CT(1 ) du rapport R est ainsi effectivement supérieure à la deuxième valeur R(2) = CR(2)/CT(2) de ce rapport.
Dans une variante de ce premier mode de réalisation, la structure réfléchissante, qui permet de réfléchir de manière privilégiée la première polarisation, peut être disposée sur la deuxième face principale de la lame partiellement transparente, au lieu d'être disposée comme ici sur sa première face. Cette structure réfléchissante est alors disposée, par rapport à la lame, à l'opposé de l'utilisateur, du côté du pare-brise du véhicule. Cette structure, qui peut être fragile, est ainsi protégée par la lame ; en particulier, l'utilisateur ne peut pas facilement toucher cette structure.
Dans une variante de ce premier mode de réalisation, au lieu d'être réalisée au moyen d'un polariseur à grille métallique, la structure réfléchissante susmentionnée est obtenue en conformant directement la première 12, ou la deuxième face 1 1 de la lame 10 de manière que cette face présente une succession de facettes. Ces facettes sont inclinées chacune par rapport à un plan moyen défini par cette face principale et forment une succession de décrochements sur cette face principale. L'une des tranches de la lame présente ainsi un profil en dents de scie. Chaque couple de deux facettes successives présente une forme prismatique. Pour chacun de ces couples de facettes, l'une des deux facettes est inclinée par rapport à ladite face principale de manière à ce que l'angle d'incidence du premier rayonnement lumineux sur cette facette s'approche de l'angle de Brewster. Lorsque cette structure réfléchissante est réalisée sur la deuxième face 1 1 principale de la lame 10, elle a pour rôle d'augmenter le coefficient de réflexion du premier rayonnement lumineux provenant de l'unité de génération d'image 4, pour ladite première polarisation. Dans ce cas, la forme prismatique définie par chaque couple de deux facettes successives présente une génératrice parallèle à la direction Y. Autrement formulé, l'arrête commune à ces deux facettes successives est parallèle à la direction Y.
La lame partiellement transparente peut être obtenue par moulage d'une matière plastique transparente. La structure à facettes qui vient d'être décrite peut alors venir de formation avec la lame, en étant obtenue directement lors de ce moulage.
La figure 3 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de la lame 10 partiellement transparente de l'afficheur 1 .
Dans ce deuxième mode de réalisation, la deuxième face 1 1 principale de la lame présente un revêtement 1 10 partiellement transparent, présentant une absorption plus forte pour la première polarisation que pour la deuxième polarisation, à la manière d'un filtre polarisant par absorption. Ce revêtement est par exemple réalisé par application sur la lame d'une couche en matériau polymère, plus absorbant pour la première polarisation que pour la deuxième polarisation. Ce revêtement permet d'atténuer sélectivement la première composante du deuxième rayonnement lumineux, à la traversée de la lame, augmentant ainsi, du point de vue de l'utilisateur, la luminosité de l'image à visualiser par rapport à celle de l'environnement routier lui faisant face. Plus précisément, comme ce revêtement est plus absorbant pour la première polarisation que pour la deuxième, la première valeur CT(1 ) du coefficient de transmission de la lame est inférieure à sa deuxième valeur CT(2), grâce à quoi le rapport R=CR/CT est effectivement plus grand pour la première polarisation que pour la deuxième ( c'est-à-dire R(1 ) > R(2) ).

Claims

REVENDICATIONS 1 . Afficheur (1 ) comprenant une lame (2 ; 10) partiellement transparente, ainsi qu'un système de projection d'image (6) qui émet un premier rayonnement lumineux dirigé vers cette lame (2 ; 10), cette lame partiellement transparente présentant une première face (12) principale et une deuxième face (1 1 ) principale et étant configurée pour :
- réfléchir, avec un coefficient de réflexion (CR), ledit premier rayonnement lumineux (F3), qui est incident sur la lame (2 ; 10) au niveau de sa première face (12) principale, et pour
- transmettre, avec un coefficient de transmission (CT), un deuxième rayonnement lumineux (F1 ), qui est incident sur la lame (2 ; 10) au niveau de sa deuxième face (1 1 ) principale,
caractérisé en ce que :
- la lame (2 ; 10) partiellement transparente est configurée pour qu'un rapport (R), égal audit coefficient de réflexion (CR) divisé par ledit coefficient de transmission (CT), soit plus grand lorsque lesdits rayonnements lumineux présentent une première polarisation que lorsque ces rayonnements lumineux présentent une deuxième polarisation, et en ce que
- le système de projection d'image (6) est configuré pour que le premier rayonnement lumineux soit polarisé et présente ladite première polarisation.
2. Afficheur (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel ledit coefficient de réflexion est plus grand lorsque le premier rayonnement lumineux présente ladite première polarisation que lorsque le premier rayonnement lumineux présente ladite deuxième polarisation.
3. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit coefficient de transmission est plus petit pour une composante du deuxième rayonnement lumineux présentant ladite première polarisation que pour une autre composante du deuxième rayonnement lumineux présentant ladite deuxième polarisation.
4. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'une des première et deuxième faces (12, 1 1 ) principales de la lame (2 ; 10) partiellement transparente présente une structure réfléchissante, adaptée pour réfléchir ledit premier rayonnement lumineux avec un coefficient de réflexion plus grand lorsque ce premier rayonnement lumineux présente la première polarisation que lorsque ce premier rayonnement lumineux présente la deuxième polarisation.
5. Afficheur (1 ) selon la revendication 4, dans laquelle ladite structure réfléchissante comprend un polariseur à grille métallique (120) appliqué sur ladite face principale (12).
6. Afficheur selon la revendication 4, dans laquelle ladite structure réfléchissante est formée d'une succession de facettes présentées par ladite face principale, inclinées chacune par rapport à un plan moyen défini par cette face principale.
7. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la lame (2 ; 10) partiellement transparente est essentiellement inabsorbante pour le deuxième rayonnement lumineux.
8. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle l'une desdites faces (1 1 ) principales présente un revêtement (1 10) partiellement transparent, présentant une absorption plus forte pour la première polarisation que pour la deuxième polarisation.
9. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 8, adapté à être disposé dans un véhicule, ladite lame (10) partiellement transparente étant distincte du pare-brise (2) du véhicule.
10. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel ladite première polarisation est une polarisation linéaire.
1 1 . Afficheur (1 ) selon la revendication 10, dans lequel ladite première polarisation est une polarisation linéaire, selon une direction (Χ', X") comprise dans un plan d'incidence défini par le premier rayonnement lumineux incident sur ladite lame (2 ; 10) partiellement transparente.
12. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 1 1 , dans lequel ladite lame (10) partiellement transparente est obtenue par moulage d'une matière plastique.
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