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EP4110641A1 - Dispositif d'affichage tête-haute - Google Patents

Dispositif d'affichage tête-haute

Info

Publication number
EP4110641A1
EP4110641A1 EP21706315.5A EP21706315A EP4110641A1 EP 4110641 A1 EP4110641 A1 EP 4110641A1 EP 21706315 A EP21706315 A EP 21706315A EP 4110641 A1 EP4110641 A1 EP 4110641A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light beam
screen
head
sensor
display device
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21706315.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Ayoub BEN NACHOUANE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Original Assignee
Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
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 SAS filed Critical Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Publication of EP4110641A1 publication Critical patent/EP4110641A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B60K35/81—Arrangements for controlling instruments for controlling displays
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    • B60K35/233—Head-up displays [HUD] controlling the size or position in display areas of virtual images depending on the condition of the vehicle or the driver
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B27/01—Head-up displays
    • 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
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    • B60K2360/60—Structural details of dashboards or instruments
    • B60K2360/66—Projection screens or combiners

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of head-up display.
  • the present invention relates in particular to a head-up display device, for example for a motor vehicle.
  • Head-up display devices comprising a housing, an image generation device and an optical system: the image generation device is arranged inside the housing and designed to generate a beam luminous ; the optical system is configured to project the light beam in the direction of a partially transparent plate through a window formed in the housing.
  • the light beam After partial reflection on the partially transparent blade, the light beam reaches the eyes of the driver so as to form a virtual image seen by the driver beyond the partially transparent blade, that is to say, in the usual applications, at the front of the vehicle.
  • the intensity of the light beam generated by the image generation device is usually adjusted as a function of the ambient brightness: the higher the ambient brightness, the more the intensity of the light beam must also be high.
  • the invention provides a head-up display device, a housing, an image generation device and an optical system
  • the image generation device comprising a screen, being arranged in the interior of said housing and being designed to generate a light beam, said optical system being configured to project said light beam towards a partially transparent blade through a window formed in said housing
  • said head-up display device comprising in besides a protection module capable of controlling a reduction in intensity of said light beam generated by said image generation device, said head-up display device comprising: a first sensor capable of determining an external brightness; and a second sensor capable of measuring radiation emitted by said screen; said protection module being able to control a reduction in intensity of said light beam on the basis of said external brightness and of said radiation.
  • the protection module can thus for example be activated and reduce the intensity of the light beam in order to limit the production of heat inside the case by the imaging device.
  • said second sensor has a field of view oriented towards said image generation device such that said radiation is representative of a surface temperature of said screen
  • said first mirror comprises an optical filter arranged on its reflecting surface and having a reflection coefficient of less than 5% for radiation included in a given range of infrared wavelengths;
  • said second sensor is an infrared sensor
  • said second sensor comprises a matrix of photoelectric cells
  • the first sensor is designed to detect a solar light beam entering said housing
  • said protection module comprises a device for measuring an ambient temperature of said image generation device
  • said protection module is designed to control said reduction when said ambient temperature is above a threshold
  • said screen comprises at least one semiconductor element
  • said head-up display device comprises a circuit for measuring a junction temperature of said semiconductor element
  • - Said protection module is designed to control a reduction in intensity of the light beam when the junction temperature is above a threshold.
  • the invention also provides a method of protecting a head-up display device comprising: a housing; an image generation device arranged inside said housing, comprising a screen and adapted to generate a light beam; a optical system configured to project said light beam towards a partially transparent plate and comprising a first mirror arranged to reflect said light beam; a first sensor; a second sensor; and a protection module; said method comprising the following steps:
  • the step of measuring the radiation is triggered on the basis of said external luminosity
  • the step of reducing the intensity of the modulated beam is triggered on the basis of said external brightness
  • said protection method comprises the following steps: i) a step of determining an ambient temperature by a temperature sensor; and ii) a step of determining a junction temperature by a measuring circuit; and the reduction in intensity of the modulated light beam is performed on the basis of said ambient temperature and said junction temperature;
  • said protection method comprises a step of determining, on the basis of said radiation and a time constant of said screen, a maximum temperature representative of the rise in temperature of said screen;
  • - Said protection module controls a reduction in intensity of said modulated light beam when said maximum temperature is greater than a limit temperature of said screen.
  • FIG. 1 shows schematically in section a head-up display device according to the invention
  • FIG. 2 represents a reduction curve based on a temperature measurement
  • FIG. 3 schematically shows in perspective a second sensor and a screen belonging to the head-up display device of FIG. 1;
  • FIG. 4 represents a block diagram of a sequence of steps allowing the implementation of a thermal protection method
  • FIG. 5 represents a block diagram of a sequence of steps making it possible to determine a reduction coefficient used in the method of FIG. 4.
  • a head-up display device 1 is described in the case where it is used in a motor vehicle.
  • the head-up display device 1 comprises an image generation device 10, an optical system 20, a first sensor 65, a second sensor 60 and a protection module 30.
  • the head-up display device 1 is controlled by a computer.
  • the computer is programmed to control and / or connect the various elements of the head-up display device 1.
  • the computer is a vehicle computer.
  • the head-up display device 1 could comprise a dedicated computer.
  • the image generation device 10 is designed to generate a light beam called the modulated light beam L.
  • the image generation device 10 comprises a light source 12 and a screen 11.
  • the screen 11 consists of a matrix of elements whose transmittance varies over time.
  • the screen 11 receives a source light beam generated by the light source 12 and transmits the modulated light beam L.
  • the light source 12 is polychromatic to form color images. Thanks to its matrix of elements, the screen 11 spatially modulates the source light beam so as to form the modulated light beam L.
  • the screen 11 is a TFT type liquid crystal screen (standing for “thin film transistor”), that is to say a matrix of liquid crystal cells each controlled by a transistor in thin film (hence the name of the screen says TFT).
  • three cells each associated with a colored filter, for example one for blue, one for green and one for red, make it possible to control the transmittance, by orienting the liquid crystals, in a stable manner and with a low response time.
  • a colored filter for example one for blue, one for green and one for red
  • a rear face of a diffuser is scanned by a laser beam generated by a set of laser diodes, the scanning being for example carried out by a movable mirror. Then, a front face of the diffuser generates the modulated light beam.
  • the optical system 20 is arranged to project the modulated light beam L in the direction of a partially transparent blade 70 along a determined path.
  • the modulated light beam L is reflected by the partially transparent plate 70 towards an observation zone where the eyes of the driver are located.
  • the path of the modulated light beam L between the image generation device 10 and the partially transparent plate 70 defines an optical path.
  • the partially transparent blade 70 is oriented so as to reflect a part of the modulated light beam L in the direction of an observation zone in which the eyes of the driver are located, so as to form a virtual image.
  • the partially transparent blade 70 may be part of a vehicle windshield or a combiner, that is to say a partially transparent blade 70 dedicated to the head-up display. Such a combiner would be placed between the windshield and the driver's eyes.
  • the virtual image contains indications or information intended for the driver of the vehicle, for example in the form of regulatory symbols and / or a speedometer and / or an engine speed indicator and / or a fault indicator and / or a navigation instruction.
  • the optical system 20 here comprises a first mirror 21 which is a plane mirror.
  • Optical system 20 also includes a second mirror 25 which is a concave mirror.
  • the second concave mirror 25 allows for example the enlargement of small images generated by the image generation device 10 to form virtual images of suitable size.
  • the second mirror 25 is mobile, for example in rotation, so as to adjust the position of the virtual image to the observation zone, which depends on the size of the driver.
  • the first mirror 21 orients the modulated light beam L produced by the image generation device 10 towards the second mirror 25.
  • the head-up display device 1 is here included in a protective housing 50 or a casing.
  • a window 51 is made in the housing 50 to allow the modulated light beam L to propagate towards the partially transparent plate 70.
  • the window 51 can be covered by a transparent material such as a glass slide.
  • the adjective “inside” refers to the inside of the head-up display device 1, therefore here inside the housing 50.
  • the adjective “outside” refers to the outside. of the head-up display device 1 therefore here on the outside of the housing 50.
  • the adjective “outside” refers for example to the interior of the vehicle.
  • a solar light beam LS can penetrate inside the head-up display device 1, here by the window 51. This happens in particular when the sun, the partially transparent plate 70 and the second mirror 25 are substantially aligned, as shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 represents a particular example of propagation of the solar light beam LS.
  • the solar light beam LS travels the optical path in the opposite direction.
  • This scenario corresponds to the most damaging situation for the head-up display device 1 since the second mirror 25 focuses, after reflection on the first mirror 21, the solar light beam LS at the center of the screen 11.
  • the solar light beam LS can illuminate other areas of the screen 11 but is less focused.
  • the screen 11 is relatively absorbent. Thus, when the solar light beam LS reaches the screen 11, the solar light beam LS rapidly causes heating of the screen 11 and more generally of the image generation device 10. Such heating is detrimental to the operation of the device. image generation device 10 and can go as far as its deterioration. For example here, from a certain temperature, the liquid crystals of the screen 11 can lose their polarization.
  • the head-up display device 1 comprises a protection module 30 capable of controlling an intensity reduction of the modulated light beam L.
  • the protection module 30 can for example control a reduction of the intensity of the source light beam emitted by the light source 12, until it stops total if necessary.
  • the protection module 30 can for example control a reduction in the electric current supplied to the light source 12.
  • the protection module 30 may include device 40 for measuring an ambient temperature TA of the image generation device 10.
  • the measuring device 40 is located nearby of the screen 11 or on the electronic card of the light source 12.
  • the measuring device 40 is for example a thermistor with a negative temperature coefficient.
  • the protection module 30 is designed to control the reduction in intensity of the modulated light beam L when the ambient temperature TA is greater than an ambient threshold.
  • the ambient threshold is for example between 60 ° C and 100 ° C, the ambient threshold is preferably between 70 ° C and 100 ° C.
  • This measurement of ambient temperature TA makes it possible to set up a so-called "derating" reduction strategy, characterized by a reduction in the performance of the image generation device 10.
  • This strategy consists in defining the maximum intensity of the beam modulated light L generated by the image generation device 10, that is to say the maximum luminance of the virtual image, as a function of the ambient temperature TA.
  • the amplitude of the reduction in intensity can be given by a reduction curve called "derating curve. »Defined in three intervals: i) an interval where the ambient temperature TA is less than or equal to a threshold value TA1, the image generation device 10 can then operate at its maximum capacity, the third coefficient C3 is then equal to 1; ii) an interval where the ambient temperature TA is greater than the threshold value TA1 and less than a maximum value TA2, the protection module 30 can decrease the intensity of the modulated light beam L, the amplitude of the reduction is obtained by a projection on a decreasing linear curve, the third coefficient C3 is then between 0 and 1; iii) an interval where the ambient temperature TA is greater than the maximum value TA2, the protection module 30 can order the stopping of the image generation device 10, the third coefficient C3 is then equal to 0.
  • the image generation device 10 comprises a semiconductor element, for example a semiconductor element of the screen 11 or a light emitting diode of the light source 12.
  • the head-up display device 1 comprises a dedicated measuring circuit.
  • the protection module 30 can order the stopping of the image generation device 10.
  • the protection module 30 can also be designed to control a reduction in the intensity of the modulated light beam L when the junction temperature TJ is greater than a junction threshold.
  • the junction threshold is preferably between 95 ° C and 110 ° C, which conventionally corresponds to the thermal limits of a TFT screen.
  • the junction threshold can for example be equal to 110 ° C.
  • the protection module 30 can decrease the intensity of the modulated light beam L to regulate the junction temperature TJ.
  • the amplitude of the reduction, represented by a fourth coefficient C4, of intensity can be given by a second reduction curve defined in three intervals.
  • the head-up display device 1 comprises:
  • the first sensor 65 which is able to determine an exterior brightness LE
  • the protection module 30 is then able to control a reduction in the intensity of the light beam L on the basis of the external luminosity LE and of the radiation RA.
  • the intensity of the modulated light beam L at a given time also depends on the external brightness LE. It is important to consider the external luminosity LE around the driver to adapt the luminance of the virtual image, for example to adapt to the passage in a tunnel, to the exit of a tunnel or to a dazzling situation.
  • the protection module 30 is therefore connected to the first sensor 65 which is designed to determine an external luminosity LE which is here associated with solar radiation.
  • the first sensor 65 is also designed to detect a solar light beam LS entering the image capture device 1 through the window 51 of the housing 50.
  • the first sensor 65 is arranged outside the housing 50, near the window 51.
  • the first sensor 65 may include a light guide, for example an optical fiber, to determine an exterior brightness LE coming from a particular direction.
  • the The light guide is preferably oriented in the direction defined by the window 51 and the partially transparent plate 70 to detect a solar light beam LS entering the head-up display device 1. Provision could also be made for the first sensor to be arranged inside the housing and oriented towards the window or else the first sensor is placed in the passenger compartment of the vehicle.
  • this first sensor 65 it is possible to set up a so-called “dimming" adaptation strategy to adapt the luminance of the virtual image as a function of the external luminosity LE.
  • This adaptation strategy can cause the image generation device 10 to increase or decrease the intensity of the modulated light beam L by virtue of a first coefficient Cl.
  • the first coefficient Cl may be less than 1 and in a glare situation, the first coefficient Cl may be greater than 1.
  • the head-up display device 1 also includes the second sensor 60.
  • the second sensor 60 is able to measure RA radiation emitted by the screen 11 inside the housing 50
  • the protection module 30 can then control the reduction in intensity of the modulated beam L on the basis of the radiation RA.
  • the protection module 30 can for example control the reduction of intensity when the radiation RA is greater than a threshold.
  • the second sensor 60 is oriented towards the screen 11.
  • the orientation is predetermined such that RA radiation is representative of a surface temperature of the screen 11
  • oriented towards the screen 11 is meant that the screen 11 is included in a field of vision C of the sensor which can be defined by a solid angle through which the second sensor 60 is sensitive to electromagnetic radiation.
  • a main observation axis P of the second sensor 60 is oriented towards a center CR of the screen 11.
  • the main observation axis P is defined as the direction along which the second sensor 60 is the most sensitive to radiation and corresponds to the average direction of the field of vision C.
  • the highest temperature is located at CR center of the screen 11, it is therefore important to measure the temperature at the CR center with good precision.
  • the second sensor 60 is therefore arranged to measure the RA radiation emitted by the screen 11. Since the RA radiation emitted by the screen 11 is representative of the temperature of the screen 11, the measurement of the radiation RA makes it possible to estimate the temperature at the surface of the screen 11. The measurement of an intensity radiated by the screen 11 at a determined wavelength, or in a determined wavelength range, makes it possible, like a black body, to determine the temperature at the surface of the screen 11.
  • the second sensor 60 is placed near the first mirror 21, as shown in FIG. 1.
  • the second sensor 60 is located at a distance D from the screen 11 preferably between 40 and 100 mm.
  • the field of view C of the second sensor 60 is defined by a first angle ALPHA representing the window of the field of view C in a first direction and by a second angle BETA representing the window of the field of view C in a second direction orthogonal to the first .
  • the first angle ALPHA is preferably between 20 ° and 120 °.
  • the second BETA angle is preferably between 20 ° and 120 °.
  • the second sensor 60 is capable of operating at least between -40 ° C and 100 ° C.
  • the second sensor 60 is an infrared sensor.
  • the second sensor 60 is primarily sensitive to a given infrared wavelength range, for example wavelengths less than 700nm.
  • mainly sensitive is meant that the second sensor 60 is for example 5 to 10 times more sensitive to infrared radiation than to visible radiation.
  • the sensor 60 has a passband located in the infrared.
  • An infrared sensor makes it possible to set up an effective solar protection strategy since in the infrared range, the RA radiation emitted by the screen 11 is more representative of its temperature than in the visible range.
  • the modulated light beam L consists of wavelengths included in the visible range, the latter does not disturb the operation of the second sensor 60.
  • the first mirror 21 here comprises an optical filter 22 disposed on its reflecting surface and having a reflection coefficient of less than 5% for radiation within a given range of infrared, for example for the lengths d wave less than 700 nm. Thanks to this optical filter 22, the infrared part of the solar light beam LS does not reach the screen 11 and does not cause it to heat up. Equipped with the optical filter 22, the first mirror 21 is equivalent to a “cold mirror”, the infrared part of a light beam is transmitted through the first mirror 21 and only the visible part is reflected.
  • the radiation RA measured by the second sensor 60 therefore does not depend on a possible partial reflection of the solar light beam LS on the screen 11.
  • the solar light beam LS reflected on the screen 11 can only generate radiation in the visible range towards the second sensor 60.
  • the second sensor 60 By means of calibrations, it is possible to determine the temperature of the screen 11 on the basis of its radiation RA, in particular its radiation RA in the infrared range. For a given positioning of the second sensor 60, it is for example possible to vary the temperature of the screen 11 and carry out radiation measurements in order to construct a mathematical correlation model. The second sensor 60 therefore makes it possible here to determine, in real time, the temperature at the surface of the screen 11.
  • the second sensor 60 comprises a matrix of photoelectric cells. This matrix makes it possible to determine the temperature at several points on the surface of the screen 11. Such a second sensor 60 is capable of giving for example 64 temperature values when it comprises a matrix of 8 ⁇ 8 photoelectric cells.
  • This matrix of photoelectric cells makes it possible to determine a temperature distribution DT at the surface of the screen 11.
  • This temperature distribution DT notably contains data on the location and the temperature of hot spots which may form on the screen. screen 11 by focusing the solar light beam LS.
  • a hot spot can be very local, which can damage the screen 11 without significantly raising the ambient temperature TA.
  • Such a hot point can come from a line of focusing, that is to say a strong illumination in the visible range coming from the sun.
  • the protection module 30 can control the reduction in intensity of the modulated light beam L, that is to say a reduction in the performance of the image generation device 10, on the basis of the RA radiation emitted by the screen 11.
  • the intensity of the modulated light beam L at a given time after reduction by the protection module 30 is hereinafter called the corrected intensity IC of the modulated light beam L.
  • the corrected intensity IC therefore depends on the reduction in intensity controlled on the basis of the radiation RA measured by the second sensor 60, i.e. on the basis of the temperature distribution DT at the surface of the screen 11.
  • the corrected intensity IC corresponds to a setpoint intensity, weighted, among other things, by a second coefficient C2 determined on the basis of the radiation RA.
  • the setpoint intensity is for example determined by the driver to achieve a given luminance of the virtual image.
  • the second coefficient C2 can for example be determined on the basis of the hottest temperature determined at the surface of the screen 11, such as the hottest hot spot. Thus, when the temperature at a point exceeds a threshold value, the second coefficient can be set at a value less than 1, for example by following a reduction curve based on the temperature of the hottest point.
  • the method of thermal protection of the head-up display device 1 comprises:
  • the solar light beam LS is an external thermal stress which can be three to four times greater than the internal thermal stresses and which can generate rapid local heating, it is therefore necessary to detect these hot spots in order to anticipate the heating.
  • steps e2 and / or e5 can be performed only when a solar light beam LS enters the housing 50.
  • the first sensor 65 is used. to estimate the conditions where a solar light beam LS enters the housing 50, either directly for example by virtue of the light guide described above, or indirectly on the basis of the external luminosity LE.
  • steps e2 and e5 are triggered when the exterior brightness LE is greater than a threshold value. Provision can also be made for steps e2 and e5 to be triggered when the first coefficient C1 is greater than 1, that is to say under conditions of strong sunlight.
  • steps e2 and e5 can therefore depend on the exterior brightness LE determined in step el. This triggering of steps e2 and e5 makes it possible to save energy and avoid untimely reductions in the intensity of the modulated light beam L.
  • step el the external luminosity LE makes it possible to determine the first coefficient C1.
  • step e2 the radiation RA makes it possible to determine the second coefficient C2.
  • step e5 the protection module 30 can then calculate the corrected intensity IC by weighting the setpoint intensity by the first coefficient C1 and / or by the second coefficient C2.
  • FIG. 5 represents a sequence of steps making it possible to determine the second coefficient C2 on the basis, among other things, of the radiation RA measured by the second sensor 60.
  • the protection method comprises a step e21 of determining a temperature distribution DT on the surface of the screen 11.
  • the temperature distribution DT is determined on the basis of the radiation RA emitted by the screen 11
  • the temperature distribution DT is updated at regular time intervals thanks to an internal clock of the protection module 30. After each time interval, the temperature distribution DT is recorded in a table, here in a memory of the protection module 30. The table then contains a series of temperature distributions DT.
  • the protection method comprises a step e22 of calculating a dynamic average MD of the temperature of the screen 11 on the basis of the series of temperature distributions DT.
  • a digital filter is integrated into the protection module 30.
  • the coefficients of the filter can be dynamic, for example updated at each time interval on the basis of the temperature distributions recorded in the table.
  • the maximum temperatures representative of the hot spots may be given greater weight in the calculation of the dynamic mean MD.
  • the dynamic mean MD is representative of the temporal evolution of the temperature of the screen 11.
  • the dynamic mean MD is for example representative of the hot spots, of the mean temperature and of the temperature gradients.
  • the dynamic average MD makes it possible to monitor rapid and local increases in the temperature at the surface of the screen 11.
  • the first time intervals for example the first three, are not. taken into account to avoid outliers.
  • the protection method then comprises a step e23 of calculating a maximum temperature TMAX on the basis of the dynamic mean MD and of a time constant CT of the screen 11.
  • the maximum temperature TMAX is an estimate of the temperature of the screen 11, in permanent mode or after a determined period, if the thermal stress imposed on the screen 11 remains invariable, that is to say the temperature that the screen 11 will reach if the thermal stresses , in particular the sunshine, remain constant.
  • the maximum temperature TMAX which is representative of the temperature rise of the screen 11, is thus determined on the basis of the radiation RA and of the time constant CT.
  • an estimator is integrated into the protection module 30.
  • the estimator can for example be a neural network trained on measurements obtained in calibration.
  • the time constant CT is a characteristic parameter of the screen 11.
  • the time constant CT represents the thermal capacity of the screen 11, that is to say its propensity to heat up when it receives. Energy.
  • the time constant CT depends in particular on the materials in which the screen 11 is made. The addition of additional layers on the screen 11, such as films and glass plates, makes it possible to adjust the time constant CT.
  • the estimation of the maximum temperature TMAX makes it possible to decide whether a reduction in the intensity of the light beam L is necessary. If the maximum temperature TMAX is lower than a limit temperature of the screen 11, the intensity of the light beam L is not reduced.
  • the second coefficient C2 can be fixed at 1. If the maximum temperature TMAX is greater than the limit temperature of the screen 11, the intensity of the light beam L is reduced. The second coefficient C2 can be fixed at a value less than 1.
  • the limit temperature of the screen 11 is the temperature at which the screen 11 ceases to function normally.
  • the limit temperature of the screen 11 can be the ambient threshold defined previously.
  • the protection module 30 can thus control a reduction in the intensity of the modulated light beam L when the maximum temperature TMAX is greater than the limit temperature of the screen 11.
  • the protection method comprises a step e24 of determining the second coefficient C2 on the basis of the maximum temperature TMAX and of the time constant CT.
  • the greater the maximum temperature TMAX the lower the second coefficient C2, that is to say close to 0, to anticipate the rise in temperature of the screen 11 to a high value.
  • the lower the time constant CT the lower the second coefficient C2, since the screen 11 rises rapidly in temperature for a given thermal stress, for example a given sunshine.
  • the thermal protection method further comprises steps el, e2 and e5:
  • step e3 the ambient temperature TA makes it possible to determine the third coefficient C3.
  • step e4 the junction temperature TJ makes it possible to determine the fourth coefficient C4.
  • the protection module in this second embodiment, can then control the reduction in intensity of the modulated light beam L on the basis of the ambient temperature TA and / or on the basis of the temperature junction TJ.
  • the protection module 30 can then calculate the corrected intensity IC by weighting the setpoint intensity by the third coefficient C3 and / or by the fourth coefficient C4.
  • the protection module 30 is therefore based on the following parameters to control a reduction in intensity of the modulated light beam L:
  • the protection module 30 calculates the corrected intensity IC by weighting the setpoint intensity both by the first coefficient Cl, by the second coefficient C2, by the third coefficient C3 and by the fourth coefficient C4.
  • the different protection strategies (reduction, reduction or based on the temperature distribution) interact optimally to provide the driver with the brightest virtual image possible while protecting the driver. image generation device 10. This makes it possible to increase the life of the image generation device 10.
  • the protection module 30 can control the closing of the window 51 by means of a movable part so as to prevent the solar light beam LS to penetrate inside the head-up display device 1. Provision can also be made for the second mirror 25, which here is mobile, to be moved to a protection position where the path of the modulated light beam L between the optical system 10 and the partially transparent plate 70 is interrupted, that is to say towards a position where the solar light beam LS cannot reach the image generation device 10.

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Abstract

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

Description

Description
Titre de l'invention : Dispositif d'affichage tête-haute Domaine technique de l'invention
[0001] La présente invention concerne le domaine technique de l'affichage tête-haute.
[0002] La présente invention concerne en particulier un dispositif d'affichage tête-haute, par exemple pour véhicule automobile.
Arrière-plan technologique
[0003] On connaît les dispositifs d'affichage tête-haute comprenant un boîtier, un dispositif de génération d'image et un système optique : le dispositif de génération d'image est agencé à l'intérieur du boîtier et conçu pour générer un faisceau lumineux ; le système optique est quant à lui configuré pour projeter le faisceau lumineux en direction d'une lame partiellement transparente à travers une fenêtre formée dans le boîtier.
[0004] Après réflexion partielle sur la lame partiellement transparente, le faisceau lumineux atteint les yeux du conducteur de manière à former une image virtuelle vue par le conducteur au-delà de la lame partiellement transparente, c'est-à-dire, dans les applications usuelles, à l'avant du véhicule.
[0005] L'intensité du faisceau lumineux généré par le dispositif de génération d'image est habituellement réglée en fonction de la luminosité ambiante : plus la luminosité ambiante est élevée, plus l'intensité du faisceau lumineux doit être élevée elle aussi.
[0006] Par ailleurs, dans certaines configurations d'éclairement solaire (en particulier pour certains positionnements relatifs du soleil, de la fenêtre du boîtier et du système optique), le flux solaire est concentré sur le dispositif de génération d'image, ce qui provoque son échauffement. Un tel échauffement est préjudiciable au fonctionnement du dispositif de génération d'image et peut aller jusqu'à sa détérioration.
Présentation de l'invention
[0007] Dans ce contexte, l'invention propose un dispositif d'affichage tête-haute un boîtier, un dispositif de génération d'images et un système optique, le dispositif de génération d'images comprenant un écran, étant agencé à l'intérieur dudit boîtier et étant conçu pour générer un faisceau lumineux, ledit système optique étant configuré pour projeter ledit faisceau lumineux en direction d'une lame partiellement transparente à travers une fenêtre formée dans ledit boîtier, ledit dispositif d'affichage tête-haute comprenant en outre un module de protection apte à commander une réduction d'intensité dudit faisceau lumineux généré par ledit dispositif de génération d'images, ledit dispositif d'affichage tête-haute comprenant : un premier capteur apte à déterminer une luminosité extérieure ; et un deuxième capteur apte à mesurer un rayonnement émis par ledit écran ; ledit module de protection étant apte à commander une réduction d'intensité dudit faisceau lumineux sur la base de ladite luminosité extérieure et dudit rayonnement.
[0008] En cas de luminosité élevée, généralement liée à un éclairement du dispositif d'affichage tête-haute par le soleil, le module de protection peut ainsi par exemple être activé et réduire l'intensité du faisceau lumineux afin de limiter la production de chaleur à l'intérieur du boîtier par le dispositif de génération d'image.
[0009] Selon d'autres caractéristiques envisageables à titre optionnel :
- ledit deuxième capteur possède un champ de vision orienté vers ledit dispositif de génération d'images de telle sorte que ledit rayonnement soit représentatif d'une température de surface dudit écran ;
- ledit premier miroir comprend un filtre optique disposé sur sa surface réfléchissante et présentant un coefficient de réflexion inférieur à 5% pour un rayonnement compris dans une plage de longueurs d'onde donnée de l'infrarouge ;
- ledit deuxième capteur est un capteur infrarouge ;
- ledit deuxième capteur comprend une matrice de cellules photoélectriques ;
- le premier capteur est conçu pour détecter un faisceau lumineux solaire entrant dans ledit boîtier ;
- ledit module de protection comprend un dispositif de mesure d'une température ambiante dudit dispositif de génération d'images ;
- ledit module de protection est conçu pour commander ladite réduction lorsque ladite température ambiante est supérieure à un seuil ;
- ledit écran comprend au moins un élément semi-conducteur ;
- ledit dispositif d'affichage tête-haute comprend un circuit de mesure d'une température de jonction dudit élément semi-conducteur ;
- ledit module de protection est conçu pour commander une réduction d'intensité du faisceau lumineux lorsque la température de jonction est supérieure à un seuil.
[0010] L'invention propose également un procédé de protection d'un dispositif d'affichage tête- haute comprenant : un boîtier ; un dispositif de génération d'images agencé à l'intérieur dudit boîtier, comprenant un écran et conçu pour générer un faisceau lumineux ; un système optique configuré pour projeter ledit faisceau lumineux en direction d'une lame partiellement transparente et comprenant un premier miroir agencé pour réfléchir ledit faisceau lumineux ; un premier capteur ; un deuxième capteur ; et un module de protection ; ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- une étape de détermination par ledit premier capteur d'une luminosité extérieure ;
- une étape de mesure par ledit deuxième capteur d'un rayonnement émis par ledit écran ; et
- une étape de réduction, commandée par ledit module de protection , de l'intensité du faisceau lumineux modulé sur la base de ladite luminosité extérieure et sur la base dudit rayonnement.
[0011] D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du procédé de protection conforme à l'invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- l'étape de mesure du rayonnement est déclenchée sur la base de ladite luminosité extérieure ;
- l'étape de réduction de l'intensité du faisceau modulé est déclenchée sur la base de ladite luminosité extérieure ;
- ledit procédé de protection comprend les étapes suivantes : i) une étape de détermination d'une température ambiante par un capteur de température ; et ii) une étape de détermination d'une température de jonction par un circuit de mesure ; et la réduction d'intensité du faisceau lumineux modulé est effectuée sur la base de ladite température ambiante et de ladite température de jonction ;
- ledit procédé de protection comprend une étape de détermination, sur la base dudit rayonnement et d'une constante de temps dudit écran, d'une température maximale représentative de l'élévation de température dudit écran ;
- ledit module de protection commande une réduction d'intensité dudit faisceau lumineux modulé quand ladite température maximale est supérieure à une température limite dudit écran.
Description détaillée de l'invention
[0012] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. [0013] De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où :
[0014] [Fig. 1] représente schématiquement en coupe un dispositif d'affichage tête-haute selon l'invention ;
[0015] [Fig. 2] représente une courbe de réduction basée sur une mesure de température ;
[0016] [Fig. 3] représente schématiquement en perspective un deuxième capteur et un écran appartenant au dispositif d'affichage tête-haute de la figure 1 ;
[0017] [Fig. 4] représente un schéma bloc d'une séquence d'étapes permettant la mise en oeuvre d'un procédé de protection thermique ;
[0018] [Fig. 5] représente un schéma bloc d'une séquence d'étapes permettant de déterminer un coefficient de réduction utilisé dans le procédé de la figure 4.
[0019] Ici, un dispositif d'affichage tête-haute 1 est décrit dans le cas ou il est utilisé au sein d'un véhicule automobile.
[0020] Comme le montre la figure 1, le dispositif d'affichage tête-haute 1 comprend un dispositif de génération d'images 10, un système optique 20, un premier capteur 65, un deuxième capteur 60 et un module de protection 30.
[0021] Le dispositif d'affichage tête-haute 1 est piloté par un calculateur. Le calculateur est programmé pour piloter et/ou connecter les différents éléments du dispositif d'affichage tête-haute 1. Ici, le calculateur est un calculateur du véhicule. En variante, le dispositif d'affichage tête-haute 1 pourrait comprendre un calculateur dédié.
[0022] Le dispositif de génération d'images 10 est conçu pour générer un faisceau lumineux appelé faisceau lumineux modulé L. Pour cela, le dispositif de génération d'images 10 comprend une source de lumière 12 et un écran 11.
[0023] L'écran 11 est constitué d'une matrice d'éléments dont la transmittance varie dans le temps. L'écran 11 reçoit un faisceau lumineux source généré par la source de lumière 12 et transmet le faisceau lumineux modulé L. Ici, la source de lumière 12 est polychromatique pour former des images en couleurs. Grâce à sa matrice d'éléments, l'écran 11 module spatialement le faisceau lumineux source de manière à former le faisceau lumineux modulé L. [0024] Ici, l'écran 11 est un écran à cristaux liquides de type TFT (de l'anglais « thin film transistor »), c'est-à-dire une matrice de cellules à cristaux liquides commandées chacune par un transistor en film mince (d'où le nom de l'écran dit TFT). Pour chaque élément de la matrice, trois cellules, chacune associée à un filtre coloré, par exemple un pour le bleu, un pour le vert et un pour le rouge, permettent de contrôler la transmittance, en orientant les cristaux liquides, de façon stable et avec un faible temps de réponse.
[0025] En variante, pour former le faisceau lumineux modulé L, une face arrière d'un diffuseur est balayée par un faisceau laser généré par un ensemble de diodes laser, le balayage étant par exemple réalisé par un miroir mobile. Ensuite, une face avant du diffuseur génère le faisceau lumineux modulé.
[0026] Le système optique 20 est agencé pour projeter le faisceau lumineux modulé L en direction d'une lame partiellement transparente 70 selon un trajet déterminé. Le faisceau lumineux modulé L est réfléchi par la lame partiellement transparente 70 vers une zone d'observation où se situent les yeux du conducteur. Le trajet du faisceau lumineux modulé L entre le dispositif de génération d'images 10 et la lame partiellement transparente 70 définit un chemin optique.
[0027] La lame partiellement transparente 70 est orientée de façon à réfléchir une partie du faisceau lumineux modulé L en direction d'une zone d'observation dans laquelle se trouvent les yeux du conducteur, de manière à former une image virtuelle. La lame partiellement transparente 70 peut être une partie d'un pare-brise du véhicule ou un combineur, c'est-à-dire une lame partiellement transparente 70 dédiée à l'afficheur tête- haute. Un tel combineur serait placé entre le pare-brise et les yeux du conducteur.
[0028] L'image virtuelle contient des indications ou informations destinées au conducteur du véhicule, par exemple sous forme de symboles réglementaires et/ou d'un indicateur de vitesse et/ou d'un indicateur de régime-moteur et/ou d'un indicateur de défaut et/ou d'une instruction de navigation.
[0029] Comme le montre la figure 1, le système optique 20 comprend ici un premier miroir 21 qui est un miroir plan. Le système optique 20 comprend aussi un second miroir 25 qui est un miroir concave. Le second miroir 25 concave permet par exemple l'agrandissement de petites images générées par le dispositif de génération d'images 10 pour former des images virtuelles de taille adéquate. Ici, le second miroir 25 est mobile, par exemple en rotation, de manière à ajuster la position de l'image virtuelle à la zone d'observation, qui dépend de la taille du conducteur. Le premier miroir 21 oriente le faisceau lumineux modulé L produit par le dispositif de génération d'images 10 vers le second miroir 25.
[0030] Le dispositif d'affichage tête-haute 1 est ici compris dans un boîtier 50 de protection ou un carter. Une fenêtre 51 est réalisée dans le boîtier 50 pour permettre au faisceau lumineux modulé L de se propager vers la lame partiellement transparente 70. La fenêtre 51 peut être couverte par un matériau transparent tel qu'une lame de verre.
[0031] Dans la suite, l'adjectif « intérieur » fait référence à l'intérieur du dispositif d'affichage tête- haute 1 donc ici à l'intérieur du boîtier 50. L'adjectif « extérieur » fait référence à l'extérieur du dispositif d'affichage tête-haute 1 donc ici à l'extérieur du boîtier 50. L'adjectif « extérieur » fait par exemple référence à l'habitacle du véhicule.
[0032] Comme le montre la figure 1, dans certaines configurations d'éclairement solaire (en particulier pour certains positionnements relatifs du soleil, de la fenêtre du boîtier et du système optique), un faisceau lumineux solaire LS peut pénétrer à l'intérieur du dispositif d'affichage tête-haute 1, ici par la fenêtre 51. Cela arrive notamment lorsque le soleil, la lame partiellement transparente 70 et le second miroir 25 sont sensiblement alignés, comme cela est représenté sur la figure 1.
[0033] La figure 1 représente un exemple particulier de propagation du faisceau lumineux solaire LS. Dans cet exemple le faisceau lumineux solaire LS parcourt le chemin optique en sens inverse. Ce cas de figure correspond à la situation la plus dommageable pour le dispositif d'affichage tête-haute 1 puisque le second miroir 25 focalise, après réflexion sur le premier miroir 21, le faisceau lumineux solaire LS au centre de l'écran 11. Dans d'autres cas, le faisceau lumineux solaire LS peut illuminer d'autres zones de l'écran 11 mais est moins focalisé.
[0034] L'écran 11 est relativement absorbant. Ainsi, lorsque le faisceau lumineux solaire LS parvient jusqu'à l'écran 11, le faisceau lumineux solaire LS provoque rapidement Réchauffement de l'écran 11 et plus généralement du dispositif de génération d'images 10. Un tel échauffement est préjudiciable au fonctionnement du dispositif de génération d'images 10 et peut aller jusqu'à sa détérioration. Par exemple ici, à partir d'une certaine température, les cristaux liquides de l'écran 11 peuvent perdre leur polarisation.
[0035] Comme le montre la figure 1, le dispositif d'affichage tête-haute 1 comprend un module de protection 30 apte à commander une réduction d'intensité du faisceau lumineux modulé L. Le module de protection 30 peut par exemple commander une réduction de l'intensité du faisceau lumineux source émis par la source de lumière 12, jusqu'à son arrêt total si nécessaire. Pour cela, le module de protection 30 peut par exemple commander une réduction du courant électrique fourni à la source de lumière 12.
[0036] Pour déterminer l'amplitude de la réduction d'intensité, le module de protection 30 peut comprendre dispositif de mesure 40 d'une température ambiante TA du dispositif de génération d'images 10. Le dispositif de mesure 40 est situé à proximité de l'écran 11 ou sur la carte électronique de la source de lumière 12. Le dispositif de mesure 40 est par exemple une thermistance à coefficient de température négatif.
[0037] Ici, le module de protection 30 est conçu pour commander la réduction d'intensité du faisceau lumineux modulé L lorsque la température ambiante TA est supérieure à un seuil ambiant. Le seuil ambiant est par exemple compris entre 60°C et 100°C, le seuil ambiant est de préférence compris entre 70°C et 100°C.
[0038] Cette mesure de température ambiante TA permet de mettre en place une stratégie de réduction dite de « derating », caractérisée par une réduction des performances du dispositif de génération d'images 10. Cette stratégie consiste à définir l'intensité maximum du faisceau lumineux modulé L généré par le dispositif de génération d'images 10, c'est-à- dire la luminance maximale de l'image virtuelle, en fonction de la température ambiante TA.
[0039] Comme le montre la figure 2, l'amplitude de la réduction d'intensité, représenté par un troisième coefficient C3 de réduction de l'intensité du faisceau modulé L, peut être donnée par une courbe de réduction dite « courbe de derating » définie en trois intervalles : i) un intervalle où la température ambiante TA est inférieure ou égale à une valeur seuil TA1, le dispositif de génération d'images 10 peut alors fonctionner au maximum de ses capacités, le troisième coefficient C3 est alors égal à 1 ; ii) un intervalle où la température ambiante TA est supérieure à la valeur seuil TA1 et inférieure à une valeur maximum TA2, le module de protection 30 peut diminuer l'intensité du faisceau lumineux modulé L, l'amplitude de la réduction est obtenue par une projection sur une courbe linéaire décroissante, le troisième coefficient C3 est alors compris entre 0 et 1 ; iii) un intervalle où la température ambiante TA est supérieure à la valeur maximum TA2, le module de protection 30 peut commander l'arrêt du dispositif de génération d'images 10, le troisième coefficient C3 est alors égal à 0.
[0040] Ici, le dispositif de génération d'images 10 comprend un élément semi-conducteur, par exemple un élément semi-conducteur de l'écran 11 ou une diode électroluminescente de la source de lumière 12. Pour mesurer une température de jonction TJ de l'élément semi- conducteur, le dispositif d'affichage tête-haute 1 comprend un circuit de mesure dédié.
[0041] Si la température limite de l'élément semi-conducteur est atteinte, le module de protection 30 peut commander l'arrêt du dispositif de génération d'images 10.
[0042] On peut aussi prévoir que le module de protection 30 soit conçu pour commander une réduction d'intensité du faisceau lumineux modulé L lorsque la température de jonction TJ est supérieure à un seuil de jonction. Le seuil de jonction est de préférence compris entre 95°C et 110°C, ce qui correspond classiquement aux limites thermiques d'un écran TFT. Le seuil de jonction peut par exemple être égal à 110°C.
[0043] On peut alors prévoir de mettre en place une deuxième stratégie de réduction associée au fonctionnement du ou des éléments semi-conducteurs et basée sur la température de jonction TJ. Cela signifie que le module de protection 30 peut diminuer l'intensité du faisceau lumineux modulé L pour réguler la température de jonction TJ. Comme précédemment, l'amplitude de la réduction, représentée par un quatrième coefficient C4, d'intensité peut être donnée par une deuxième courbe de réduction définie en trois intervalles.
[0044] Comme le montre la figure 1, le dispositif d'affichage tête-haute 1 comprend :
- le premier capteur 65 qui est apte à déterminer une luminosité extérieure LE ; et
- le deuxième capteur 60 qui est apte à mesurer un rayonnement RA émis par l'écran 11. Le module de protection 30 est alors apte à commander une réduction d'intensité du faisceau lumineux L sur la base de la luminosité extérieure LE et du rayonnement RA.
[0045] En effet, on peut prévoir que l'intensité du faisceau lumineux modulé L à un instant donnée dépende aussi de la luminosité extérieure LE. Il est important de considérer la luminosité extérieure LE autour du conducteur pour adapter la luminance de l'image virtuelle, par exemple pour s'adapter au passage dans un tunnel, à la sortie d'un tunnel ou à une situation d'éblouissement. Ici, le module de protection 30 est donc connecté au premier capteur 65 qui est conçu pour déterminer une luminosité extérieure LE qui est ici associée à un rayonnement solaire.
[0046] Ici, le premier capteur 65 est aussi conçu pour détecter un faisceau lumineux solaire LS entrant dans le dispositif de capture d'images 1 par la fenêtre 51 du boîtier 50. Ici, le premier capteur 65 est disposé à l'extérieur du boîtier 50, à proximité de la fenêtre 51. Le premier capteur 65 peut comprendre un guide de lumière, par exemple une fibre optique, pour déterminer une luminosité extérieure LE provenant d'une direction particulière. Le guide de lumière est de préférence orienté dans la direction définie par la fenêtre 51 et la lame partiellement transparente 70 pour détecter un faisceau lumineux solaire LS entrant dans le dispositif d'affichage tête-haute 1. On pourrait aussi prévoir que le premier capteur soit disposé à l'intérieur du boîtier et orienté vers la fenêtre ou bien que le premier capteur soit disposé dans l'habitacle du véhicule.
[0047] Grâce à ce premier capteur 65, on peut mettre en place une stratégie de d'adaptation dite de « dimming » pour adapter la luminance de l'image virtuelle en fonction de la luminosité extérieure LE. Cette stratégie d'adaptation peut amener le dispositif de génération d'images 10 à augmenter ou à diminuer l'intensité du faisceau lumineux modulé L grâce à un premier coefficient Cl. Par exemple, lors d'un passage dans un tunnel, le premier coefficient Cl peut être inférieur à 1 et dans une situation d'éblouissement, le premier coefficient Cl peut être supérieur à 1.
[0048] Comme le montre la figure 1, le dispositif d'affichage tête-haute 1 comprend aussi le deuxième capteur 60. Le deuxième capteur 60 est apte à mesurer un rayonnement RA émis par l'écran 11 à l'intérieur du boîtier 50. Le module de protection 30 peut alors commander la réduction d'intensité du faisceau modulé L sur la base du rayonnement RA. Le module de protection 30 peut par exemple commander la réduction d'intensité lorsque le rayonnement RA est supérieur à un seuil.
[0049] Comme le montrent la figure 1 et la figure 3, le deuxième capteur 60 est orienté vers l'écran 11. L'orientation est prédéterminée de telle sorte que rayonnement RA soit représentatif d'une température de surface de l'écran 11. Par orienté vers l'écran 11, on entend que l'écran 11 est inclus dans un champ de vision C du capteur qui peut être défini par un angle solide au travers duquel le deuxième capteur 60 est sensible à un rayonnement électromagnétique.
[0050] Comme le montre la figure 3, un axe principal d'observation P du deuxième capteur 60, est orienté vers un centre CR de l'écran 11. Ici, l'axe principal d'observation P est défini comme la direction selon laquelle le deuxième capteur 60 est le plus sensible à un rayonnement et correspond à la direction moyenne du champ de vision C. Dans le scénario où le faisceau lumineux solaire LS parcourt le chemin optique dans le sens inverse, la température la plus élevée est localisé au centre CR de l'écran 11, il est donc important de mesurer la température au centre CR avec une bonne précision.
[0051] Le deuxième capteur 60 est donc disposé pour mesurer le rayonnement RA émis par l'écran 11. Puisque le rayonnement RA émis par l'écran 11 est représentatif de la température de l'écran 11, la mesure du rayonnement RA permet d'estimer la température à la surface de l'écran 11. La mesure d'une intensité rayonnée par l'écran 11 à une longueur d'onde déterminée, ou dans une plage de longueurs d'onde déterminée, permet, à la manière d'un corps noir, de déterminer la température à la surface de l'écran 11.
[0052] Pour orienter le champ de vision du deuxième capteur 60 vers l'écran 11, le deuxième capteur 60 est disposé à proximité du premier miroir 21, comme cela est représenté en figure 1.
[0053] Comme le montre la figure 3, le deuxième capteur 60 est situé à une distance D de l'écran 11 comprise de préférence entre 40 et 100 mm. Le champ de vision C du deuxième capteur 60 est défini par un premier angle ALPHA représentant la fenêtre du champ de vision C dans une première direction et par un second angle BETA représentant la fenêtre du champ de vision C dans une seconde direction orthogonale à la première. Ici, le premier angle ALPHA est de préférence compris entre 20° et 120°. Ici, le second angle BETA est de préférence compris entre 20° et 120°.
[0054] Pour supporter les variations thermiques à l'intérieur du dispositif d'affichage tête-haute 1, le deuxième capteur 60 est capable de fonctionner au moins entre -40°C et 100°C.
[0055] De manière remarquable, le deuxième capteur 60 est un capteur infrarouge. Cela signifie que le deuxième capteur 60 est principalement sensible à une plage de longueurs d'onde donnée de l'infrarouge, par exemple aux longueurs d'onde inférieures à 700 nm. Par « principalement sensible » on entend que le deuxième capteur 60 est par exemple 5 à 10 fois plus sensible à un rayonnement infrarouge qu'à un rayonnement visible. En d'autres termes, le capteur 60 possède une bande passante située dans l'infrarouge. Un capteur infrarouge permet de mettre en place une stratégie de protection solaire efficace puisque dans le domaine infrarouge, le rayonnement RA émis par l'écran 11 est plus représentatif de sa température que dans le domaine visible.
[0056] En effet, puisque le faisceau lumineux modulé L est constitué de longueurs d'onde comprises dans le domaine visible, ce dernier ne perturbe pas le fonctionnement du deuxième capteur 60.
[0057] De plus, le premier miroir 21 comprend ici un filtre optique 22 disposé sur sa surface réfléchissante et présentant un coefficient de réflexion inférieur à 5% pour un rayonnement compris dans une plage donnée de l'infrarouge, par exemples pour les longueurs d'onde inférieures à 700 nm. Grâce à ce filtre optique 22, la partie infrarouge du faisceau lumineux solaire LS n'atteint pas l'écran 11 et ne provoque pas son échauffement. Equipé du filtre optique 22, le premier miroir 21 est équivalent à un « miroir froid », la partie infrarouge d'un faisceau lumineux est transmise à travers le premier miroir 21 et seule la partie visible est réfléchie.
[0058] Le rayonnement RA mesuré par le deuxième capteur 60 ne dépend donc pas d'une possible réflexion partielle du faisceau lumineux solaire LS sur l'écran 11. Avec le premier filtre optique 22, le faisceau lumineux solaire LS réfléchi sur l'écran 11 ne peut générer qu'un rayonnement dans le domaine visible vers le deuxième capteur 60.
[0059] Grâce à des calibrations, il est possible déterminer la température de l'écran 11 sur la base de son rayonnement RA, notamment de son rayonnement RA dans le domaine infrarouge. Pour un positionnement donné du deuxième capteur 60, on peut par exemple faire varier la température de l'écran 11 et réaliser des mesures de rayonnement afin de construire un modèle de corrélation mathématique. Le deuxième capteur 60 permet donc ici de déterminer, en temps réel, la température à la surface de l'écran 11.
[0060] Ici, le deuxième capteur 60 comprend une matrice de cellules photoélectriques. Cette matrice permet de déterminer la température en plusieurs points à la surface de l'écran 11. Un tel deuxième capteur 60 est capable de donner par exemple 64 valeurs de températures lorsqu'il comprend une matrice de 8x8 cellules photoélectriques.
[0061] Cette matrice de cellules photoélectriques permet de déterminer une distribution de température DT à la surface de l'écran 11. Cette distribution de température DT contient notamment des données sur la localisation et la température de points chauds qui peuvent se former sur l'écran 11 par focalisation du faisceau lumineux solaire LS. Un point chaud peut être très local, ce qui peut endommager l'écran 11 sans pour autant élever significativement la température ambiante TA. Un tel point chaud peut provenir d'une ligne de focalisation c'est-à-dire un fort éclairement dans le domaine du visible provenant du soleil.
[0062] Ainsi, grâce au deuxième capteur 60, le module de protection 30 peut commander la réduction d'intensité du faisceau lumineux modulé L, c'est-à-dire une réduction des performances du dispositif de génération d'images 10, sur la base du rayonnement RA émis par l'écran 11.
[0063] L'intensité du faisceau lumineux modulé L à un instant donnée après réduction par le module de protection 30 est appelée dans la suite intensité corrigée IC du faisceau lumineux modulé L. L'intensité corrigée IC dépend donc de la réduction d'intensité commandée sur la base du rayonnement RA mesuré par le deuxième capteur 60, c'est-à- dire sur la base de la distribution de température DT à la surface de l'écran 11.
[0064] Ici, l'intensité corrigée IC correspond à une intensité de consigne, pondérée, entre autres, par un deuxième coefficient C2 déterminée sur la base du rayonnement RA. L'intensité de consigne est par exemple déterminée par le conducteur pour atteindre une luminance donnée de l'image virtuelle.
[0065] Le deuxième coefficient C2 peut par exemple être déterminé sur la base de la température la plus chaude déterminée à la surface de l'écran 11, telle que le point chaud le plus chaud. Ainsi, lorsque que la température en un point dépasse une valeur seuil, le deuxième coefficient peut être fixé à une valeur inférieure à 1, par exemple en suivant une courbe de réduction basée sur la température du point le plus chaud.
[0066] Une méthode alternative de détermination du deuxième coefficient C2 est présentée en figure 5.
[0067] Les différents coefficients présentés précédemment permettent de mettre en place un procédé de protection thermique du dispositif d'affichage tête-haute 1 représenté en figure 4.
[0068] Dans un premier mode de réalisation, le procédé de protection thermique du dispositif d'affichage tête-haute 1 comprend :
- une étape el de détermination par le premier capteur 65 de la luminosité extérieure LE ;
- une étape e2 de mesure par le deuxième capteur 60 du rayonnement RA émis par l'écran 11 ;
- une étape e5 de réduction, commandée par le module de protection 30, de l'intensité du faisceau lumineux modulé L sur la base de la luminosité extérieure LE et sur la base du rayonnement RA.
[0069] L'utilisation combinée de ces deux capteurs 60, 65 permet de mettre en place une stratégie de protection thermique efficace. En effet, le faisceau lumineux solaire LS est une contrainte thermique externe qui peut être trois à quatre fois supérieure à aux contraintes thermiques internes et qui peut générer des échauffements locaux rapides, il convient donc de détecter ces points chauds pour anticiper les échauffements.
[0070] De façon remarquable, on peut effectuer les étapes e2 et/ou e5 uniquement lorsqu'un faisceau lumineux solaire LS pénètre dans le boîtier 50. Ici, le premier capteur 65 est utilisé pour estimer les conditions où un faisceau lumineux solaire LS pénètre dans le boîtier 50, soit directement par exemple grâce au guide de lumière décrit précédemment, soit indirectement sur la base de la luminosité extérieure LE. En pratique, les étapes e2 et e5 sont déclenchées lorsque la luminosité extérieure LE est supérieure à une valeur seuil. On peut aussi prévoir que les étapes e2 et e5 soient déclenchées lorsque le premier coefficient Cl est supérieure à 1, c'est-à-dire dans des conditions de fort ensoleillement.
[0071] L'exécution des étapes e2 et e5 peut donc dépendre de la luminosité extérieure LE déterminé à l'étape el. Ce déclenchement des étapes e2 et e5 permet de réaliser des économies d'énergie et d'éviter des réductions intempestives d'intensité du faisceau lumineux modulé L.
[0072] Ici, à l'étape el, la luminosité extérieure LE permet de déterminer le premier coefficient Cl. A l'étape e2, le rayonnement RA permet de déterminer le deuxième coefficient C2. A l'étape e5, le module de protection 30 peut alors calculer l'intensité corrigée IC en pondérant l'intensité de consigne par le premier coefficient Cl et/ou par le deuxième coefficient C2.
[0073] La figure 5 représente une séquence d'étapes permettant de déterminer le deuxième coefficient C2 sur la base, entre autres, du rayonnement RA mesuré par le deuxième capteur 60.
[0074] Ici, le procédé de protection comprend une étape e21 de détermination d'une distribution de température DT à la surface de l'écran 11. La distribution de température DT est déterminée sur la base du rayonnement RA émis par l'écran 11. La distribution de température DT est actualisée à intervalles de temps réguliers grâce à une horloge interne du module de protection 30. Après chaque intervalle de temps, la distribution de température DT est enregistrée dans un tableau, ici dans une mémoire du module de protection 30. Le tableau contient alors une série de distributions de température DT.
[0075] Ensuite, le procédé de protection comprend une étape e22 de calcul d'une moyenne dynamique MD de la température de l'écran 11 sur la base de la série de distributions de température DT. Pour cela, un filtre numérique est intégré au module de protection 30. Les coefficients du filtre peuvent être dynamiques, par exemple mis à jour à chaque intervalle de temps sur la base des distributions de température enregistrée dans le tableau. Les températures maximales représentatives des points chauds peuvent recevoir une pondération plus importante dans le calcul de la moyenne dynamique MD. [0076] La moyenne dynamique MD est représentative de l'évolution temporelle de la température de l'écran 11. La moyenne dynamique MD est par exemple représentative des points chauds, de la température moyenne et des gradients de température. La moyenne dynamique MD permet de surveiller les augmentations rapides et locales de la température à la surface de l'écran 11. Ici, lorsque la stratégie de protection solaire est activée, les premiers intervalles de temps, par exemple les trois premiers, ne sont pas pris en compte pour éviter des valeurs aberrantes.
[0077] Le procédé de protection comprend alors une étape e23 de calcul d'une température maximale TMAX sur la base de la moyenne dynamique MD et d'une constante de temps CT de l'écran 11. La température maximale TMAX est une estimation de la température de l'écran 11, en régime permanent ou après une durée déterminée, si la contrainte thermique imposée sur l'écran 11 reste invariable, c'est-à-dire la température que va atteindre l'écran 11 si les contraintes thermiques, notamment l'ensoleillement, restent constantes. A l'étape e23 la température maximale TMAX, qui est représentative de l'élévation de température de l'écran 11, est ainsi déterminée sur la base la base du rayonnement RA et de la constante de temps CT. Pour cela, un estimateur est intégré au module de protection 30. L'estimateur peut par exemple être un réseau de neurone entraîné sur des mesures obtenues en calibration.
[0078] La constante de temps CT est un paramètre caractéristique de l'écran 11. La constante de temps CT représente la capacité thermique de l'écran 11, c'est-à-dire sa propension à s'échauffer lorsqu'il reçoit de l'énergie. La constante de temps CT dépend notamment des matériaux dans lesquels est réalisé l'écran 11. L'ajout de couches supplémentaires sur l'écran 11, tels que les films et les plaques de verre, permettent d'ajuster la constante de temps CT.
[0079] L'estimation de la température maximale TMAX permet de décider si une réduction de l'intensité du faisceau lumineux L est nécessaire. Si la température maximale TMAX est inférieure à une température limite de l'écran 11, l'intensité du faisceau lumineux L n'est pas réduite. Le deuxième coefficient C2 peut être fixé à 1. Si la température maximale TMAX est supérieure à la température limite de l'écran 11, l'intensité du faisceau lumineux L est réduite. Le deuxième coefficient C2 peut être fixé à une valeur inférieure à 1. La température limite de l'écran 11 est la température à laquelle l'écran 11 cesse de fonctionner normalement. La température limite de l'écran 11 peut être le seuil ambiant défini précédemment. [0080] Le module de protection 30 peut ainsi commander une réduction d'intensité du faisceau lumineux modulé L quand la température maximale TMAX est supérieure à la température limite de l'écran 11.
[0081] Pour ce faire, le procédé de protection comprend une étape e24 de détermination du deuxième coefficient C2 sur la base de la température maximale TMAX et de la constante de temps CT. Par exemple, plus la température maximale TMAX est grande plus le deuxième coefficient C2 est faible, c'est-à-dire proche de 0, pour anticiper la montée en température de l'écran 11 vers une valeur élevée. Encore en exemple, plus la constante de temps CT est faible, plus le deuxième coefficient C2 est faible car l'écran 11 monte rapidement en température pour une contrainte thermique donnée, par exemple un ensoleillement donné.
[0082] Dans un deuxième mode de réalisation, représenté en figure 4, le procédé de protection thermique comprend en plus des étapes el, e2 et e5 :
- une étape e3 dans laquelle la température ambiante TA est déterminée par le capteur de température 40 ; et
- une étape e4 dans laquelle la température de jonction TJ est déterminée par le circuit de mesure.
[0083] Ici, à l'étape e3, la température ambiante TA permet de déterminer le troisième coefficient C3. A l'étape e4, la température de jonction TJ permet de déterminer le quatrième coefficient C4.
[0084] Dans ce deuxième mode de réalisation, à l'étape e5, le module de protection peut alors commander la réduction d'intensité du faisceau lumineux modulé L sur la base de la température ambiante TA et/ou sur la base de la température de jonction TJ. A l'étape e5, le module de protection 30 peut alors calculer l'intensité corrigée IC en pondérant l'intensité de consigne par le troisième coefficient C3 et/ou par le quatrième coefficient C4.
[0085] Le module de protection 30 se base donc sur les paramètres suivant pour commander une réduction d'intensité du faisceau lumineux modulé L :
- la luminosité extérieure LE ;
- le rayonnement RA émis par l'écran 11 ;
- la température ambiante TA ;
- la température de jonction TJ. [0086] Dans ce mode de réalisation, le module de protection 30 calcule l'intensité corrigée IC en pondérant l'intensité de consigne à la fois par le premier coefficient Cl, par le deuxième coefficient C2, par le troisième coefficient C3 et par le quatrième coefficient C4.
[0087] Dans ce mode de réalisation, les différentes stratégies de protection (de réduction, de diminution ou sur la base de la distribution de température) interagissent de manière optimale pour fournir au conducteur l'image virtuelle la plus lumineuse possible tout en protégeant le dispositif de génération d'images 10. Cela permet d'augmenter la durée de vie du dispositif de génération d'images 10.
[0088] De plus, dans les deux modes de réalisation, on peut aussi prévoir que dans le cas d'un ensoleillement extrême, le module de protection 30 puisse commander la fermeture de la fenêtre 51 grâce à une pièce mobile de façon à empêcher le faisceau lumineux solaire LS de pénétrer à l'intérieur du dispositif d'affichage tête-haute 1. On peut aussi prévoir que le second miroir 25, qui ici est mobile, soit déplacé vers une position de protection où le trajet du faisceau lumineux modulé L entre le système optique 10 et la lame partiellement transparente 70 est interrompu, c'est-à-dire vers une position où le faisceau lumineux solaire LS ne peut pas atteindre le dispositif de génération d'images 10.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif d'affichage tête-haute (1) comprenant un boîtier (50), un dispositif de génération d'images (10) et un système optique (20), le dispositif de génération d'images (10) comprenant un écran (11), étant agencé à l'intérieur dudit boîtier (50) et étant conçu pour générer un faisceau lumineux (L), ledit système optique (20) étant configuré pour projeter ledit faisceau lumineux (L) en direction d'une lame partiellement transparente (70) à travers une fenêtre (51) formée dans ledit boîtier (50), ledit dispositif d'affichage tête-haute (1) comprenant en outre un module de protection (30) apte à commander une réduction d'intensité dudit faisceau lumineux (L) généré par ledit dispositif de génération d'images (10), caractérisé en ce que ledit dispositif d'affichage tête-haute (1) comprend :
- un premier capteur (65) apte à déterminer une luminosité extérieure (LE) ; et
- un deuxième capteur (60) apte à mesurer un rayonnement (RA) émis par ledit écran (11) ; et en ce que ledit module de protection (30) est apte à commander une réduction d'intensité dudit faisceau lumineux (L) sur la base de ladite luminosité extérieure (LE) et dudit rayonnement (RA).
[Revendication 2] Dispositif d'affichage tête-haute (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit deuxième capteur (60) possède un champ de vision (C) orienté vers ledit dispositif de génération d'images (10) de telle sorte que ledit rayonnement (RA) soit représentatif d'une température de surface dudit écran (11).
[Revendication 3] Dispositif d'affichage tête-haute (1) selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel ledit premier miroir (21) comprend un filtre optique (22) disposé sur sa surface réfléchissante et présentant un coefficient de réflexion inférieur à 5% pour un rayonnement compris dans une plage de longueurs d'onde donnée de l'infrarouge.
[Revendication 4] Dispositif d'affichage tête-haute (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit deuxième capteur (60) est un capteur infrarouge.
[Revendication 5] Dispositif d'affichage tête-haute (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit deuxième capteur (60) comprend une matrice de cellules photoélectriques.
[Revendication 6] Dispositif d'affichage tête-haute (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le premier capteur (65) est conçu pour détecter un faisceau lumineux solaire (LS) entrant dans ledit boîtier (50).
[Revendication 7] Dispositif d'affichage tête-haute (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit module de protection (30) comprend un dispositif de mesure (40) d'une température ambiante (TA) dudit dispositif de génération d'images (10).
[Revendication 8] Dispositif d'affichage tête-haute (1) selon la revendication 7, dans lequel ledit module de protection (30) est conçu pour commander ladite réduction lorsque ladite température ambiante (TA) est supérieure à un seuil.
[Revendication 9] Dispositif d'affichage tête-haute (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit écran (11) comprend au moins un élément semi-conducteur et dans lequel ledit dispositif d'affichage tête-haute (1) comprend un circuit de mesure d'une température de jonction (TJ) dudit élément semi-conducteur.
[Revendication 10] Dispositif d'affichage tête haute (1) selon la revendication 9, dans lequel ledit module de protection (30) est conçu pour commander une réduction d'intensité du faisceau lumineux (L) lorsque la température de jonction (TJ) est supérieure à un seuil.
[Revendication 11] Procédé de protection d'un dispositif d'affichage tête-haute (1) comprenant :
- un boîtier (50) ;
- un dispositif de génération d'images (10) agencé à l'intérieur dudit boîtier (50), comprenant un écran (11) et conçu pour générer un faisceau lumineux (L) ;
- un système optique (20) configuré pour projeter ledit faisceau lumineux (L) en direction d'une lame partiellement transparente (70) et comprenant un premier miroir (21) agencé pour réfléchir ledit faisceau lumineux (L) ;
- un premier capteur (65) ;
- un deuxième capteur (60) ; et
- un module de protection (30) ; ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- une étape (el) de détermination par ledit premier capteur (65) d'une luminosité extérieure (LE) ;
- une étape (e2) de mesure par ledit deuxième capteur (60) d'un rayonnement (RA) émis par ledit écran (11) ; et
- une étape (e5) de réduction, commandée par ledit module de protection (30), de l'intensité du faisceau lumineux modulé (L) sur la base de ladite luminosité extérieure (LE) et sur la base dudit rayonnement (RA).
[Revendication 12] Procédé de protection selon la revendication 11, dans lequel l'étape (e2) de mesure du rayonnement (RA) est déclenchée sur la base de ladite luminosité extérieure (LE).
[Revendication 13] Procédé de protection selon la revendication 12, comprenant les étapes suivantes :
- une étape (e3) de détermination d'une température ambiante (TA) par un capteur de température (40) ; et
- une étape (e4) de détermination d'une température de jonction (TJ) par un circuit de mesure ; et dans lequel la réduction d'intensité (e5) du faisceau lumineux modulé (L) est effectuée sur la base de ladite température ambiante (TA) et de ladite température de jonction (TJ).
[Revendication 14] Procédé de protection selon l'une des revendications 11 à 13, comprenant une étape (e23) de détermination, sur la base dudit rayonnement (RA) et d'une constante de temps (CT) dudit écran (11), d'une température maximale (TMAX) représentative de l'élévation de température dudit écran (11).
[Revendication 15] Procédé de protection selon la revendication 14, dans lequel ledit module de protection (30) commande une réduction d'intensité dudit faisceau lumineux modulé (L) quand ladite température maximale (TMAX) est supérieure à une température limite dudit l'écran (11).
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