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WO2018167314A1 - Afficheur tête haute adapté au port de lunettes polarisantes - Google Patents

Afficheur tête haute adapté au port de lunettes polarisantes Download PDF

Info

Publication number
WO2018167314A1
WO2018167314A1 PCT/EP2018/056763 EP2018056763W WO2018167314A1 WO 2018167314 A1 WO2018167314 A1 WO 2018167314A1 EP 2018056763 W EP2018056763 W EP 2018056763W WO 2018167314 A1 WO2018167314 A1 WO 2018167314A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
display
polarization
value
light beam
control signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/056763
Other languages
English (en)
Inventor
François GRANDCLERC
Jean-Christophe ALRIC
Vincent GIROD
Original Assignee
Valeo Comfort And Driving Assistance
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Comfort And Driving Assistance filed Critical Valeo Comfort And Driving Assistance
Priority to EP18712190.0A priority Critical patent/EP3596540A1/fr
Publication of WO2018167314A1 publication Critical patent/WO2018167314A1/fr

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Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • G02B2027/014—Head-up displays characterised by optical features comprising information/image processing systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display.
  • It relates more particularly to a head-up display configured to produce a visible image both when the driver wears polarizing glasses (typically polarizing sunglasses) than when he does not.
  • polarizing glasses typically polarizing sunglasses
  • an image generating unit emits a light beam, which is partially returned to the eyes of the driver, for example by means of a partial reflection on the windshield of the vehicle.
  • the image to be displayed is thus superimposed visually on the environment facing the vehicle.
  • an optimum brightness of the visualized image is generally obtained for a polarization of the light beam perpendicular to the plane of incidence containing the average direction of the light beam incident on the windshield and the average direction of this light beam after reflection by the windshield.
  • the reflection coefficient of the windshield is significantly higher for this polarization than for a polarization parallel to the plane of incidence.
  • polarizing glasses for example sunglasses
  • polarizing glasses for example sunglasses
  • the present invention provides a head-up display comprising:
  • an image generation unit emitting a light beam intended to be projected, at the output of the display, towards a partially transparent blade
  • liquid crystal cell disposed in the path of said light beam, configured so that said light beam emerges from said cell by presenting:
  • the display being configured so that the polarization of said light beam at the output of the display depends directly on the polarization of said light beam at the output of the liquid crystal cell.
  • the display comprises a control unit adapted to generate said control signal, autonomously, in the form of a succession of alternations between said first value and said second value.
  • Switching from one to the other of the first and second polarizations makes it possible to alternately favor a visualization with polarizing glasses, and a visualization without polarizing glasses.
  • the light beam repeatedly switches between this first and second polarization.
  • a user in practice a driver of the vehicle is able to visualize the image produced by the display, whether or not it wears polarizing glasses, and without being obliged for that to indicate to the display whether or not he wears such glasses.
  • the image generation unit being configured to successively generate several representative frames each of an image
  • the control unit is configured so that the control signal switches from one to the other of said first and second values; during a time interval separating two of said generations of successive frames;
  • control unit is configured so that the generated control signal is periodic, with a period of less than 0.1 seconds;
  • control unit is configured so that said period is furthermore less than 0.05 seconds
  • the liquid crystal cell is configured, in response to a switchover of the control signal from one to the other of the first and second values, to switch the polarization state of the light beam coming out of said cell; one to the other of the first and second polarizations, in a response time less than half of said period;
  • control unit is configured so that the control signal that it generates is a periodic signal in crenellations having a duty ratio of between 10% and 90%;
  • control unit is configured so that the control signal has, during said period, successively said first value, then said second value, then a third value equal to or less than the opposite of said first value, then said second value;
  • said first polarization is linear
  • said second polarization is linear
  • said second polarization is orthogonal to said first polarization
  • the display comprises means for projecting said light beam towards a partially transparent blade
  • one of the first and second polarizations is parallel to the plane of incidence containing the average direction of said incident light beam on said plate and the mean direction of this same light beam after reflection by said blade.
  • FIG. 1 shows schematically, seen from the side, a display implementing the teachings of the invention
  • FIG. 2 shows schematically the evolution of a control signal of a liquid crystal cell of the display
  • FIG. 3 shows schematically, for a variant of the display of Figure 1, the evolution of this control signal.
  • Figure 1 shows schematically the main elements of a display head 1 high, equipping a vehicle, for example a motor vehicle, a train, a boat (such as a barge), a tram or a bus.
  • 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 generation unit 10, which here comprises a liquid crystal display (LCD) and a backlight system of this screen.
  • the LCD screen generates an image to display.
  • the light beam F which emerges from the liquid crystal screen is intended to be projected, at the output of the display, towards a partially transparent blade located in front of the eyes 3 of a user of the display (this user being in general the driver of the vehicle).
  • a projection optical system here directs the light beam from the image generation unit to the partially transparent blade.
  • This blade here the windshield 2 of the vehicle, partially reflects the light beam F to the eyes 3 of the user.
  • the image to be displayed is thus superimposed visually on the environment facing the vehicle.
  • the projection optical system comprises projection means, made here by folding mirror 13 arranged to reflect the light beam F from the image generation unit 10 to the windshield 2.
  • the folding mirror can be plane , spherical, or have a shape adapted to compensate for geometric aberrations introduced by reflection on the windshield.
  • the projection optical system could comprise, in addition to the above-mentioned folding mirror, one or more other mirrors or optical components disposed in the path of the light beam between the unit. image generation and windshield.
  • the image generation unit could be oriented so as to direct the light beam that it emits directly to the windshield, the folding mirror then being omitted.
  • the display 1 here comprises a housing, in which are housed the image generation unit 10 and the projection optical system.
  • This housing has an exit opening, through which the light beam F leaves the display 1, in the direction of the blade 2.
  • the display 1 also comprises a liquid crystal cell 11, arranged in the path of the light beam F, downstream of the image generation unit 10.
  • the liquid crystal cell 1 1 has input and output faces which, preferably, are sufficiently wide to be traversed by the light beam F without the diaphragm.
  • the liquid crystal cell 1 1 is disposed here against an output face of the image generation unit 10, or at least in the vicinity of this output face.
  • the liquid crystal cell at the opening of the display housing mentioned above.
  • the liquid crystal cell then closes this exit opening in the manner of a protective window, and prevents dust or foreign bodies from entering the display housing.
  • an additional optical component protection window
  • the liquid crystal cell in order not to diaphragm the light beam, the liquid crystal cell must have wider input and output faces when it is arranged at the exit opening of the display than when it is arranged just after the image generation unit (and is therefore more expensive).
  • the transverse extension of the light beam at the output of the display is generally greater than its transverse extension immediately after the image generation unit.
  • the liquid crystal cell could be disposed in the path of the light beam at any position between the image generating unit and the outlet opening mentioned above.
  • the display 1 is devoid, downstream of the liquid crystal cell 1 1, of optical components capable of modifying the polarization of the light beam F. The polarization of this light beam is then identical, at the output of the crystal cell liquid 1 1, and output of the display. Otherwise formulated, the liquid crystal cell 1 1 imposes the polarization of the light beam at the output of the display.
  • the display 1 being configured so that the polarization of the light beam F at the output of the display 1 directly depends on the polarization of this light beam F at the output of the liquid crystal cell 1 January.
  • the display is devoid, downstream of the liquid crystal cell 1 1, a polarizing filter that transmits only a given polarization.
  • the liquid crystal cell 1 1 is configured so that the light beam F has, at the output of this cell:
  • the first polarization P1 is that which maximizes the luminous intensity of this light beam after reflection by the windshield 2.
  • the first polarization is that which maximizes the light intensity of the light beam F reaching the eyes 3 of the user.
  • the first polarization P1 is linear and perpendicular to the plane of incidence containing the mean direction of the light beam incident on the windshield and the mean direction of the same light beam after reflection on the windshield (such a polarization is called polarization S in the field of optics).
  • This plane of incidence corresponds, in Figure 1, to the plane of this figure (plane of the sheet).
  • the second polarization P2 is, among the different polarizations that can present the light beam F, that which maximizes the light intensity of the light beam reaching the eyes 3 of the user when it wears polarizing glasses (generally polarizing sunglasses).
  • the second polarization P2 is linear and parallel to the aforementioned plane of incidence (a such polarization is called polarization P in the field of optics).
  • the first and second polarizations could, in order to maximize the light intensity reaching the user's eyes, present orientations different from those mentioned above. and / or be slightly elliptical instead of linear.
  • the display 1 is configured so that the light beam F has, before passing through the liquid crystal cell 1 1, said first polarization.
  • the liquid crystal screen is oriented so that the light beam F has, at the output of the image generation unit 10, said first polarization (more precisely, its angular position, around a axis perpendicular to the screen, is chosen for this purpose).
  • the image generation unit could be made by means of an at least partially translucent diffusing screen, and a scanning system of a rear face of this screen diffusing by a laser beam, rather than 'by means of the LCD screen.
  • a polarizing film can be arranged between the image generation unit and the liquid crystal cell. polarizing film being oriented so that the light beam has said first polarization after passing through the polarizing film.
  • the liquid crystal cell 11 is essentially transparent: its transmittance is, in practice, greater than about 80%. It comprises two electrodes parallel to its input and output faces. It also comprises, contained between these two electrodes, a solution of molecules in the form of rods. These molecules are organized in the form of a cholesteric liquid crystal (more precisely in the form of a nematic liquid crystal in torsion), as long as the electrical voltage applied between these electrodes is zero, or at least lower than a given threshold. .
  • the control signal of the cell corresponds to the voltage applied between these two electrodes.
  • the aforementioned molecules are aligned substantially perpendicular to the electrodes.
  • the polarization of the light beam F is not changed at the crossing of the liquid crystal cell January 1.
  • the light beam F then has, at the output of the liquid crystal cell, the first polarization P1.
  • the crossing of the cell induces a rotation of the polarization of the light beam.
  • a predetermined angle of rotation fixed at the manufacture of the cell, equal here to 90 degrees.
  • the light beam F then has, at the output of the liquid crystal cell, the second polarization P2.
  • the display 1 comprises a control unit 12 adapted to generate the control signal s, autonomously, in the form of a succession of alternations between the first value V1 and the second value V2.
  • control signal s passes successively from the first value to the second value, is held at the second value for a predetermined duration, then goes from the second value to the first value, remains at the first value for one ( other) predetermined time and so on.
  • the user of the display in practice the driver of the vehicle, is able to visualize the image produced by the display, whether it is wearing polarizing or non-polarizing sunglasses, and without to be obliged to indicate to the display whether or not he wears such glasses.
  • This result is particularly interesting because it would be burdensome for the user to always indicate whether or not he wears such glasses.
  • the control unit 12 generates the control signal s autonomously in the sense that, when the display 1 is electrically powered, the control unit 12 generates the control signal s, in the form mentioned above, without the intervention of the user of the display.
  • the control unit 12 is realized in practice by means of an electronic circuit such as a generator of crenellated signals, or sinusoidal signals, or else pseudo-random signals.
  • the light intensity, just upstream of the eyes 3 of the user varies when the control signal s switches from one to the other of the first and second values V1 and V2. Also, if the value of the control signal is maintained for a long time at the first value, then at the second value, and so on, the user perceives a variation of brightness of the displayed image, in the manner of a flashing .
  • control unit 12 is configured so that the control signal s it generates is periodic, of period T less than 0.1 seconds.
  • the user then perceives, thanks to the retinal persistence effect, an image of constant brightness, or at least substantially constant, which is more comfortable and visually resting than a flashing image.
  • control unit is even configured so that the period T of the control signal is less than 0.05 seconds, to further reduce any variations in apparent brightness of the image that could perceive the user.
  • the period T of the control signal is thus less than the average retentive persistence time (which is equal to about 0.05 seconds) makes it possible, during the period T, to maintain the brightness of the image perceived by the user at a substantially constant level.
  • control signal generated by the control unit is shown diagrammatically in FIG. 2, as a function of time t, for the embodiment considered here.
  • control unit 12 is configured here to generate the control signal s in the form of a periodic signal in slots having, during the period T:
  • the corresponding duty cycle equal to the first duration T1 divided by the period T, is between 10% and 90%. This duty cycle is more particularly equal here at 50%.
  • the liquid crystal cell 11 is configured to: in response to a switch of the control signal s from one to the other of the first and second values V1 and V2, to switch the polarization state of the light beam F leaving said cell, from one to the other of the first and second polarizations P1 and P2 in a response time tp less than half the period T of the control signal .
  • the response time tp of the liquid crystal cell 1 1 is short enough to allow, during the period T, to switch from the first polarization to the second polarization, and then from the second polarization to the first polarization ( or the opposite).
  • the response time tp of the cell is less than 25 milliseconds.
  • the liquid crystal cell has a response time of less than 10 milliseconds, or even less than 4 milliseconds, in order to obtain, during each period, clear tilts between the first and second polarizations (the light beam then having polarizations intermediate between them only for a short time compared to the period T).
  • the response time tp of the cell is defined more precisely as the time required, after a switch of the control signal s from the first value V1 to the second value V2, to change from a normalized transmittance value of 10% to a standardized transmittance value of 90%.
  • This normalized transmittance corresponds to the normalized transmittance of a system comprising the liquid crystal cell followed by a polarizing film passing only the second polarization.
  • the value 100% corresponds to the maximum transmittance of this system.
  • This system is mentioned here to define precisely the response time tp, but it will of course be noted that in the display 1 described here, the liquid crystal cell 11 is not followed by such a polarizing film.
  • liquid crystal cells exhibiting such response times are commercially available.
  • the switchover between the first value V1 and the second value V2 is performed during a time interval separating two successive generations of frames by the image generation unit 10.
  • the image generated by the image generation unit is decomposed into successively formed frames, at a given projection frequency.
  • a frame corresponds to a refresh of all the pixels of the screen. Between two successive frames, during a reduced time interval, no pixel refresh takes place.
  • This allows, from the point of view of the liquid crystal cell, to have a longer duration to switch from the first to the second polarization, which allows to use a liquid crystal cell slower, and therefore less expensive .
  • control unit is configured to generate the control signal s of the liquid crystal cell in the form of a succession of alternations between:
  • the control signal s presents this sequence of four successive values periodically, the corresponding period being twice the time period T mentioned previously.
  • the switching between two of said values can be performed in the interval separating the projections of two successive frames.
  • the control signal s has the third value V3
  • the polarization of the light beam F after the liquid crystal cell corresponds to the first polarization P1 (c ' that is, in this case, to a polarization S, optimizing the visibility of the image in the absence of polarizing glasses).
  • the third value V3 as well as the first value V1 makes it possible to obtain, for the light beam F, the first polarization P1.
  • the first and second polarizations P1 and P2 are respectively perpendicular (polarization P1) and parallel (polarization P2) to the plane of incidence, which contains the direction average of the light beam incident on the windshield as well as the average direction of this same light beam after reflection on the windshield.
  • the first polarization is parallel to this plane of incidence, to maximize the light intensity reaching the user's eyes when wearing polarizing sunglasses,
  • the second polarization is then perpendicular to the plane of incidence to maximize the light intensity reaching his eyes in the absence of such glasses.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un afficheur (1) tête-haute comprenant : - une unité de génération d'image (10) émettant un faisceau lumineux (F),- une cellule à cristaux liquides (11), disposée sur le trajet dudit faisceau lumineux, configurée pour que ledit faisceau lumineux sorte de ladite cellule en présentant : - une première polarisation (P1), lorsqu'un signal de commande (s) de ladite cellule présente une première valeur, et - une deuxième polarisation (P2), lorsque le signal de commande présente une deuxième valeur, la polarisation dudit faisceau lumineux en sortie de l'afficheur dépendant directement de sa polarisation en sortie de la cellule à cristaux liquides. Selon l'invention, l'afficheur comprend en outre une unité de commande (12) adaptée à générer ledit signal de commande, de manière autonome, sous la forme d'une succession d'alternances entre ladite première valeur et ladite deuxième valeur.

Description

Afficheur tête haute adapté au port de lunettes polarisantes
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne un afficheur tête haute.
Elle s'applique de manière particulièrement intéressante dans un véhicule tel qu'un véhicule automobile.
Elle concerne plus particulièrement un afficheur tête haute configuré pour produire une image visible aussi bien lorsque le conducteur porte des lunettes polarisantes (typiquement des lunettes de soleil polarisantes) que lorsqu'il n'en porte pas.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Pour le conducteur d'un véhicule, 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.
Il est connu dans ce but d'équiper le véhicule avec un afficheur dit tête haute. Dans un tel afficheur, une unité de génération d'image émet un faisceau lumineux, qui est renvoyé en partie vers les yeux du conducteur, par exemple au moyen d'une réflexion partielle sur le parebrise du véhicule. L'image à afficher est ainsi superposée visuellement à l'environnement situé face au véhicule.
Lorsque le conducteur ne porte pas de lunettes de soleil polarisantes, une luminosité optimale de l'image visualisée est généralement obtenue pour une polarisation du faisceau lumineux perpendiculaire au plan d'incidence contenant la direction moyenne du faisceau lumineux incident sur le pare-brise et la direction moyenne de ce faisceau lumineux après réflexion par le parebrise. En effet, le coefficient de réflexion du parebrise est nettement plus élevé pour cette polarisation que pour une polarisation parallèle au plan d'incidence.
En revanche, lorsque le conducteur porte des lunettes (par exemple de soleil) polarisantes, pour optimiser la luminosité de l'image qu'il visualise, il est préférable de polariser le faisceau lumineux parallèlement au plan d'incidence. En effet, une polarisation perpendiculaire au plan d'incidence serait bloquée par les lunettes de soleil polarisantes (elle ne serait pas transmise par ces lunettes).
Il est connu alors du document JP2012103331 de faire varier la polarisation du faisceau lumineux produit par l'afficheur, sur la commande du conducteur. Le conducteur peut ainsi sélectionner une polarisation, ou une autre, selon qu'il porte ou non des lunettes de soleil polarisantes.
OBJET DE L'INVENTION
Dans ce contexte, la présente invention propose un afficheur tête-haute comprenant :
- une unité de génération d'image émettant un faisceau lumineux destiné à être projeté, en sortie de l'afficheur, vers une lame partiellement transparente,
- une cellule à cristaux liquides, disposée sur le trajet dudit faisceau lumineux, configurée pour que ledit faisceau lumineux sorte de ladite cellule en présentant :
- une première polarisation, lorsqu'un signal de commande de ladite cellule présente une première valeur, et
- une deuxième polarisation, lorsque le signal de commande présente une deuxième valeur,
l'afficheur étant configuré de sorte que la polarisation dudit faisceau lumineux en sortie de l'afficheur dépende directement de la polarisation dudit faisceau lumineux en sortie de la cellule à cristaux liquides.
Selon l'invention, l'afficheur comprend une unité de commande adaptée à générer ledit signal de commande, de manière autonome, sous la forme d'une succession d'alternances entre ladite première valeur et ladite deuxième valeur.
Basculer de l'une à l'autre des première et deuxième polarisations permet de favoriser alternativement une visualisation avec des lunettes polarisantes, et une visualisation sans lunettes polarisantes.
Du fait de la forme du signal de commande, le faisceau lumineux bascule, de manière répétée, entre cette première et cette deuxième polarisation.
Grâce à ce basculement répété, un utilisateur (en pratique un conducteur du véhicule) est en mesure de visualiser l'image produite par l'afficheur, qu'il porte des lunettes polarisantes ou non, et sans être obligé pour cela d'indiquer à l'afficheur s'il porte, ou non, de telles lunettes.
Ce résultat est particulièrement intéressant, car il serait astreignant pour l'utilisateur de devoir, comme dans l'art antérieur précité, indiquer systématiquement s'il porte ou non de telles lunettes, ce qu'en outre il pourrait parfois oublier de faire.
D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l'afficheur conforme à l'invention sont les suivantes :
- l'unité de génération d'image étant configurée pour générer successivement plusieurs trames représentatives chacune d'une image, l'unité de commande est configurée pour que le signal de commande bascule de l'une à l'autre desdites première et deuxième valeurs pendant un intervalle de temps séparant deux desdites générations de trames successives ;
- l'unité de commande est configurée pour que le signal de commande généré soit périodique, de période inférieure à 0,1 seconde ;
- l'unité de commande est configurée pour que ladite période soit en outre inférieure à 0,05 seconde ;
- la cellule à cristaux liquides est configurée pour, en réponse à un basculement du signal de commande de l'une à l'autre des première et deuxième valeurs, faire basculer l'état de polarisation du faisceau lumineux sortant de ladite cellule, de l'une à l'autre des première et deuxième polarisations, en un temps de réponse inférieur à la moitié de ladite période ;
- l'unité de commande est configurée pour que le signal de commande qu'elle génère soit un signal périodique en créneaux, présentant un rapport cyclique compris entre 10% et 90% ;
- l'unité de commande est configurée pour que le signal de commande présente, au cours de ladite période, successivement ladite première valeur, puis ladite deuxième valeur, puis une troisième valeur égale ou inférieure à l'opposé de ladite première valeur, puis ladite deuxième valeur ;
- ladite première polarisation est linéaire ;
- ladite deuxième polarisation est linéaire ;
- ladite deuxième polarisation est orthogonale à ladite première polarisation ;
- l'afficheur comprend des moyens de projection dudit faisceau lumineux vers une lame partiellement transparente ;
- l'une des première et deuxième polarisations est parallèle au plan d'incidence contenant la direction moyenne dudit faisceau lumineux incident sur ladite lame et la direction moyenne de ce même faisceau lumineux après réflexion par ladite lame.
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 représente schématiquement, vu de côté, un afficheur mettant en œuvre les enseignements de l'invention ;
- la figure 2 représente schématiquement l'évolution d'un signal de commande d'une cellule à cristaux liquides de l'afficheur ; et
- la figure 3 représente schématiquement, pour une variante de l'afficheur de la figure 1 , l'évolution de ce signal de commande.
La figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d'un afficheur 1 tête haute, équipant un véhicule, par exemple un véhicule automobile, un train, un bateau (tel qu'une péniche), un tramway ou un bus.
L'afficheur 1 comprend une unité de génération d'image 10, qui comporte ici un écran à cristaux liquides (ou LCD pour "Liquid Crystal Display"), et un système de rétro-éclairage de cet écran. L'écran à cristaux liquides permet de générer une image à afficher.
Le faisceau lumineux F qui émerge de l'écran à cristaux liquides est destiné à être projeté, en sortie de l'afficheur, vers une lame partiellement transparente située devant les yeux 3 d'un utilisateur de l'afficheur (cet utilisateur étant en général le conducteur du véhicule). A cette fin, un système optique de projection dirige ici le faisceau lumineux issu de l'unité de génération d'image vers la lame partiellement transparente. Cette lame, ici le parebrise 2 du véhicule, réfléchit partiellement le faisceau lumineux F vers les yeux 3 de l'utilisateur. L'image à afficher est ainsi superposée visuellement à l'environnement situé face au véhicule.
Le système optique de projection comprend des moyens de projection, réalisés ici par miroir de repliement 13 disposé de manière à réfléchir le faisceau lumineux F provenant de l'unité de génération d'image 10 vers le parebrise 2. Le miroir de repliement peut être plan, sphérique, ou encore présenter une forme adaptée pour compenser des aberrations géométriques introduites par la réflexion sur le parebrise.
En variante, le système optique de projection pourrait comprendre, en plus du miroir de repliement mentionné ci-dessus, un ou plusieurs autres miroirs ou composants optiques disposés sur le trajet du faisceau lumineux, entre l'unité de génération d'images et le parebrise.
En variante encore, l'unité de génération d'image pourrait être orientée de manière à diriger le faisceau lumineux qu'elle émet directement vers le parebrise, le miroir de repliement étant alors omis.
L'afficheur 1 comprend ici un boîtier, dans lequel sont logés l'unité de génération d'image 10 et le système optique de projection. Ce boîtier présente une ouverture de sortie, par laquelle le faisceau lumineux F sort de l'afficheur 1 , en direction de la lame 2.
L'afficheur 1 comprend également une cellule à cristaux liquides 1 1 , disposée sur le trajet du faisceau lumineux F, en aval de l'unité de génération d'image 10.
La cellule à cristaux liquides 1 1 présente des faces d'entrée et de sortie qui, de préférence, sont suffisamment étendues pour être traversées par le faisceau lumineux F sans le diaphragmer.
La cellule à cristaux liquides 1 1 est disposée ici contre une face de sortie de l'unité de génération d'image 10, ou tout au moins au voisinage de cette face de sortie.
En variante, on peut toutefois prévoir de disposer la cellule à cristaux liquides au niveau de l'ouverture du boîtier de l'afficheur mentionnée ci-dessus. La cellule à cristaux liquides obture alors cette ouverture de sortie à la manière d'une fenêtre de protection, et empêche que des poussières ou des corps étrangers ne pénètrent dans le boîtier de l'afficheur. Disposer ainsi la cellule à cristaux liquides permet de s'affranchir d'un composant optique supplémentaire (fenêtre de protection) dédié uniquement à l'obturation de l'ouverture de sortie, ce qui simplifie la fabrication de l'afficheur. En revanche, pour ne pas diaphragmer le faisceau lumineux, la cellule à cristaux liquides doit présenter des faces d'entrée et de sortie plus étendues lorsqu'elle est disposée au niveau de l'ouverture de sortie de l'afficheur que lorsqu'elle est disposée juste après l'unité de génération d'image (et elle est donc plus onéreuse). En effet, l'extension transverse du faisceau lumineux en sortie de l'afficheur est généralement supérieure à son extension transverse immédiatement après l'unité de génération d'image.
En variante encore, la cellule à cristaux liquides pourrait être disposée sur le trajet du faisceau lumineux à une position quelconque entre l'unité de génération d'image et l'ouverture de sortie mentionnée ci-dessus. Ici, l'afficheur 1 est dépourvu, en aval de la cellule à cristaux liquides 1 1 , de composants optiques susceptibles de modifier la polarisation du faisceaux lumineux F. La polarisation de ce faisceau lumineux est alors identique, en sortie de la cellule à cristaux liquides 1 1 , et en sortie de l'afficheur. Autrement formulé, la cellule à cristaux liquides 1 1 impose la polarisation du faisceau lumineux en sortie de l'afficheur.
Plus généralement, l'afficheur 1 étant configuré de sorte que la polarisation du faisceau lumineux F en sortie de l'afficheur 1 dépende directement de la polarisation de ce faisceau lumineux F en sortie de la cellule à cristaux liquides 1 1 . En particulier, l'afficheur est dépourvu, en aval de la cellule à cristaux liquides 1 1 , d'un filtre polarisant qui ne transmettrait qu'une polarisation donnée.
La cellule à cristaux liquides 1 1 est configurée pour que le faisceau lumineux F présente, en sortie de cette cellule :
- une première polarisation P1 , lorsqu'un signal de commande s de ladite cellule présente une première valeur V1 , et
- une deuxième polarisation P2, lorsque le signal de commande s présente une deuxième valeur V2.
Parmi les différentes polarisations que peut présenter le faisceau lumineux F, la première polarisation P1 est celle qui maximise l'intensité lumineuse de ce faisceau lumineux après réflexion par le parebrise 2. Ainsi, lorsque l'utilisateur de l'afficheur 1 ne porte pas de lunettes polarisantes, la première polarisation est celle qui maximise l'intensité lumineuse du faisceau lumineux F parvenant jusqu'aux yeux 3 de l'utilisateur.
Ici, la première polarisation P1 est linéaire et perpendiculaire au plan d'incidence contenant la direction moyenne du faisceau lumineux incident sur le parebrise et la direction moyenne de ce même faisceau lumineux après réflexion sur le parebrise (une telle polarisation est appelée polarisation S dans le domaine de l'optique). Ce plan d'incidence correspond, sur la figure 1 , au plan de cette figure (plan de la feuille).
La deuxième polarisation P2 est, parmi les différentes polarisations que peut présenter le faisceau lumineux F, celle qui maximise l'intensité lumineuse du faisceau lumineux parvenant jusqu'aux yeux 3 de l'utilisateur lorsque celui-ci porte des lunettes polarisantes (en général des lunettes de soleil polarisantes). Ici, la deuxième polarisation P2 est linéaire et parallèle au plan d'incidence précité (une telle polarisation est appelée polarisation P dans le domaine de l'optique).
Selon les propriétés de réflexion de la lame partiellement transparente (ici du parebrise), les première et deuxième polarisations pourraient, afin de maximiser l'intensité lumineuse parvenant jusqu'aux yeux de l'utilisateur, présenter des orientations différentes de celles mentionnées ci-dessus et/ou être légèrement elliptiques au lieu d'être linéaires.
L'afficheur 1 est configuré de sorte que le faisceau lumineux F présente, avant de traverser la cellule à cristaux liquides 1 1 , ladite première polarisation.
Pour cela, l'écran à cristaux liquides est orienté de manière à ce que le faisceau lumineux F présente, en sortie de l'unité de génération d'image 10, ladite première polarisation (plus précisément, sa position angulaire, autour d'un axe perpendiculaire à l'écran, est choisie à cette fin).
Dans une variante, l'unité de génération d'image pourrait être réalisée au moyen d'un écran diffusant au moins partiellement translucide, et d'un système de balayage d'une face arrière de cet écran diffusant par un faisceau laser, plutôt qu'au moyen de l'écran à cristaux liquides. Dans le cadre de cette variante, si le faisceau laser est non polarisé, ou si l'écran diffusant a un effet dépolarisant, on peut alors disposer un film polarisant entre l'unité de génération d'image et la cellule à cristaux liquides, ce film polarisant étant orienté de sorte que le faisceau lumineux présente ladite première polarisation après avoir traversé le film polarisant.
La cellule à cristaux liquides 1 1 est essentiellement transparente : sa transmittance est, en pratique, supérieure à 80% environ. Elle comprend deux électrodes parallèles à ses faces d'entrée et de sortie. Elle comprend également, contenue entre ces deux électrodes, une solution de molécules en forme de bâtonnets. Ces molécules sont organisées sous la forme d'un cristal liquide cholestérique (plus précisément sous la forme d'un cristal liquide nématique en torsion), tant que la tension électrique appliquée entre ces électrodes est nulle, ou tout au moins inférieure à un seuil donné.
Le signal de commande de la cellule correspond à la tension électrique appliquée entre ces deux électrodes.
Lorsque la valeur de cette tension électrique est supérieure au seuil précité, ce qui est le cas pour la première valeur V1 , les molécules précitées s'alignent sensiblement perpendiculairement aux électrodes. Dans cette configuration, la polarisation du faisceau lumineux F n'est pas modifiée à la traversée de la cellule à cristaux liquides 1 1 . Le faisceau lumineux F présente alors, en sortie de la cellule à cristaux liquides, la première polarisation P1 .
Au contraire, lorsque la valeur de cette tension électrique est nulle ou tout au moins faible par rapport au seuil précité, ce qui est le cas pour la deuxième valeur V2, la traversée de la cellule induit une rotation de la polarisation du faisceau lumineux, d'un angle de rotation prédéterminé (fixé à la fabrication de la cellule), égal ici à 90 degrés. Le faisceau lumineux F présente alors, en sortie de la cellule à cristaux liquides, la deuxième polarisation P2.
Selon une caractéristique particulièrement remarquable, l'afficheur 1 comprend une unité de commande 12 adaptée à générer le signal de commande s, de manière autonome, sous la forme d'une succession d'alternances entre la première valeur V1 et la deuxième valeur V2 .
Autrement formulé, le signal de commande s passe successivement de la première valeur à la deuxième valeur, se maintient à la deuxième valeur pour une durée prédéterminée, puis passe de la deuxième valeur à la première valeur, se maintient à la première valeur pour une (autre) durée prédéterminée et ainsi de suite.
Du fait de la forme du signal de commande s ainsi généré, la polarisation du faisceau lumineux F après la cellule à cristaux liquides 1 1 bascule de manière répétée entre la première et la deuxième polarisation.
Grâce à ce basculement répété, l'utilisateur de l'afficheur 1 , en pratique le conducteur du véhicule, est en mesure de visualiser l'image produite par l'afficheur, qu'il porte des lunettes de soleil polarisantes ou non, et sans être obligé pour cela d'indiquer à l'afficheur s'il porte, ou non, de telles lunettes. Ce résultat est particulièrement intéressant, car il serait astreignant pour l'utilisateur de devoir indiquer systématiquement s'il porte ou non de telles lunettes.
L'unité de commande 12 génère le signal de commande s de manière autonome en ce sens que, lorsque l'afficheur 1 est alimenté électriquement, l'unité de commande 12 génère le signal de commande s, sous la forme mentionnée ci- dessus, sans intervention de l'utilisateur de l'afficheur. L'unité de commande 12 est réalisée en pratique au moyen d'un circuit électronique tel qu'un générateur de signaux en créneaux, ou de signaux sinusoïdaux, ou encore de signaux pseudoaléatoires. L'intensité lumineuse, juste en amont des yeux 3 de l'utilisateur, varie lorsque le signal de commande s bascule de l'une à l'autre des première et deuxième valeurs V1 et V2. Aussi, si la valeur du signal de commande s est maintenue longtemps à la première valeur, puis à la deuxième valeur, et ainsi de suite, l'utilisateur perçoit une variation de luminosité de l'image affichée, à la manière d'un clignotement.
Pour éviter que l'utilisateur ne perçoive un tel clignotement, l'unité de commande 12 est configurée pour que le signal de commande s qu'elle génère soit périodique, de période T inférieure à 0,1 seconde.
L'utilisateur perçoit alors, grâce à l'effet de persistance rétinienne, une image de luminosité constante, ou tout au moins sensiblement constante, ce qui est plus confortable et reposant visuellement qu'une image clignotante.
Ici, l'unité de commande est même configurée pour que la période T du signal de commande soit inférieure à 0,05 seconde, pour réduire encore d'éventuelles variations de luminosité apparente de l'image que pourrait percevoir l'utilisateur.
Le fait que la période T du signal de commande soit ainsi inférieure au temps de persistance rétinienne moyen (qui est égal à 0,05 secondes environ) permet, au cours de la période T, de maintenir la luminosité de l'image perçue par l'utilisateur à un niveau sensiblement constant.
Le signal de commande s généré par l'unité de commande est représenté schématiquement sur la figure 2, en fonction du temps t, pour l'exemple de réalisation considéré ici.
Comme on peut le voir sur cette figure, l'unité de commande 12 est configurée ici pour générer le signal de commande s sous la forme d'un signal périodique en créneaux présentant, au cours de la période T :
- pendant une première durée T1 , la première valeur V1 , puis,
- pendant une deuxième durée T2, la deuxième valeur T2.
Le rapport cyclique correspondant, égal à la première durée T1 divisée par la période T, est compris entre 10% et 90%. Ce rapport cyclique est plus particulièrement égal, ici, à 50%.
Par ailleurs, la cellule à cristaux liquides 1 1 est configurée pour : en réponse à un basculement du signal de commande s de l'une à l'autre des première et deuxième valeurs V1 et V2, faire basculer l'état de polarisation du faisceau lumineux F sortant de ladite cellule, de l'une à l'autre des première et deuxième polarisations P1 et P2 en un temps de réponse tp inférieur à la moitié de la période T du signal de commande.
Autrement formulé, le temps de réponse tp de la cellule à cristaux liquides 1 1 est suffisamment court pour permettre, au cours de la période T, de basculer de la première polarisation à la deuxième polarisation, puis de la deuxième polarisation à la première polarisation (ou l'inverse).
Ici, le temps de réponse tp de la cellule est donc inférieur à 25 millisecondes.
On peut même prévoir que la cellule à cristaux liquides présente un temps de réponse inférieur à 10 millisecondes, voire inférieur à 4 millisecondes, afin d'obtenir, au cours de chaque période, des basculements nets entre les première et deuxième polarisations (le faisceau lumineux ne présentant alors des polarisations intermédiaires entre celles-ci que pendant un temps bref par rapport à la période T).
Le temps de réponse tp de la cellule est défini plus précisément comme le temps nécessaire pour, suite à un basculement du signal de commande s de la première valeur V1 à la deuxième valeur V2, passer d'une valeur de transmittance normalisée de 10% à une valeur de transmittance normalisée de 90%. Cette transmittance normalisée correspondant à la transmittance normalisée d'un système comprenant la cellule à cristaux liquides suivie d'un film polarisant laissant passer uniquement la deuxième polarisation. La valeur 100% correspond à la transmittance maximale de ce système. Ce système est mentionné ici pour définir précisément le temps de réponse tp, mais on notera bien sûr que, dans l'afficheur 1 décrit ici, la cellule à cristaux liquides 1 1 n'est pas suivie d'un tel film polarisant.
On notera par ailleurs que des cellules à cristaux liquides présentant de tels temps de réponse sont disponibles commercialement.
Selon une caractéristique optionnelle, en particulier lorsque la cellule à cristaux liquides présente un temps de réponse inférieur ou égal à 4 millisecondes, on peut prévoir que le basculement entre la première valeur V1 et la deuxième valeur V2 soit réalisé pendant un intervalle de temps séparant deux générations successives de trames par l'unité de génération d'image 10. De façon connue de l'homme du métier, l'image générée par l'unité de génération d'image est décomposée en trames formées successivement, à une fréquence de projection donnée. Dans le cas d'une projection basée comme ici sur un écran à cristaux liquides, une trame correspond à un rafraîchissement de l'ensemble des pixels de l'écran. Entre deux trames successives, pendant un intervalle de temps réduit, aucun rafraîchissement de pixel n'a lieu.
Il est alors intéressant de synchroniser le signal de commande avec le rafraîchissement des pixels de l'écran, de manière à ce que le signal de commande bascule de la première à la deuxième valeur (ou inversement) entre deux rafraîchissements de l'image, pendant l'intervalle de temps précité.
En effet, ce faisant, on évite des scintillements ou dégradations d'image qui peuvent advenir lorsque le signal de commande bascule pendant la projection d'une trame. On obtient ainsi une image non dégradée, ce qui est intéressant pour l'utilisation de l'afficheur tête haute dans un véhicule automobile.
En outre, lorsqu'une partie seulement des pixels de l'écran à cristaux liquides sont employés pour générer l'image, on peut prévoir de réaliser le basculement de la première à la deuxième valeur (et inversement) pendant un intervalle de temps étendu, égal à la somme de l'intervalle de temps précité (séparant deux rafraîchissements de l'image) et d'une durée correspondant au rafraîchissement des pixels non employés. Cela permet, du point de vue de la cellule à cristaux liquides, de disposer d'une durée plus longue pour basculer de la première à la deuxième polarisation, ce qui permet d'employer une cellule à cristaux liquides moins rapide, et donc moins onéreuse.
Par ailleurs, en variante, on pourrait prévoir que l'unité de commande soit configurée pour générer le signal de commande s de la cellule à cristaux liquides sous la forme d'une succession d'alternances entre :
- la première valeur V1 ,
- la deuxième valeur V2, choisie nulle dans ce cas,
- une troisième valeur V3, opposée à la première valeur V1 , puis, à nouveau,
- la deuxième valeur V2,
comme représenté schématiquement sur la figure 3.
Le signal de commande s présente cette séquence de quatre valeurs successives de manière périodique, la période correspondant étant le double de la période temporelle T mentionnée précédemment.
Comme indiqué précédemment, le basculement entre deux desdites valeurs peut être effectué dans l'intervalle séparant les projections de deux trames successives.
Pour l'exemple de réalisation de l'afficheur qui a été décrit plus haut, lorsque le signal de commande s présente la troisième valeur V3, la polarisation du faisceau lumineux F après la cellule à cristaux liquides correspond à la première polarisation P1 (c'est-à-dire, dans ce cas, à une polarisation S, optimisant la visibilité de l'image en l'absence de lunettes polarisantes).
Autrement formulé, la troisième valeur V3 aussi bien que la première valeur V1 permet d'obtenir, pour le faisceau lumineux F, la première polarisation P1 .
Alterner ainsi entre la première valeur V1 , positive, et la troisième valeur V3, négative, permet d'augmenter la durée de vie de la cellule à cristaux liquides 1 1 .
Enfin, on rappelle que dans l'exemple de réalisation qui a été décrit ci- dessus, les première et deuxième polarisations P1 et P2 sont respectivement perpendiculaire (polarisation P1 ) et parallèle (polarisation P2) au plan d'incidence, qui contient la direction moyenne du faisceau lumineux incident sur le parebrise ainsi que la direction moyenne de ce même faisceau lumineux après réflexion sur le parebrise.
En variante encore, les rôles respectifs des première et deuxième polarisations pourraient bien sûr être permutés, par rapport au mode de réalisation qui a été décrit ci-dessus.
Plus précisément, on pourrait prévoir que :
- la première polarisation soit parallèle à ce plan d'incidence, pour maximiser l'intensité lumineuse parvenant jusqu'aux yeux de l'utilisateur lorsqu'il porte des lunettes de soleil polarisantes,
- la deuxième polarisation étant alors perpendiculaire au plan d'incidence pour maximiser l'intensité lumineuse parvenant jusqu'à ses yeux en l'absence de telles lunettes.
Dans ce cas, il faudrait bien sûr adapter de manière correspondante l'orientation de l'écran à cristaux liquides (et celle de la cellule à cristaux liquides), pour que le faisceau lumineux présente, en amont de la cellule à cristaux liquides, une polarisation parallèle au plan d'incidence précité (et non plus perpendiculaire à celui-ci).

Claims

REVENDICATIONS
1 . Afficheur (1 ) tête-haute comprenant :
- une unité de génération d'image (10) émettant un faisceau lumineux (F) destiné à être projeté, en sortie de l'afficheur (1 ), vers une lame (2) partiellement transparente,
- une cellule à cristaux liquides (1 1 ), disposée sur le trajet dudit faisceau lumineux (F), configurée pour que ledit faisceau lumineux sorte de ladite cellule en présentant :
- une première polarisation (P1 ), lorsqu'un signal de commande (s) de ladite cellule présente une première valeur (V1 ), et
- une deuxième polarisation (P2), lorsque le signal de commande (s) présente une deuxième valeur (V2),
l'afficheur (1 ) étant configuré de sorte que la polarisation dudit faisceau lumineux (F) en sortie de l'afficheur (1 ) dépende directement de la polarisation dudit faisceau lumineux (F) en sortie de la cellule à cristaux liquides (1 1 ),
l'afficheur (1 ) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité de commande (12) adaptée à générer ledit signal de commande (s), de manière autonome, sous la forme d'une succession d'alternances entre ladite première valeur (V1 ) et ladite deuxième valeur (V2).
2. Afficheur selon la revendication 1 , dans lequel, l'unité de génération d'image (10) étant configurée pour générer successivement plusieurs trames représentatives chacune d'une image, l'unité de commande (12) est configurée pour que le signal de commande (s) bascule de l'une à l'autre desdites première et deuxième valeurs (V1 , V2) pendant un intervalle de temps séparant deux desdites générations de trames successives.
3. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel l'unité de commande (12) est configurée pour que le signal de commande (s) généré soit périodique, de période (T, 2T) inférieure à 0,1 seconde.
4. Afficheur (1 ) selon la revendication 3, dans lequel l'unité de commande (12) est configurée pour que ladite période (T, 2T) soit en outre inférieure à 0,05 seconde.
5. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel la cellule à cristaux liquides (1 1 ) est configurée pour :
en réponse à un basculement du signal de commande (s) de l'une à l'autre des première et deuxième valeurs (V1 , V2),
faire basculer l'état de polarisation du faisceau lumineux (F) sortant de ladite cellule, de l'une à l'autre des première et deuxième polarisations (P1 , P2) en un temps de réponse (tp) inférieur à la moitié de ladite période (T).
6. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel l'unité de commande (12) est configurée pour que le signal de commande (s) généré soit un signal périodique en créneaux, présentant un rapport cyclique compris entre 10% et 90%.
7. Afficheur selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel l'unité de commande (12) est configurée pour que le signal de commande (s) présente, au cours de ladite période (2T), successivement :
- ladite première valeur (V1 ), puis
- ladite deuxième valeur (V2), puis
- une troisième valeur (V3) égale ou inférieure à l'opposé de ladite première valeur (V1 ), puis
- ladite deuxième valeur (V2).
8. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel ladite première polarisation (P1 ) est linéaire.
9. Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel ladite deuxième polarisation (P2) est linéaire.
10. Afficheur (1 ) selon les revendications 8 et 9, dans lequel ladite deuxième polarisation (P2) est orthogonale à ladite première polarisation (P1 ).
1 1 . Afficheur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant des moyens de projection (13) dudit faisceau lumineux (F) vers une lame partiellement transparente (2), et dans lequel l'une des première et deuxième polarisations (P1 , P2) est parallèle au plan d'incidence défini par la réflexion dudit faisceau lumineux (F) sur ladite lame (2).
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