FR3082011A1 - IMAGE GENERATION DEVICE AND HEAD-UP DISPLAY COMPRISING SUCH A DEVICE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de génération d'images (5) pour afficheur tête-haute (1) comprenant : - une source de lumière (11) émettant une lumière ayant une première largeur spectrale inférieure ou égale à 150 nm, - un premier écran (13) adapté à recevoir la lumière de première largeur spectrale, et à émettre une lumière de deuxième largeur spectrale supérieure à la première largeur spectrale, le premier écran (13) étant de plus configuré pour présenter au moins une zone opaque (35), - un contrôleur (31) connecté au premier écran (13) et configuré pour commander l'au moins une zone opaque (35) dudit premier écran (13), - un deuxième écran (15) adapté à recevoir la lumière de deuxième largeur spectrale et configuré pour émettre un faisceau lumineux. Un afficheur tête haute comprenant un tel dispositif est également décrit.The invention relates to an image generation device (5) for a head-up display (1) comprising: - a light source (11) emitting light having a first spectral width less than or equal to 150 nm, - a first screen (13) adapted to receive light of first spectral width, and to emit light of second spectral width greater than the first spectral width, the first screen (13) being further configured to present at least one opaque zone (35) , - a controller (31) connected to the first screen (13) and configured to control the at least one opaque zone (35) of said first screen (13), - a second screen (15) adapted to receive light of second width spectral and configured to emit a light beam. A head-up display comprising such a device is also described.
Description
Dispositif de génération d’images et afficheur tête-haute comprenant un tel dispositifImage generation device and head-up display comprising such a device
Domaine technique auquel se rapporte l'inventionTechnical field to which the invention relates
La présente invention concerne de manière générale le domaine des systèmes d’affichage tête-haute, notamment dans un véhicule.The present invention relates generally to the field of head-up display systems, in particular in a vehicle.
Elle concerne plus particulièrement un dispositif de génération d’images et afficheur tête-haute comprenant un tel dispositif.It relates more particularly to an image generation device and head-up display comprising such a device.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUETECHNOLOGICAL BACKGROUND
Le principe des afficheurs tête-haute pour véhicule est de projeter des images, notamment utiles à la conduite, directement dans le champ de vision d’un conducteur.The principle of head-up displays for vehicles is to project images, particularly useful for driving, directly into the driver's field of vision.
Pour cela, les afficheurs tête-haute comprennent, en général, un dispositif de génération d’images adapté à générer au moins une image et un dispositif de projection d’images adapté à transmettre l’image générée vers une lame partiellement réfléchissante placée dans le champ de vision du conducteur. L’image générée doit être suffisamment lumineuse pour être vue par le conducteur.For this, the head-up displays include, in general, an image generation device adapted to generate at least one image and an image projection device adapted to transmit the generated image to a partially reflecting plate placed in the driver's field of vision. The image generated must be bright enough to be seen by the driver.
La plupart des dispositifs de génération d’image utilisés aujourd’hui comprennent un écran à cristaux liquides rétroéclairé par une source de lumière puissante permettant d’afficher une image suffisamment lumineuse pour être vue en plein jour.Most image generation devices in use today include a liquid crystal display backlit by a powerful light source to display an image bright enough to be seen in daylight.
Cependant, ce type de dispositif de génération d’images ne transmet, en sortie de l’écran, qu’environ 6% de la lumière générée par la source de lumière. L’écran s’échauffe en bloquant une bonne partie de la lumière émis par la source de lumière, ce qui conduit à sa détérioration.However, this type of image generation device only transmits about 6% of the light generated by the light source out of the screen. The screen heats up by blocking a good part of the light emitted by the light source, which leads to its deterioration.
Objet de l’inventionObject of the invention
Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif de génération d’images pour afficheur tête-haute comprenant :In this context, the present invention provides an image generation device for a head-up display comprising:
- une source de lumière émettant une lumière ayant une première largeur spectrale inférieure ou égale à 150 nm,- a light source emitting light having a first spectral width less than or equal to 150 nm,
- un premier écran adapté à recevoir la lumière de première largeur spectrale, et à émettre une lumière de deuxième largeur spectrale supérieure à la première largeur spectrale, le premier écran étant de plus configuré pour présenter au moins une zone opaque,a first screen adapted to receive light of first spectral width, and to emit light of second spectral width greater than the first spectral width, the first screen being further configured to present at least one opaque zone,
- un contrôleur connecté au premier écran et configuré pour commander l’au moins une zone opaque dudit premier écran,- a controller connected to the first screen and configured to control at least one opaque area of said first screen,
- un deuxième écran adapté à recevoir la lumière de deuxième largeur spectrale et configuré pour émettre un faisceau lumineux.- a second screen adapted to receive light of second spectral width and configured to emit a light beam.
L’utilisation d’une source lumineuse émettant une lumière de largeur spectrale faible permet de réduire réchauffement du premier écran. La couche de phosphore du premier écran permet néanmoins d’émettre une lumière de largeur spectrale étendue, ainsi le faisceau lumineux n’est pas limité à la largeur spectrale de la source lumineuse. De plus, en formant des zones opaques sur le premier écran, on ne transmet que la lumière utile à la formation du faisceau lumineux au deuxième écran ce qui permet de réduire réchauffement de ce dernier.The use of a light source emitting light of low spectral width makes it possible to reduce heating of the first screen. The phosphor layer of the first screen nevertheless makes it possible to emit light of wide spectral width, so the light beam is not limited to the spectral width of the light source. In addition, by forming opaque zones on the first screen, only the light useful for the formation of the light beam is transmitted to the second screen, which makes it possible to reduce heating of the latter.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :Other non-limiting and advantageous characteristics of the device according to the invention, taken individually or in any technically possible combination, are the following:
- le premier écran comprend :- the first screen includes:
- une première couche de cristaux liquides,- a first layer of liquid crystals,
- un premier polariseur de sortie,- a first output polarizer,
- une couche d’un matériau photoluminescent adapté à être excité par la lumière de première largeur spectrale pour émettre par photoluminescence la lumière de deuxième largeur spectrale,- a layer of a photoluminescent material adapted to be excited by light of first spectral width to emit light of second spectral width by photoluminescence,
- le premier polariseur de sortie présente un deuxième axe de polarisation perpendiculaire à une direction de polarisation de la lumière,the first output polarizer has a second axis of polarization perpendicular to a direction of polarization of the light,
- la source de lumière comprend au moins une diode laser, la source de lumière comprend au moins une diode électroluminescente,the light source comprises at least one laser diode, the light source comprises at least one light-emitting diode,
- le premier écran comprend en outre un premier polariseur d’entrée situé entre la source de lumière et la première couche de cristaux liquides,the first screen also comprises a first input polarizer situated between the light source and the first layer of liquid crystals,
- le deuxième écran comprend :- the second screen includes:
- un deuxième polariseur d’entrée,- a second input polarizer,
- une deuxième couche de cristaux liquide,- a second layer of liquid crystals,
- un deuxième polariseur de sortie,- a second output polarizer,
- le deuxième écran comprend en outre une matrice d’éléments colorés,- the second screen also includes a matrix of colored elements,
- la matrice d’éléments colorés comprend des éléments colorés rouges, des éléments colorés bleus et des éléments colorés verts,- the matrix of colored elements comprises red colored elements, blue colored elements and green colored elements,
- la première largeur spectrale s’étend entre 340 nanomètres et 490 nanomètres,- the first spectral width is between 340 nanometers and 490 nanometers,
- la deuxième largeur spectrale s’étend entre 420 nanomètres et 700 nanomètres,- the second spectral width ranges between 420 nanometers and 700 nanometers,
- un tube optique disposé entre le premier écran et le deuxième écran, ledit tube étant configuré pour absorber des rayons parasites entre le premier écran et le deuxième écran,an optical tube placed between the first screen and the second screen, said tube being configured to absorb stray rays between the first screen and the second screen,
- le premier écran présente une première résolution inférieure d’une deuxième résolution du deuxième écran,- the first screen has a lower first resolution than a second resolution of the second screen,
- le premier écran présente une taille égale au deuxième écran,- the first screen has a size equal to the second screen,
- le premier écran présente une taille inférieure au deuxième écran.- the first screen has a size smaller than the second screen.
L’invention propose également un afficheur tête-haute comprenant un dispositif de génération d’images et un dispositif de projection d’images adapté à transmettre en direction d’une lame partiellement transparente le faisceau lumineux généré par le dispositif de génération d’images.The invention also provides a head-up display comprising an image generation device and an image projection device adapted to transmit the light beam generated by the image generation device towards a partially transparent blade.
Description detaillee d’un exemple de realisationDetailed description of an example of realization
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.The description which follows with reference to the appended drawings, given by way of nonlimiting examples, will make it clear what the invention consists of and how it can be carried out.
Sur les dessins annexés :In the accompanying drawings:
- la figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d’un afficheur tête-haute pour véhicule ;- Figure 1 schematically shows the main elements of a head-up display for a vehicle;
- la figure 2 est une représentation schématique d’un dispositif de génération d’images comprenant un premier écran conforme à l’invention ;- Figure 2 is a schematic representation of an image generation device comprising a first screen according to the invention;
- la figure 3 est une représentation schématique du premier écran de la figure 2 en fonctionnement,FIG. 3 is a schematic representation of the first screen of FIG. 2 in operation,
- la figure 4 est une représentation en perspective du dispositif de génération d’image de la figure 2, etFIG. 4 is a perspective representation of the image generation device of FIG. 2, and
- la figure 5 est une représentation schématique du premier écran et d’un deuxième écran du dispositif de génération d’images de la figure 2.- Figure 5 is a schematic representation of the first screen and a second screen of the image generation device of Figure 2.
Sur la figure 1, on a schématiquement représenté les éléments principaux d’un afficheur tête-haute 1 destiné à équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile.In Figure 1, there is schematically shown the main elements of a head-up display 1 intended to equip a vehicle, for example a motor vehicle.
Un tel afficheur tête-haute 1 est adapté à créer une image virtuelle I dans le champ de vision d’un conducteur du véhicule, de sorte que le conducteur puisse voir cette image virtuelle I et les informations éventuelles qu’elle contient sans avoir à détourner le regard.Such a head-up display 1 is adapted to create a virtual image I in the field of vision of a driver of the vehicle, so that the driver can see this virtual image I and the possible information it contains without having to divert the look.
À cet effet, l’afficheur tête-haute 1 comprend une lame partiellement transparente 3 placée dans le champ de vision du conducteur, un dispositif de génération d’images 5 adapté à générer un faisceau lumineux et un dispositif de projection d’images 7 adapté à renvoyer, en direction de ladite lame partiellement transparente 3, le faisceau lumineux généré par le dispositif de génération d’images 5.To this end, the head-up display 1 comprises a partially transparent blade 3 placed in the driver's field of vision, an image generation device 5 adapted to generate a light beam and an image projection device 7 adapted to return, in the direction of said partially transparent strip 3, the light beam generated by the image generation device 5.
Plus précisément, la lame partiellement transparente 3 est ici un combineur 3, c’est-à-dire une lame partiellement transparente dédiée à l’afficheur tête-haute 1.More specifically, the partially transparent blade 3 is here a combiner 3, that is to say a partially transparent blade dedicated to the head-up display 1.
Un tel combineur 3 est ici placé entre le pare-brise 9 du véhicule et les yeux du conducteur.Such a combiner 3 is here placed between the windshield 9 of the vehicle and the driver's eyes.
En variante, la lame partiellement transparente 3 pourrait être confondue avec le pare-brise 9 du véhicule. Autrement dit, dans cette variante, c’est le parebrise du véhicule qui a la fonction de lame partiellement transparente pour l’afficheur tête-haute 1.Alternatively, the partially transparent blade 3 could be confused with the windshield 9 of the vehicle. In other words, in this variant, it is the vehicle windshield that has the partially transparent blade function for the head-up display 1.
Par ailleurs, ici, le dispositif de projection d’images 7 comprend un miroir de repliement agencé de manière à réfléchir le faisceau lumineux par le dispositif de génération d’images 5 en direction de la lame partiellement transparente 3. Ici, ledit miroir de repliement est un miroir plan.Furthermore, here, the image projection device 7 comprises a folding mirror arranged so as to reflect the light beam by the image generation device 5 in the direction of the partially transparent plate 3. Here, said folding mirror is a plane mirror.
En variante, le dispositif de projection d’images 7 pourrait comprendre une pluralité de miroirs et/ou d’autres éléments optiques tels qu’une lentille par exemple.Alternatively, the image projection device 7 could include a plurality of mirrors and / or other optical elements such as a lens for example.
Comme illustré sur la figure 1 et la figure 2, le dispositif de génération d’images 5 comprend quant à lui au moins une source de lumière 11, un premier écran 13 éclairé par cette source de lumière 11, un deuxième écran 15 éclairé par la lumière transmise par le premier écran 13 et un réflecteur 17. On a ainsi schématiquement représenté par une flèche L sur les figures la transmission de la lumière de la source de lumière 11 vers l’écran 13.As illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, the image generation device 5 in turn comprises at least one light source 11, a first screen 13 illuminated by this light source 11, a second screen 15 illuminated by the light transmitted by the first screen 13 and a reflector 17. There is thus schematically represented by an arrow L in the figures the transmission of light from the light source 11 to the screen 13.
La source de lumière 11 est placée à une extrémité du dispositif de génération d’images 5, en amont du premier écran 13. La source de lumière 11 comprend par exemple au moins une diode électroluminescente (ou LED pourThe light source 11 is placed at one end of the image generation device 5, upstream of the first screen 13. The light source 11 comprises for example at least one light-emitting diode (or LED for
Light Emitting Diode), et en général une pluralité de telles diodes électroluminescentes. La lumière alors émise n’a pas de polarisation bien définie. Alternativement, la source de lumière 11 peut comprendre au moins une diode laser émettant une lumière polarisée.Light Emitting Diode), and in general a plurality of such light-emitting diodes. The light then emitted has no well-defined polarization. Alternatively, the light source 11 can comprise at least one laser diode emitting polarized light.
La source de lumière 11 émet une lumière ayant un premier spectre de première largeur spectrale Δλ1 inférieure ou égale à 150 nm (nanomètres). De préférence, la première largeur spectrale Δλ1 de la source de lumière 11 est inférieure ou égale à 80 nanomètres.The light source 11 emits light having a first spectrum of first spectral width Δλ1 less than or equal to 150 nm (nanometers). Preferably, the first spectral width Δλ1 of the light source 11 is less than or equal to 80 nanometers.
Le premier spectre émis par la source de lumière 11 peut être continu ou discontinu, c’est-à-dire qu’il peut comprendre un continuum de longueurs d’ondes ou certaines longueurs d’ondes seulement dans l’intervalle prédéterminé.The first spectrum emitted by the light source 11 can be continuous or discontinuous, that is to say that it can comprise a continuum of wavelengths or certain wavelengths only in the predetermined interval.
La source de lumière 11 émet de préférence une lumière de couleur bleue, dont le premier spectre est compris entre 340 nm et 490 nm et s’étend par exemple entre 410 nm et 490 nm.The light source 11 preferably emits blue light, the first spectrum of which is between 340 nm and 490 nm and ranges, for example, between 410 nm and 490 nm.
La première largeur spectrale Δλ1 étant faible, les optimisations et traitements optiques des différents éléments optiques constituant le premier écran 13 sont avantageusement réalisés spécifiquement pour cette première largeur spectrale Δλ1 et non pour tout le spectre du visible, ce qui simplifie lesdits optimisations et traitements optiques.The first spectral width Δλ1 being small, the optical optimizations and treatments of the different optical elements constituting the first screen 13 are advantageously made specifically for this first spectral width Δλ1 and not for the entire visible spectrum, which simplifies said optical optimizations and treatments.
Dans un premier exemple maintenant décrit, la source lumineuse 11 comprend au moins une diode électroluminescente 11.In a first example now described, the light source 11 comprises at least one light-emitting diode 11.
Comme représentée sur la figure 2, un diffuseur 19 peut être placé de manière optionnelle entre la source lumineuse 11 et le premier écran 13. Le diffuseur 19 est adapté pour diffuser la lumière après la source de lumière 11 en un cône lumineux, afin de permettre notamment un éclairage homogène du premier écran 13. En pratique, le diffuseur 19 peut être formé d’un filtre injecté traité sur la face en regard de la source de lumière 11, ledit traitement produisant une diffusion de la lumière. Le diffuseur 19 peut par exemple comprendre un film ou une plaque de plastique de type PVC d’épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm.As shown in FIG. 2, a diffuser 19 can be optionally placed between the light source 11 and the first screen 13. The diffuser 19 is adapted to diffuse the light after the light source 11 into a light cone, in order to allow in particular a uniform illumination of the first screen 13. In practice, the diffuser 19 can be formed from an injected filter treated on the face opposite the light source 11, said treatment producing a diffusion of light. The diffuser 19 may for example comprise a film or a plastic plate of PVC type with a thickness of between 0.5 and 1 mm.
Le diffuseur 19 est ici placé à distance d’une face d’entrée du premier écran 13. En variante, le diffuseur 19 peut être collé sur la face d’entrée du premier écran 13 et/ou être disposé à un angle vis-à-vis du premier écran 13.The diffuser 19 is here placed at a distance from an entry face of the first screen 13. As a variant, the diffuser 19 can be glued to the entry face of the first screen 13 and / or be arranged at an angle opposite -vis the first screen 13.
Alternativement, le diffuseur 19 peut être réalisé avec un film présentant une face traitée disposée à l’opposé de la source lumineuse 11.Alternatively, the diffuser 19 can be produced with a film having a treated face disposed opposite the light source 11.
Dans l’exemple décrit, le réflecteur 17 constitue une enceinte fermée autour de la source de lumière 11 et du diffuseur 19. Le réflecteur 17 s’étend ici entre la source de lumière 11 et le diffuseur 19. Les parois internes du réflecteur 17 sont illuminées par la lumière générée par la source de lumière 11. Le traitement en surface des parois internes du réflecteur 17 permet une réflexion de la lumière en direction du diffuseur 19 et de la face d’entrée du premier écran 13. Les parois internes du réflecteur 17 présentent par exemple un revêtement en aluminium ou en argent.In the example described, the reflector 17 constitutes a closed enclosure around the light source 11 and the diffuser 19. The reflector 17 here extends between the light source 11 and the diffuser 19. The internal walls of the reflector 17 are illuminated by the light generated by the light source 11. The surface treatment of the internal walls of the reflector 17 allows a reflection of the light in the direction of the diffuser 19 and of the entry face of the first screen 13. The internal walls of the reflector 17 for example have an aluminum or silver coating.
Le diffuseur 19 et le réflecteur 17 permettent d’homogénéiser l’éclairage au niveau de la face d’entrée du premier écran 13. La source de lumière 11, le diffuseur 19 et le réflecteur 17 permettent de rétroéclairer le premier écran 13 afin de générer un faisceau lumineux homogène.The diffuser 19 and the reflector 17 make it possible to homogenize the lighting at the entrance face of the first screen 13. The light source 11, the diffuser 19 and the reflector 17 make it possible to backlight the first screen 13 in order to generate a homogeneous light beam.
Le premier écran 13 est un écran à cristaux liquides (ou LCD pour “Liquid Crystal Displaÿ’), par exemple un écran TN (pour « Twisted Nematic »), un DSTN (pour « Dual Scan Twisted Nematic ») ou bien encore un TFT (pour “ThinFilm Transistor1’). Dans l’exemple décrit, le premier écran 13 comprend un écran TFT.The first screen 13 is a liquid crystal screen (or LCD for “Liquid Crystal Displaÿ '), for example a TN screen (for“ Twisted Nematic ”), a DSTN (for“ Dual Scan Twisted Nematic ”) or even a TFT (for “ThinFilm Transistor 1 '). In the example described, the first screen 13 comprises a TFT screen.
Comme bien visible en figure 2, le premier écran 13 comprend, dans cet ordre dans le sens du trajet de la lumière L (c’est-à-dire de la partie située du côté de la source de lumière 11 au côté situé vers le dispositif de projection 7), les éléments (ou lames) en forme de plaque qui suivent (chaque élément étant en contact avec le ou les éléments voisin(s)) :As clearly visible in FIG. 2, the first screen 13 comprises, in this order in the direction of the light path L (that is to say from the part situated on the side of the light source 11 to the side situated towards the projection device 7), the following plate-shaped elements (or blades) (each element being in contact with the neighboring element or elements):
- un premier polariseur d’entrée 20,- a first input polarizer 20,
- un premier substrat 21,a first substrate 21,
- une première couche de cristaux liquides 23,a first layer of liquid crystals 23,
- un deuxième substrat 25,a second substrate 25,
- un premier polariseur de sortie 27,a first output polarizer 27,
- une couche d’un matériau photoluminescent 29.- a layer of photoluminescent material 29.
Tel que représenté, le premier écran 13 est disposé perpendiculairement au trajet de la lumière L. Alternativement, le premier écran 13 peut ne pas être perpendiculaire au trajet de la lumière L.As shown, the first screen 13 is arranged perpendicular to the path of the light L. Alternatively, the first screen 13 may not be perpendicular to the path of the light L.
Le premier polariseur d’entrée 20 présente un premier axe de polarisation. Le premier polariseur d’entrée 20 comprend par exemple un polariseur réflectif. Un tel polariseur réflectif transmet la lumière dont la direction de polarisation est alignée avec le premier axe de polarisation et réfléchit la lumière dont la direction de polarisation n’est pas alignée avec le premier axe de polarisation.The first input polarizer 20 has a first axis of polarization. The first input polarizer 20 comprises for example a reflective polarizer. Such a reflective polarizer transmits light whose direction of polarization is aligned with the first axis of polarization and reflects light whose direction of polarization is not aligned with the first axis of polarization.
La lumière renvoyée par le premier polariseur d’entrée 20 repasse par le diffuseur 19 qui entraîne un changement de direction de sa polarisation. La lumière renvoyée est ensuite réfléchie plusieurs fois, cette fois sur le réflecteur 17 jusqu’à ce qu’elle soit renvoyée vers le premier écran 13. Au final, une partie de la lumière qui avait été réfléchie sur le premier polariseur d’entrée 20 revient sur ledit premier polariseur d’entrée 20 avec une direction de polarisation alignée avec celle du premier axe de polarisation et peut donc passer à travers le premier polariseur d’entrée 20. L’utilisation d’un premier polariseur d’entrée 20 de type réflectif associé à une lame en plastique telle que le diffuseur 19 permet donc de limiter les pertes de lumière.The light returned by the first input polarizer 20 passes through the diffuser 19 which causes a change in direction of its polarization. The returned light is then reflected several times, this time on the reflector 17 until it is returned to the first screen 13. In the end, part of the light which had been reflected on the first input polarizer 20 returns to said first input polarizer 20 with a polarization direction aligned with that of the first axis of polarization and can therefore pass through the first input polarizer 20. The use of a first input polarizer 20 of the type reflective associated with a plastic strip such as the diffuser 19 therefore makes it possible to limit the losses of light.
La première couche de cristaux liquides 23 est contenue par le premier substrat 21 et le deuxième substrat 25. Le premier substrat 21 et le deuxième substrat 25 sont par exemple des vitres en verre translucide. Le premier substrat 21 supporte des transistors.The first layer of liquid crystals 23 is contained by the first substrate 21 and the second substrate 25. The first substrate 21 and the second substrate 25 are, for example, translucent glass panes. The first substrate 21 supports transistors.
La première couche de cristaux liquides 23 reçoit la lumière bleue polarisée. La première couche de cristaux liquide 23 peut être avantageusement optimisée pour la transmission de la lumière de première largeur spectrale.The first layer of liquid crystal 23 receives polarized blue light. The first layer of liquid crystals 23 can be advantageously optimized for the transmission of light of first spectral width.
En créant un champ électrique par une différence de tension électrique entre le premier substrat 21 et le deuxième substrat 25, les cristaux liquides contenus dans la couche de cristaux liquide 23 changent d’orientation. La polarisation de la lumière traversant la première couche de cristaux liquide 23 est éventuellement modifiée en fonction de cette orientation.By creating an electric field by a difference in electric voltage between the first substrate 21 and the second substrate 25, the liquid crystals contained in the liquid crystal layer 23 change their orientation. The polarization of the light passing through the first layer of liquid crystal 23 is possibly modified as a function of this orientation.
La différence de tension électrique est créée par une pluralité d’électrodes disposées sur le premier substrat 21 et/ou le deuxième substrat 25, formant une première matrice de cellules de cristaux liquides. Le nombre de cellules de cristaux liquides de la première matrice correspond à une première résolution du premier écran 13.The difference in electrical voltage is created by a plurality of electrodes disposed on the first substrate 21 and / or the second substrate 25, forming a first matrix of liquid crystal cells. The number of liquid crystal cells in the first matrix corresponds to a first resolution of the first screen 13.
La différence de tension électrique peut être pilotée individuellement par le contrôleur 31 pour chaque cellule de cristaux liquides de la première matrice.The difference in electrical voltage can be controlled individually by the controller 31 for each liquid crystal cell of the first matrix.
La lumière dont la direction de polarisation a éventuellement été modifiée, traverse le deuxième substrat 25 et arrive ensuite sur le premier polariseur de sortie 27.The light, the direction of polarization of which has possibly been modified, passes through the second substrate 25 and then arrives at the first output polarizer 27.
Selon un exemple, l’écran TFT est fabriqué selon une technologie dite « Normally black ». Dans ce cas, le premier polariseur de sortie 27 présente un deuxième axe de polarisation dont la direction est perpendiculaire à celle du premier axe de polarisation. Ainsi, si aucune de différence de tension n’existe entre le premier substrat 21 et le deuxième substrat 25, la direction de la lumière n’est pas modifiée et aucune lumière n’est transmise par le premier polariseur de sortie 27.According to one example, the TFT screen is manufactured using a technology known as "Normally black". In this case, the first output polarizer 27 has a second axis of polarization whose direction is perpendicular to that of the first axis of polarization. Thus, if there is no difference in voltage between the first substrate 21 and the second substrate 25, the direction of the light is not changed and no light is transmitted by the first output polarizer 27.
La différence de tension électrique entre le premier substrat 21 et le deuxième substrat 25 est pilotée par un contrôleur 31 de l’afficheur tête-haute 1.The difference in electrical voltage between the first substrate 21 and the second substrate 25 is controlled by a controller 31 of the head-up display 1.
Selon un autre exemple, l’écran TFT est fabriqué selon une technologie dite « Normally white ». Dans ce cas, le premier polariseur d’entrée 20 et le premier polariseur de sortie 27 ont des axes de polarisation parallèles. Le premier écran 13 est donc passant en absence de différence de tension entre le premier substrat 21 et le deuxième substrat 25. Ainsi la consommation d’électricité est réduite quand la majorité du deuxième écran 15 est passante.In another example, the TFT screen is manufactured using so-called "Normally white" technology. In this case, the first input polarizer 20 and the first output polarizer 27 have parallel axes of polarization. The first screen 13 is therefore on when there is no voltage difference between the first substrate 21 and the second substrate 25. Thus the consumption of electricity is reduced when the majority of the second screen 15 is on.
Le contrôleur 31 pilote des zones passantes 33 - visibles sur la figure 3 laissant passer la lumière (et donc dont la polarisation doit être modifiée par la couche de cristaux liquide 23) et des zones opaques 35 bloquant la lumière (et donc dont la polarisation n’a pas à être modifiée) du premier écran 13.The controller 31 controls passing zones 33 - visible in FIG. 3 allowing the light to pass through (and therefore whose polarization must be modified by the layer of liquid crystal 23) and opaque zones 35 blocking the light (and therefore whose polarization n not to be changed) from the first screen 13.
Les zones transparentes 33 correspondent à des zones contenant une information à afficher sur l’image virtuelle I. Les zones transparentes 33 sont des zones dites « utiles ». Par exemple, on souhaite afficher une information concernant la vitesse de son véhicule au conducteur. Les zones transparentes 33 sont alors celles permettant de former les caractères alphanumériques au niveau de l’image virtuelle I affichée sur la lame partiellement transparente 3. Les zones transparentes 33 occupent en général peu de place sur l’image virtuelle I par rapport aux zones ne contenant pas d’information à afficher.The transparent areas 33 correspond to areas containing information to be displayed on the virtual image I. The transparent areas 33 are so-called "useful" areas. For example, we want to display information about the speed of his vehicle to the driver. The transparent areas 33 are then those making it possible to form the alphanumeric characters at the level of the virtual image I displayed on the partially transparent slide 3. The transparent areas 33 generally occupy little space on the virtual image I with respect to the areas not containing no information to display.
Les zones opaques 35 correspondent aux zones ne contenant pas d’information à afficher, et pour lesquelles il n’est donc pas nécessaire de transmettre la lumière.The opaque areas 35 correspond to the areas containing no information to be displayed, and for which it is therefore not necessary to transmit the light.
De façon optionnelle, le contrôleur 31 peut être adapté pour piloter des zones de transmission intermédiaires (non représentées) en plus des zones transparentes 33 (transmission de 100%) et des zones opaques (transmission de 0%). Les zones de transmission intermédiaires peuvent par exemple présenter des taux de transmission de lumière de 50% ou bien de 75%. Ceci permet de moduler l’intensité de la lumière transmise afin de limiter la brillance des images virtuelles I et de gérer une transition d’intensité lumineuse. La modulation du taux de transmission est particulièrement avantageuse pendant une utilisation nocturne de l’afficheur tête-haute 1. En effet, des images virtuelles I trop brillantes projetées pendant la nuit peuvent être désagréable pour le conducteur du véhicule.Optionally, the controller 31 can be adapted to control intermediate transmission zones (not shown) in addition to the transparent zones 33 (100% transmission) and opaque zones (0% transmission). Intermediate transmission zones can for example have light transmission rates of 50% or even 75%. This allows the intensity of the transmitted light to be modulated in order to limit the brightness of the virtual images I and to manage a transition in light intensity. The modulation of the transmission rate is particularly advantageous during night-time use of the head-up display 1. Indeed, too bright virtual images I projected during the night can be unpleasant for the driver of the vehicle.
Lorsque les images affichées sont prédéfinies (par exemple chacune selon un modèle mémorisé dans une mémoire de l’afficheur tête-haute 1), on peut associer pour chaque image un agencement respectif de zones transparentes 33 et zones opaques 35. Ainsi, pour afficher une image prédéfinie, le contrôleur 31 pilote le premier écran 13 pour mettre en place l’agencement respectif de zones transparentes 33 et zones opaques 35 associé à cette image prédéfinie.When the images displayed are predefined (for example each according to a model stored in a memory of the head-up display 1), it is possible to associate for each image a respective arrangement of transparent zones 33 and opaque zones 35. Thus, to display a predefined image, the controller 31 controls the first screen 13 to set up the respective arrangement of transparent zones 33 and opaque zones 35 associated with this predefined image.
Le premier polariseur de sortie 27 est un polariseur absorbant. La lumière bloquée par les zones opaques 35 est transformée en chaleur. L’utilisation d’une source lumineuse 11 de première largeur spectrale Δλ1 faible se révèle donc avantageuse, en effet la chaleur produite par la lumière de faible largeur spectrale est inférieure à celle produite par une lumière de spectre étendu (par exemple par la lumière blanche). L’utilisation d’au moins une diode électroluminescente 11 émettant dans le bleu permet donc de limiter réchauffement du premier écran 13.The first output polarizer 27 is an absorbing polarizer. The light blocked by the opaque zones 35 is transformed into heat. The use of a light source 11 of first narrow spectral width Δλ1 therefore proves to be advantageous, in fact the heat produced by the light of narrow spectral width is less than that produced by a light of wide spectrum (for example by white light ). The use of at least one light emitting diode 11 emitting in blue therefore makes it possible to limit heating of the first screen 13.
La lumière de première largeur spectrale Δλ1 transmise par le premier polariseur de sortie 27 arrive ensuite sur la couche de matériau photoluminescentThe light of first spectral width Δλ1 transmitted by the first output polarizer 27 then arrives on the layer of photoluminescent material
29.29.
Le matériau photoluminescent 29 comprend ici des phosphores adaptés à être excités par les longueurs d’ondes du spectre de la source lumineuse 11, c’est-à-dire spécifiquement par les longueurs de l’intervalle prédéterminé (premier spectre). Les phosphores du matériau photoluminescent 29 sont adaptés à se désexciter par photoluminescence, c’est-à-dire en émettant de la lumière. La lumière émise par les phosphores est une lumière non polarisée présentant une deuxième largeur spectrale Δλ2. La deuxième largeur spectrale Δλ2 est supérieure ou égale à la première largeur spectrale Δλ1. De préférence, la deuxième largeur spectrale Δλ2 est supérieure ou égale à 300 nanomètres.The photoluminescent material 29 here comprises phosphors adapted to be excited by the wavelengths of the spectrum of the light source 11, that is to say specifically by the lengths of the predetermined interval (first spectrum). The phosphors of the photoluminescent material 29 are adapted to de-excite by photoluminescence, that is to say by emitting light. The light emitted by the phosphors is a non-polarized light having a second spectral width Δλ2. The second spectral width Δλ2 is greater than or equal to the first spectral width Δλ1. Preferably, the second spectral width Δλ2 is greater than or equal to 300 nanometers.
Ainsi, au niveau de la couche de matériau photoluminescent 29, la lumière polarisée de première largeur spectrale faible Δλ1, est transformée en lumière non polarisée, de deuxième largeur spectrale Δλ2 étendue. En pratique, la lumière émise par les phosphores à la sortie de la couche de matériau photoluminescent 29 couvre l’intégralité de la bande visible du spectre lumineux s’étendant entre 400 nm et 700 nm.Thus, at the level of the photoluminescent material layer 29, the polarized light of first small spectral width Δλ1, is transformed into non-polarized light, of second second spectral width Δλ2 extended. In practice, the light emitted by the phosphors at the exit of the layer of photoluminescent material 29 covers the entire visible band of the light spectrum extending between 400 nm and 700 nm.
Dans l’exemple décrit, les phosphores sont adaptés à être excités par la lumière bleue émise par la source lumineuse 11 et à émettre en réponse, à la sortie de la couche de matériau photoluminescent 27, de la lumière blanche dont le spectre s’étend entre 420 nanomètres et 700 nanomètres.In the example described, the phosphors are adapted to be excited by the blue light emitted by the light source 11 and to emit in response, at the output of the layer of photoluminescent material 27, white light whose spectrum extends between 420 nanometers and 700 nanometers.
Par exemple, les phosphores sont ici de type Yttrium aluminium garnet dopés au Cérium (Ce :YAG) mais cette couche pourrait en variante être constituée de nanoparticules de silicium moins chères que le phosphore.For example, the phosphors here are of the Yttrium aluminum garnet type doped with cerium (Ce: YAG) but this layer could as a variant consist of silicon nanoparticles which are less expensive than phosphorus.
La couche de matériau photoluminescent 29 comprend par exemple un film phosphore souple ou rigide (comprenant une mixture silicone dopée au phosphore). Le film phosphore peut être collé au premier écran 13, alternativement, le film phosphore peut être indépendant du premier écran 13, ou bien encore collé à un deuxième écran 15 de l’afficheur tête-haute 1. Alternativement, le film phosphore peut être intercalé entre le deuxième substrat 25 et le premier polariseur de sortie 27, ou entre le premier polariseur d’entrée 20 et le premier substrat 21.The layer of photoluminescent material 29 comprises for example a flexible or rigid phosphor film (comprising a silicone mixture doped with phosphorus). The phosphor film can be glued to the first screen 13, alternatively, the phosphor film can be independent of the first screen 13, or else glued to a second screen 15 of the head-up display 1. Alternatively, the phosphor film can be inserted between the second substrate 25 and the first output polarizer 27, or between the first input polarizer 20 and the first substrate 21.
La couche de matériau photoluminescent 29 peut être intégrée au premier écran 13 de type TFT lors de sa fabrication. La couche de matériau photoluminescent 29 peut alors remplacer une matrice d’éléments colorés habituellement située dans ce type d’écran.The layer of photoluminescent material 29 can be integrated into the first screen 13 of the TFT type during its manufacture. The layer of photoluminescent material 29 can then replace a matrix of colored elements usually located in this type of screen.
Le deuxième écran 15 est aussi un écran à cristaux liquides, par exemple à transistors en couche mince (ou TFT pour “Thin-Film Transistor1’).The second screen 15 is also a liquid crystal screen, for example with thin film transistors (or TFT for “Thin-Film Transistor 1 ').
Comme bien visible en figure 2, le deuxième écran 15 comprend, dans cet ordre dans le sens du trajet de la lumière L, les éléments (ou lames) en forme de plaque qui suivent (chaque élément étant en contact avec le ou les éléments voisin(s)) :As clearly visible in FIG. 2, the second screen 15 comprises, in this order in the direction of the light path L, the elements (or blades) in the form of a plate which follow (each element being in contact with the neighboring element or elements (s)):
- un deuxième polariseur d’entrée 37,- a second input polarizer 37,
- un troisième substrat 39,a third substrate 39,
- une deuxième couche de cristaux liquides 41,a second layer of liquid crystals 41,
- un quatrième substrat 43,a fourth substrate 43,
- une matrice d’éléments colorés 47,- a matrix of colored elements 47,
- un deuxième polariseur de sortie 45.- a second output polarizer 45.
Similairement au premier écran 13, des électrodes sont disposées sur le troisième substrat 39 et le quatrième substrat 43 de façon à définir une deuxième matrice de cellules de cristaux liquides. Le nombre de cellules de cristaux liquides de la deuxième matrice correspond à une deuxième résolution du deuxième écranSimilar to the first screen 13, electrodes are arranged on the third substrate 39 and the fourth substrate 43 so as to define a second matrix of liquid crystal cells. The number of liquid crystal cells in the second matrix corresponds to a second resolution of the second screen
15.15.
Le troisième substrat 43 supporte les transistors du deuxième écran.The third substrate 43 supports the transistors of the second screen.
Les électrodes permettent de créer un champ électrique par une différence de tension entre le troisième substrat 39 et le quatrième substrat 43.The electrodes make it possible to create an electric field by a voltage difference between the third substrate 39 and the fourth substrate 43.
La différence de tension électrique peut être pilotée individuellement par le contrôleur 31 pour chaque cellule de cristaux liquides de la deuxième matrice.The difference in electrical voltage can be controlled individually by the controller 31 for each liquid crystal cell of the second matrix.
Grâce au deuxième polariseur d’entrée 37 et au deuxième polariseur de sortie 45 dont les axes de transmission sont perpendiculaires, le contrôleur 31 pilote l’intensité de la lumière passant par chaque cellules de cristaux liquides.Thanks to the second input polarizer 37 and to the second output polarizer 45 whose transmission axes are perpendicular, the controller 31 controls the intensity of the light passing through each liquid crystal cell.
La matrice d’éléments colorés 47 génère un faisceau coloré à partir de la lumière blanche transmise par le premier écran 13. Pour cela, la matrice d’éléments colorés 47 comprend des éléments colorés rouges, des éléments colorés bleus et des éléments colorés verts.The matrix of colored elements 47 generates a colored beam from the white light transmitted by the first screen 13. For this, the matrix of colored elements 47 comprises red colored elements, blue colored elements and green colored elements.
Les éléments colorés sont par exemple fabriqués classiquement et selon les technologies bien connues des écrans à cristaux liquides à partir d’une résine translucide apte à absorber une partie seulement du spectre de lumière émise par le premier écran 13.The colored elements are, for example, conventionally manufactured and according to well-known technologies for liquid crystal screens from a translucent resin capable of absorbing only part of the spectrum of light emitted by the first screen 13.
Les éléments colorés sont chacun adaptés à ne laisser passer que la lumière comprise dans une largeur spectrale prédéterminée du spectre visible pour générer une couleur donnée dans l’image.The colored elements are each adapted to let pass only the light included in a predetermined spectral width of the visible spectrum to generate a given color in the image.
Un ensemble de trois éléments colorés successifs de couleurs différentes forme un pixel du deuxième écran 15. Chaque élément coloré de l’ensemble 47 reçoit la lumière blanche transmise par une cellule de cristaux liquides de la deuxième matrice. II faut donc trois cellules de cristaux liquides de la deuxième matrice pour générer la couleur voulue du pixel correspondant.A set of three successive colored elements of different colors forms a pixel of the second screen 15. Each colored element of the set 47 receives the white light transmitted by a liquid crystal cell of the second matrix. It therefore takes three liquid crystal cells from the second matrix to generate the desired color of the corresponding pixel.
Le contrôleur 31 pilote l’intensité de la lumière blanche transmise par chacune des trois cellules de cristaux liquides afin de créer un mélange des trois couleurs (rouge, verte, bleue) pour générer la couleur voulue du pixel correspondant.The controller 31 controls the intensity of the white light transmitted by each of the three liquid crystal cells in order to create a mixture of the three colors (red, green, blue) to generate the desired color of the corresponding pixel.
Selon un exemple, une cellule de cristaux liquides de la première matrice éclaire un ensemble de trois cellules de cristaux liquides de la deuxième matrice. Le premier écran 13 a donc une première résolution identique à la deuxième résolution du deuxième écran 15, qui est par définition le nombre d’ensemble des trois éléments colorés successifs de couleurs différentes.According to one example, a liquid crystal cell of the first matrix illuminates a set of three liquid crystal cells of the second matrix. The first screen 13 therefore has a first resolution identical to the second resolution of the second screen 15, which is by definition the set number of the three successive colored elements of different colors.
Dans le cas d’une résolution identique ou inférieure du premier écran 13, une cellule de cristaux liquides de la première matrice éclaire une pluralité de cellules de cristaux liquides de la deuxième matrice. Une première résolution réduite permet de simplifier la fabrication du premier écran 13 et de diminuer le coût de l’afficheur tête-haute.In the case of an identical or lower resolution of the first screen 13, a liquid crystal cell of the first matrix illuminates a plurality of liquid crystal cells of the second matrix. A reduced first resolution simplifies the manufacture of the first screen 13 and reduces the cost of the head-up display.
Par ailleurs, comme représenté sur la figure 5, du fait de la divergence de la lumière, le premier écran 13 peut avoir une taille inférieure à la taille du deuxième écran 15. Le deuxième écran 15 est alors situé à une distance D du premier écran 13.Furthermore, as shown in FIG. 5, due to the divergence of the light, the first screen 13 may have a size smaller than the size of the second screen 15. The second screen 15 is then located at a distance D from the first screen 13.
Dans cette configuration, il est de plus possible d’augmenter encore plus la première résolution du premier écran 13 par rapport à la deuxième résolution du deuxième écran 15 afin d’éclairer une zone minimale du deuxième écran 15.In this configuration, it is also possible to further increase the first resolution of the first screen 13 relative to the second resolution of the second screen 15 in order to illuminate a minimum area of the second screen 15.
Comme représenté sur la figure 4, le deuxième écran 15 reçoit seulement la lumière transmise par les zones passantes 33. Ainsi, la succession du premier écran 13 et du deuxième écran 15 permet de limiter réchauffement du deuxième écran 15 et ainsi de ralentir sa détérioration. Le premier écran 13 peut de plus être équipé d’un moyen de dissipation thermique (non représenté). Le moyen de dissipation thermique peut être actif ou passif, par exemple des céramiques transparentes.As shown in FIG. 4, the second screen 15 receives only the light transmitted by the pass-through zones 33. Thus, the succession of the first screen 13 and the second screen 15 makes it possible to limit heating of the second screen 15 and thus to slow its deterioration. The first screen 13 can also be equipped with a heat dissipation means (not shown). The means of heat dissipation can be active or passive, for example transparent ceramics.
Alternativement, le premier écran 13 et le deuxième écran 15 peuvent être placés en contact. Le moyen de dissipation thermique peut alors comprendre une plaque transparente de céramique frittée interposée entre le premier écran 13 et le deuxième écran 15 afin de dissiper la chaleur des deux écrans 13, 15. L’épaisseur de cette plaque est définie en fonction de la quantité de chaleur à dissiper.Alternatively, the first screen 13 and the second screen 15 can be placed in contact. The heat dissipation means can then comprise a transparent sintered ceramic plate interposed between the first screen 13 and the second screen 15 in order to dissipate the heat of the two screens 13, 15. The thickness of this plate is defined as a function of the quantity heat to dissipate.
Alternativement, la couche d’un matériau photoluminescent 29 et la plaque transparente de céramique sont remplacées par une plaque de céramique phosphore. Pour plus de détails, on pourra se référer à l’article « Advances in transparent glass-ceramic phosphors for white light-emitting diodes - A review >> de Daqin Chen et al. (Journal of the European Ceramic Society, Volume 35, Issue 3, March 2015, pages 859-869). Une telle plaque de céramique phosphore mise en contact avec le premier écran 13 et le deuxième écran 15 permet de réduire réchauffement du premier écran 13 lié à la lumière émise par la source de lumièreAlternatively, the layer of photoluminescent material 29 and the transparent ceramic plate are replaced by a phosphor ceramic plate. For more details, refer to the article "Advances in transparent glass-ceramic phosphors for white light-emitting diodes - A review" by Daqin Chen et al. (Journal of the European Ceramic Society, Volume 35, Issue 3, March 2015, pages 859-869). Such a phosphor ceramic plate brought into contact with the first screen 13 and the second screen 15 makes it possible to reduce heating of the first screen 13 linked to the light emitted by the light source
11. De plus, la plaque de céramique phosphore réduit réchauffement du deuxième écran 15 lié non seulement à la lumière émise par la source de lumière 11, mais aussi réchauffement lié à la lumière du soleil incidente sur l’afficheur tête-haute 1.11. In addition, the phosphor ceramic plate reduces heating of the second screen 15 linked not only to the light emitted by the light source 11, but also heating linked to the sunlight incident on the head-up display 1.
Le diffuseur 19 précédemment décrit peut être placé entre le premier écran 13 et le deuxième écran 15. Le diffuseur 19 peut être collé au premier écran 13 et/ou au deuxième écran 15. Alternativement, le diffuseur 19 peut être placé à distance du premier écran 13 et du deuxième écran 15.The diffuser 19 previously described can be placed between the first screen 13 and the second screen 15. The diffuser 19 can be glued to the first screen 13 and / or to the second screen 15. Alternatively, the diffuser 19 can be placed at a distance from the first screen 13 and the second screen 15.
Alternativement, le diffuseur 19 comprend une première partie et une deuxième partie. La première partie est située entre la source de lumière 11 et le premier écran 13. La deuxième partie est située entre le premier écran 13 et le deuxième écran 15.Alternatively, the diffuser 19 comprises a first part and a second part. The first part is located between the light source 11 and the first screen 13. The second part is located between the first screen 13 and the second screen 15.
L’afficheur tête-haute 1 peut en outre comprendre un tube optique 49 disposé entre le premier écran 13 et le deuxième écran 15. Le tube optique 49 comprend des parois absorbantes dans le spectre visible, par exemple des parois dont la surface intérieure est noire. Les parois absorbantes permettent d’absorber la lumière parasite entre le premier écran 13 et le deuxième écran 15.The head-up display 1 may further comprise an optical tube 49 disposed between the first screen 13 and the second screen 15. The optical tube 49 comprises absorbent walls in the visible spectrum, for example walls whose inner surface is black . The absorbent walls make it possible to absorb stray light between the first screen 13 and the second screen 15.
Selon un autre exemple, la source lumineuse 11 comprend au moins une diode laser. Dans ce cas, le premier polariseur d’entrée 20 est optionnel. S’il est utilisé, le premier axe de polarisation est aligné avec la direction de polarisation de la diode laser. Le deuxième axe de polarisation est perpendiculaire à la direction de polarisation de la diode laser.According to another example, the light source 11 comprises at least one laser diode. In this case, the first input polarizer 20 is optional. If used, the first axis of polarization is aligned with the direction of polarization of the laser diode. The second axis of polarization is perpendicular to the direction of polarization of the laser diode.
La source de lumière 11 peut être de type scanner laser générant un carré ou rectangle de lumière autour d’un spot laser. Dans ce cas, le scanner laser balaye le premier écran 13 à une fréquence synchrone avec celle du laser.The light source 11 can be of the laser scanner type generating a square or rectangle of light around a laser spot. In this case, the laser scanner scans the first screen 13 at a frequency synchronous with that of the laser.
Selon un autre exemple, le deuxième écran 15 comprend une pluralité d’écrans TFT. Un tel dispositif de génération d’images 5 permet de limiter un rayonnement parasites entre les écrans 13, 15.According to another example, the second screen 15 comprises a plurality of TFT screens. Such an image generation device 5 makes it possible to limit parasitic radiation between the screens 13, 15.
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