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WO2010089495A2 - Dispositif portable d'affichage tête haute et de réalité augmentée. - Google Patents

Dispositif portable d'affichage tête haute et de réalité augmentée. Download PDF

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Publication number
WO2010089495A2
WO2010089495A2 PCT/FR2010/050142 FR2010050142W WO2010089495A2 WO 2010089495 A2 WO2010089495 A2 WO 2010089495A2 FR 2010050142 W FR2010050142 W FR 2010050142W WO 2010089495 A2 WO2010089495 A2 WO 2010089495A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
observer
image
eye
diopter
mirror
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.)
Ceased
Application number
PCT/FR2010/050142
Other languages
English (en)
Other versions
WO2010089495A3 (fr
Inventor
Rachid Hamdani
Zile Liu
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.)
Laster SA
Original Assignee
Laster SA
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 Laster SA filed Critical Laster SA
Priority to US13/147,611 priority Critical patent/US8976084B2/en
Publication of WO2010089495A2 publication Critical patent/WO2010089495A2/fr
Publication of WO2010089495A3 publication Critical patent/WO2010089495A3/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display device that can be used in augmented reality.
  • the invention aims to improve the spatial arrangement of head-up display devices to provide significant improvements in terms of size, stability and aesthetics.
  • the methods of the prior art for creating retinal images for viewfinders or head-up displays are systematically based on the same spatial arrangement of the device regardless of the morphology of the observer.
  • Some of these devices of the prior art adapted to be worn on the user's head, generally comprise an armature, a light display, one or more group (s) of lenses, possibly one or more mirror (s) of lateral fold and a diopter of ocular referral. They are arranged in such a way that they can follow the lateral circumference of the observer's head in a substantially horizontal plane, passing through the ears and the eyes, so as to get as close as possible to the bulk of a pair of classic glasses.
  • Patent FR 2 866 123 describes a method using the stigmatism of the two foci of a substantially elliptical diopter and describes an example of such a device or spatial arrangement of the optical system adapted to the periphery of the head of the observer in a plane substantially horizontal.
  • the device comprises a light display, at least one lens group, a lateral fold mirror, an ocular return diopter and cooperates with the eye of the observer to form a retinal image.
  • the light display emits for each source point, a light beam reflecting and refracting on the various parts of the device to form ultimately an image of the display on the retina of the eye of the observer.
  • the central optical path that is to say the path followed by the center of the image, from the display to the observer's eye, passes in the vicinity of the focal points of the diopter. eye reference.
  • the provision is as follows:
  • the illuminated display is placed at the height of the user's ear and emits an image whose center travels through the central optical path
  • At least one group of correction lenses is arranged in the central optical path, around the temple of the observer's head,
  • a lateral folding mirror is arranged on the side of the head and slightly in front of the observer's eye, in order to fold the central optical path towards the ocular return diopter arranged before the eye of the observer,
  • the parts of the device together form an optical block where all the parts are fixed in space, relative to each other, and placed relative to the head of the observer, so that the central optical path can be oriented to closer to a direction perpendicular to the major axis of the ellipse.
  • the central optical path follows an optical path supposed to be on the same geometrical plane.
  • the ocular diopter is itself oriented at a very open angle towards the outside, which strongly distances one from the other. This arrangement has disadvantages in terms of size, stability and aesthetics for the implementation of a portable device close to a pair of conventional glasses.
  • the object of the invention is to eliminate these drawbacks and to circumvent the problems posed by head-up display devices whose source is placed on the side of the head, in particular by proposing a device more adapted to the requirements of stability, of aesthetics and clutter.
  • the invention proposes to position the eye diopter in a manner better adapted to the morphology of the head of the observer. To achieve this, it implements a new configuration of the central optical path in its path from the display to the eye of the observer. In addition, the invention provides adjustment means for the device.
  • such a portable optical device for transmitting an image to an eye of an observer of the image is characterized in that it comprises:
  • a display disposed on a first side of the observer's head and emitting the image substantially towards the front of said head in an optical path, the first side being the same as that of the eye;
  • - a diopter eye referral for guiding the image between the display and the diopter.
  • the device being arranged so that the image strikes the diopter coming from the side of the nose, relative to the eye, said diopter then reflecting said image towards said eye of the observer.
  • a display disposed on a first side of the observer's head and emitting the image substantially towards the front of the head in an optical path, the first side being the same as that of the eye;
  • a substantially elliptical ocular return diopter whose major axis of the ellipse is substantially transverse relative to the head of the observer; the device being arranged so that the center of the pupil of the eye is intended to be disposed substantially in a first focus of the diopter, the second focus of the diopter being disposed beyond the eye relative to the first side of the head in the direction of the second side of the observer's head; the device further comprising redirection means for guiding the image between the display and the diopter, so that the central optical path is reflected by the diopter, substantially rearward, substantially towards the first focus.
  • the device further comprises at least one lens group disposed downstream of the display and upstream of the redirection means.
  • the redirection means comprise a lateral deflection mirror, designed to reflect the image transversely towards the second side, and a retro-reversal mirror, arranged to redirect the image coming from the lateral deflection mirror. towards the diopter.
  • the side fold mirror can be an integral part of the diopter.
  • the retro-inversion mirror is advantageously provided for positioning in the immediate vicinity of the upper part of the nose, substantially at the height of the eye, between the eye and the nose of the observer, more particularly in a so-called "blind" area .
  • the device may further comprise two offset mirrors arranged upstream of the lateral deflection mirror, the first shift mirror being arranged so that it laterally returns the image from the display, transversely towards the second side of the observer's head, and the second shift mirror being arranged to reflect the image from the first shift mirror substantially forwards towards the lateral deflection mirror.
  • the second offset mirror is provided for positioning in the vicinity of the temple.
  • At least one of the mirrors constituting the redirection means may have a shape, independently of that of another of the mirrors, substantially elliptical, plane, concave, convex or aspherical, and capable of at least attenuating a distortion of the image seen by the observer.
  • Means of adjustment adapted to adapt the optical path to the morphology of the observer, can advantageously be provided.
  • Two devices according to the invention each for a respective eye of the observer, can together form a binocular device, especially for a relief view.
  • a device according to the invention may comprise a carrier structure of the spectacle structure type, or a helical type carrier structure.
  • FIG. 1 illustrates a first embodiment for a device of the prior art that does not use folding of the optical path by a lateral folding mirror
  • FIG. 2 illustrates a second embodiment for a device of the prior art using a folding of the optical path by a lateral folding mirror
  • FIG. 3 illustrates a first embodiment for a device according to the invention
  • FIG. 4 illustrates a second embodiment for a device according to the invention.
  • the figures refer to a device cooperating with the left eye of an observer.
  • a device may be symmetrically provided to cooperate with the right eye of an observer.
  • a device according to the invention may also include both a device cooperating with the left eye and a device cooperating with the right eye of the observer.
  • FIG. 1 illustrates an optical device 101 of the prior art, based on a method using the stigmatism of the two foci of a substantially elliptical diopter.
  • the device is mainly constituted in the order of optical tracking:
  • an ocular diopter 3 of substantially elliptical shape, represented by an elliptical portion defined by its major axis ⁇ , its minor axis ⁇ ', its center O and its two foci F and F' situated on the large axis axis ⁇ , on either side of the center O, function of the eccentricity E of the ellipse.
  • the axes ⁇ , ⁇ 'of the diopter 3 are shown in phantom and the central optical path ⁇ "is shown in dashed line.
  • the device 101 is provided to cooperate with the left eye 6 of the observer. It is arranged on the left side of the observer's head 7.
  • the major axis ⁇ passes symmetrically through the two eyes of the observer and is therefore perpendicular to a median plane
  • the light display 1 broadcasts an image whose path is represented by a central optical path ⁇ ".
  • the lenses 2 are aligned and centered on the central optical path ⁇ ".
  • the central optical path ⁇ passeses through the one F of the focal points of the diopter, and then after having been reflected on said diopter 3 by the other focus F ', the observer's eye 6 is approximately aligned and centered on the central optical path ⁇ "around the fireplace F.
  • the part 1,2 of the device upstream of the hearth F significantly away from the left side of the head 7 of the observer, as one goes from the focus F to the display 1.
  • This positioning of the device 101 relative to the head 7 of the observer makes it laterally bulky and unattractive.
  • the device 102 illustrated in FIG. 2, has a smaller lateral space requirement than the device of FIG. 1.
  • a lateral folding mirror 4 is arranged on the path of the central optical path ⁇ "in the vicinity of the focus F so as to be able, in upstream of the mirror 4, fold or orient the central optical path ⁇ "substantially parallel to the median plane P and perpendicular to the major axis ⁇ .
  • the device 102 is constituted in the order of the optical path:
  • an ocular diopter 3 of substantially elliptical shape represented by an elliptical portion E defined by its major axis ⁇ , its minor axis ⁇ ', its center O and its two focal points F and F' located on the major axis ⁇ , on either side of the center O, function of the eccentricity E of the ellipse.
  • the light display 1 broadcasts an image whose path is represented by a central optical path ⁇ ".
  • the lenses 2 are aligned and centered on the central optical path ⁇ ".
  • the lateral folding mirror 4 is arranged in the vicinity of the focus F so that it reflects the central optical path ⁇ ", at a chosen angle, towards the ocular return diopter 3, so that the central optical path is then reflected. towards the eye
  • the lateral folding mirror 4 is, in the example of Figure 2, positioned in the immediate vicinity of the focus F on which it can be oriented. Its positioning, also close to the focus F, is made necessary by the fact that it can offer a minimal reflection surface.
  • the lateral folding mirror 4 may be arranged elsewhere on the central optical path ⁇ "downstream or upstream of the focal point F, according to the requirements of the optical design.
  • Three embodiments of a device according to the invention will now be described, with reference to FIGS. 3 and 4, in that they differ from the previously illustrated prior art.
  • Figure 3 is a representation of a first embodiment for a device according to the invention.
  • the device 103 of FIG. 3 consists, in the order of the optical path:
  • an ocular return diopter 3 of substantially elliptical shape is provided.
  • the light display 1 broadcasts an image whose path is represented by a central optical path ⁇ ".
  • the lenses 2 are aligned and centered on the central optical path ⁇ ".
  • the side fold mirror 4 is disposed laterally adjacent the eye 6 of the observer, in front of the observer's temple and reflects the central optical path ⁇ "at a chosen angle, in the direction of the retro mirror.
  • the reversal mirror 5 is disposed around the upper part of the nose 10 of the observer, to the right and at the height of the left eye 6 and reflects again the central optical path ⁇ "to 3.
  • the mirrors are arranged in such a way that the central optical path is then reflected by the diopter towards the eye 6 of the observer, substantially perpendicular to the major axis ⁇ .
  • the eye of the observer 6, that is to say the center of the pupil of the eye is approximately aligned and centered on the central optical path ⁇ '' around the focus F '.
  • the foci F and F ' are reversed relative to the head of the observer.
  • the central optical path ⁇ "comes from the lateral side of the observer's head where the central optical path ⁇ " has been folded or reoriented by the lateral fold mirror 4 for the first time.
  • the lateral folding mirror 4 can now be located further from the focal point F. Indeed, the focus F is now directly connected to the reversal mirror 5. This leaves the lateral fold mirror a placement field , so tuning, much more important,
  • the ocular reference diopter 3 is found this time better adjusted to the morphological profile, curved, the head of the observer in the vicinity of his eye, because the outer profile of said ocular reference diopter 3 tends to get closer to the side side of the observer's head 7.
  • the retro-inversion mirror 5 is disposed in the vicinity of the upper part of the nose 10 of the observer, on the path of the central optical path ⁇ "between the lateral folding mirror and the ocular return diopter 3.
  • the Retro-reversal mirror 5 can be arranged in an area hidden from the view of the observer, called "blind zone”.
  • the lateral folding mirror 4 is oriented angularly so that the central optical path ⁇ "of the image is brought back or reflected towards the retro-reversing mirror 5 and the retro-reversing mirror 5 is oriented in such a way that that the central optical path ⁇ "of the image is then brought back or reflected towards the ocular reference diopter 3, the ocular reference diopter 3 being oriented so that the central optical path ⁇ " of the image is then brought back or reflected back to the observer's eye 6.
  • the device 104 consists of:
  • an ocular return diopter 3 of substantially elliptical shape is provided.
  • the light display 1 broadcasts an image whose path is represented by a central optical path ⁇ ".
  • the lenses 2 are aligned and centered on the central optical path ⁇ ".
  • the central optical path is then reflected, to the right, by the first shift mirror 8 towards the second shift mirror 9, which is disposed in the vicinity of the observer's temple.
  • the second shift mirror 9 then returns the central path, substantially forwards toward the side fold mirror 4, which then reflects it to the right in the direction of the mirror 5.
  • inversion 5 is disposed substantially against the upper left part of the nose 10 of the observer, substantially at the height of the eye 6.
  • the central optical path ⁇ " is then reflected towards the diopter 3 which returns to the eye 6 of the observer
  • the observer's eye 6 is approximately aligned and centered on the central optical path ⁇ "around the focus F '.
  • the device 104 of FIG. 4 differs from the device 103 described with reference to FIG. 3, in that it comprises a set of shift mirrors 8 and 9.
  • the use of the set of shift mirrors 8, 9 has the advantages following: - it makes it possible to correct the adjustment of the angular reflection of the optical path ⁇ "on the lateral mirror 4, in order to compensate for a positioning of said lateral folding mirror 4 when it is brought closer to the temple or the eye of the observer, or, closer to the eye diopter 3, to be eventually integrated, to this end, it makes it possible to produce a device that is better adapted to the morphology of the observer, in that the path path ⁇ "is close to the curvature of the observer's head.
  • the lateral folding mirror 4 can be made in one piece with the ocular return diopter 3.
  • the lateral folding mirror 4 can be part of integral of the outer end, that is to say, in the example illustrated, the left end of the ocular reference diopter 3.
  • each of the lateral foldback, return, retro-inversion and / or offset mirrors may be flat, concave or convex or substantially aspherical, so as to improve the overall quality of the optical system.
  • a device according to the invention comprises adjustment means, in particular mirror sets and diopter capable of adapting the configuration of the device, in particular the optical path, to the morphology of the observer.

Landscapes

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Abstract

Dispositif optique portable (104) pour transmettre une image à un oeil (6) d'un observateur, caractérisé en ce qu'il comprend : - un afficheur (1) disposé sur un côté de la tête (7) de l'observateur et émettant l'image vers l'avant de ladite tête, le côté étant le même que celui de l'oeil (6); - un dioptre de renvoi oculaire (3); - des moyens de redirection (4, 5, 8, 9) pour guider l'image vers le dioptre; le dispositif étant disposé de sorte que l'image frappe le dioptre (3) en provenant du côté du nez, relativement à l'oeil (6), le dioptre (3) réfléchissant ensuite l'image en direction dudit oeil (6) de l'observateur. Un tel dispositif est particulièrement adapté pour réaliser des lunettes permettant d'afficher une réalité virtuelle ou une réalité améliorée.

Description

DISPOSITIF PORTABLE D'AFFICHAGE TETE HAUTE ET DE REALITE AUGMENTEE.
La présente invention concerne un dispositif d'affichage tête haute pouvant être utilisé en réalité augmentée.
Plus précisément, l'invention a pour but d'améliorer l'agencement spatial des dispositifs d'affichage tête haute afin d'apporter des améliorations significatives en termes d'encombrement, de stabilité et d'esthétisme. Les procédés de l'art antérieur pour la création d'images rétiniennes pour les viseurs ou afficheur tête haute sont systématiquement basés sur un même agencement spatial du dispositif indépendamment de la morphologie de l'observateur.
Certains de ces dispositifs de l'art antérieur, adaptés pour être portés sur la tête de l'utilisateur, comprennent généralement une armature, un afficheur lumineux, un ou plusieurs groupe(s) de lentilles, éventuellement un ou plusieurs miroir(s) de repli latéral et un dioptre de renvoi oculaire. Ils sont agencés de telle sorte qu'ils puissent suivre le pourtour latéral de la tête de l'observateur selon un plan, sensiblement horizontal, passant par les oreilles et les yeux, afin de se rapprocher au plus près de l'encombrement d'une paire de lunettes classiques.
Le brevet FR 2 866 123 décrit un procédé utilisant le stigmatisme des deux foyers d'un dioptre sensiblement elliptique et décrit un exemple d'un tel dispositif ou agencement spatial du système optique adapté au pourtour de la tête de l'observateur selon un plan sensiblement horizontal. Dans ce brevet, le dispositif comprend un afficheur lumineux, au moins un groupe de lentilles, un miroir de repli latéral, un dioptre de renvoi oculaire et coopère avec l'œil de l'observateur pour former une image rétinienne. L'afficheur lumineux émet pour chaque point source, un faisceau lumineux se réfléchissant et se réfractant sur les différentes pièces du dispositif pour former en finalité une image de l'afficheur sur la rétine de l'œil de l'observateur. On note que, le chemin optique central, c'est-à-dire le chemin suivi par le centre de l'image, depuis l'afficheur jusqu'à l'œil de l'observateur, passe au voisinage des foyers du dioptre de renvoi oculaire. Relativement à un côté de la tête de l'observateur, la disposition est la suivante :
- l'afficheur lumineux est disposé à la hauteur de l'oreille de l'utilisateur et émet une image dont le centre parcourt le chemin optique central,
- au moins un groupe de lentilles de correction est disposé selon le chemin optique central, aux environs de la tempe de la tête de l'observateur,
- au-delà, selon le chemin optique central, un miroir de repli latéral est disposé sur le côté de la tête et légèrement au devant de l'œil de l'observateur, afin de plier le chemin optique central vers le dioptre de renvoi oculaire disposé devant l'œil de l'observateur,
- de sorte que le chemin optique central est ensuite réfléchi par le dioptre de renvoi oculaire, vers l'œil de l'observateur, afin de conjuguer l'image sur sa rétine.
Les pièces du dispositif forment ensemble un bloc optique ou toutes les pièces sont figées dans l'espace, les unes par rapport aux autres, et placées par rapport à la tête de l'observateur, de sorte que le chemin optique central puisse être orienté au plus près d'une direction perpendiculaire au grand axe de l'ellipse.
On note aussi que le chemin optique central suit un cheminement optique supposé être sur un même plan géométrique. On constate cependant, que dans ce type de configuration, où l'afficheur est placé sur le côté de la tête, le dioptre de renvoi oculaire est lui- même orienté selon un angle très ouvert vers l'extérieur, ce qui éloigne fortement une de ses extrémités de la tête de l'observateur, Une telle disposition présente des inconvénients en termes d'encombrement, de stabilité et d'esthétisme pour la mise en œuvre d'un dispositif portatif proche d'une paire de lunettes classiques.
Dans le dispositif du brevet FR 2 866 123, notamment, Pœil étant au voisinage d'un des foyers, l'autre foyer doit toujours être situé sur le côté extérieur de l'œil. Cette forme d'organisation est imposée car le choix d'une inversion symétrique des foyers est impossible à cause de la présence de la tête de l'observateur qui fait obstruction.
L'invention a pour but de supprimer ces inconvénients et de contourner les problèmes posés par les dispositifs d'affichage tête haute dont la source est placée sur le côté de la tête, notamment en proposant un dispositif plus adapté aux exigences de stabilité, d'esthétisme et d'encombrement.
Pour atteindre ce but, l'invention propose de positionner le dioptre de renvoi oculaire de façon mieux adaptée à la morphologie de la tête de l'observateur. Pour y parvenir, elle met en oeuvre une nouvelle configuration du chemin optique central dans son cheminement depuis l'afficheur jusqu'à l'œil de l'observateur. En outre, l'invention propose des moyens de réglages pour le dispositif.
Selon l'invention, un tel dispositif optique portable pour transmettre une image à un œil d'un observateur de l'image, est caractérisé en ce qu'il comprend :
- un afficheur disposé sur un premier côté de la tête de l'observateur et émettant l'image sensiblement vers l'avant de ladite tête selon un chemin optique, le premier côté étant le même que celui de l'oeil ;
- un dioptre de renvoi oculaire ; - des moyens de redirection pour guider l'image entre l'afficheur et le dioptre.
Le dispositif étant disposé de sorte que l'image frappe le dioptre en provenant du côté du nez, relativement à l'œil, ledit dioptre réfléchissant ensuite ladite image en direction dudit œil de l'observateur.
Le dispositif optique portable pour transmettre une image à un œil d'un observateur de l'image peut aussi être caractérisé en ce qu'il comprend :
- un afficheur disposé sur un premier côté de la tête de l'observateur et émettant l'image sensiblement vers l'avant de la tête selon un chemin optique, le premier côté étant le même que celui de l'œil ;
- un dioptre de renvoi oculaire de forme sensiblement elliptique dont le grand axe de l'ellipse est sensiblement transversal relativement à la tête de l'observateur ; le dispositif étant disposé de sorte que le centre de la pupille de l'œil soit prévu pour être disposé sensiblement en un premier foyer du dioptre, le deuxième foyer du dioptre étant disposé au-delà de l'œil relativement au premier côté de la tête, en direction du deuxième côté de la tête de l'observateur ; le dispositif comprenant en outre des moyens de redirection pour guider l'image entre l'afficheur et le dioptre, de sorte que le chemin optique central soit réfléchi par le dioptre, sensiblement vers l'arrière, sensiblement en direction du premier foyer.
Avantageusement, le dispositif comprend en outre au moins un groupe de lentilles disposé en aval de l'afficheur et en amont des moyens de redirection.
Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de redirection comprennent un miroir de renvoi latéral, prévu pour réfléchir l'image transversalement en direction du deuxième côté et un miroir de rétro-inversion, disposé pour rediriger l'image issue du miroir de renvoi latéral en direction du dioptre. Le miroir de repli latéral peut être une partie intégrante du dioptre. Le miroir rétro-inversion est avantageusement prévu pour se positionner au voisinage immédiat de la partie supérieure du nez, sensiblement à la hauteur de l'œil, entre l'œil et le nez de l'observateur, plus particulièrement dans une zone dite "aveugle". Avantageusement, le dispositif peut en outre comprendre deux miroirs de décalage disposés en amont du miroir de renvoi latéral, le premier miroir de décalage étant disposé de sorte qu'il renvoie latéralement l'image issue de l'afficheur, transversalement en direction du deuxième côté de la tête de l'observateur, et le deuxième miroir de décalage étant disposé pour réfléchir l'image issue du premier miroir de décalage sensiblement vers l'avant, en direction du miroir de renvoi latéral. De préférence, le deuxième miroir de décalage est prévu pour se positionner au voisinage de la tempe.
Au moins l'un des miroirs composant les moyens de redirection peut avoir une forme, indépendamment de celle d'un autre des miroirs, sensiblement elliptique, plane, concave, convexe ou asphérique, et propre à au moins atténuer une distorsion de l'image vue par l'observateur.
Des moyens de réglage, aptes à adapter le chemin optique à la morphologie de l'observateur, peuvent avantageusement être prévus.
Deux dispositifs selon l'invention, chacun pour un œil respectif de l'observateur, peuvent ensemble former un dispositif binoculaire, notamment pour une vision en relief.
Un dispositif selon l'invention peut comprendre une structure porteuse du type structure de lunettes, ou, une structure porteuse du type casque.
Plusieurs modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 illustre un premier mode de réalisation pour un dispositif de l'art antérieur n'utilisant pas de pliage du chemin optique par un miroir de repli latéral, - la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation pour un dispositif de l'art antérieur utilisant un pliage du chemin optique par un miroir de repli latéral ;
- la figure 3 illustre un premier mode de réalisation pour un dispositif selon l'invention ;
- la figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation pour un dispositif selon l'invention.
Toutes les figures sont des représentations schématiques vues depuis au-dessus de la tête d'un utilisateur, ou observateur, de chaque dispositif. Le côté gauche de l'observateur est le côté gauche de chaque figure.
Dans toutes les figures, des références identiques désignent des pièces, ou des parties de pièces, ayant des fonctions identiques ou similaires.
Les figures font référence à un dispositif coopérant avec l'œil gauche d'un observateur. Un dispositif peut être symétriquement prévu pour coopérer avec l'œil droit d'un observateur. Un dispositif selon l'invention peut aussi comprendre à la fois un dispositif coopérant avec l'œil gauche et un dispositif coopérant avec l'œil droit de l'observateur.
Dans la description, le terme œil désigne essentiellement le centre de la pupille. La figure 1 illustre un dispositif optique 101 de l'art antérieur, basé sur un procédé utilisant le stigmatisme des deux foyers d'un dioptre sensiblement elliptique. Le dispositif est principalement constitué dans l'ordre du cheminement optique :
- d'un afficheur lumineux 1 ; - de lentilles 2 ; et,
- d'un dioptre de renvoi oculaire 3, de forme sensiblement elliptique, représenté par une portion d'ellipse définie par son grand axe Δ, son petit axe Δ', son centre O et ses deux foyers F et F' situés sur le grand axe Δ, de part et d'autre du centre O, fonction de l'excentricité E de l'ellipse. Aux figures, les axes Δ, Δ' du dioptre 3 sont représentés en traits mixtes et le chemin optique central Δ" est représenté en trait pointillé.
Dans l'exemple illustré à la figure 1, le dispositif 101 est prévu pour coopérer avec l'œil 6 gauche de l'observateur. II est disposé du côté gauche de la tête 7 de l'observateur. En outre, le grand axe Δ passe symétriquement par les deux yeux de l'observateur et il est donc perpendiculaire à un plan médian
P de la tête 7.
L'afficheur lumineux 1 diffuse une image dont le cheminement est représenté par un chemin optique central Δ". Les lentilles 2 sont alignées et centrées sur le chemin optique central Δ". Le chemin optique central Δ" passe par l'un F des foyers du dioptre, puis après avoir été réfléchi sur ledit dioptre 3, par l'autre foyer F'. L'œil de l'observateur 6 est approximativement aligné et centré sur le chemin optique central Δ" aux environs du foyer F.
Les dispositions spatiales des pièces du dispositif 101 relativement au chemin optique central Δ" sur lesquelles elles sont alignées et centrées, sont inhérentes à la disposition du chemin optique central Δ" qui passe nécessairement par les foyers F et F'. On constate en outre que, pour respecter cette logique de disposition, le dioptre de renvoi oculaire 3 ne suit pas le pourtour de la tête de l'observateur à la hauteur de son œil, comme une paire de lunettes classiques. Ainsi, le centre O du dioptre est situé très à l'extérieur, à gauche de l'œil gauche 6.
En outre, la partie 1,2 du dispositif en amont du foyer F, s'éloigne significativement du côté gauche de la tête 7 de l'observateur, à mesure où on va du foyer F vers l'afficheur 1. Ce positionnement du dispositif 101 par rapport à la tête 7 de l'observateur rend celui-ci latéralement encombrant et peu esthétique.
Le dispositif 102, illustré à la figure 2, présente un encombrement latéral plus réduit que le dispositif de la figure 1. Afin de réduire cet encombrement, un miroir de repli latéral 4 est disposé sur le cheminement du chemin optique central Δ" au voisinage du foyer F de façon à pouvoir, en amont du miroir 4, plier ou orienter le chemin optique central Δ" sensiblement parallèlement au plan médian P et perpendiculairement au grand axe Δ. Ainsi, le dispositif 102 est constitué dans l'ordre du cheminement optique :
- d'un afficheur lumineux 1 ; - de deux groupes de lentilles 2 ;
- d'un miroir de repli latéral 4 de forme plane, concave ou convexe ; et,
- d'un dioptre de renvoi oculaire 3 de forme sensiblement elliptique représenté par une portion d'ellipse E définie par son grand axe Δ, son petit axe Δ', son centre O et ses deux foyers F et F' situés sur le grand axe Δ, de part et d'autre du centre O, fonction de l'excentricité E de l'ellipse.
L'afficheur lumineux 1 diffuse une image dont le cheminement est représenté par un chemin optique central Δ". Les lentilles 2 sont alignées et centrées sur le chemin optique central Δ". Le miroir de repli latéral 4 est disposé au voisinage du foyer F de sorte qu'il réfléchit le chemin optique central Δ", selon un angle choisi, en direction du dioptre de renvoi oculaire 3, de sorte que le chemin optique central est ensuite réfléchi en direction de l'œil
6 de l'observateur, sensiblement perpendiculairement au grand axe Δ. L'œil de l'observateur 6 est approximativement aligné et centré sur le chemin optique central Δ' ' aux environs du foyer F'.
Dans cette configuration, l'encombrement se réduit significativement puisque le chemin optique central Δ" est rabattu le long du côté de la tête 7 de l'observateur,
II est à noter que le miroir de repli latéral 4 est, dans l'exemple de la figure 2, positionné au voisinage immédiat du foyer F sur lequel il peut être orienté. Son positionnement, aussi près du foyer F, est rendu nécessaire par le fait qu'il peut offrir une surface de réflexion minimale.
Toutefois, le miroir de repli latéral 4 peut être disposé ailleurs sur le chemin optique central Δ" en aval ou en amont du foyer F, selon les nécessités de la conception optique. On va maintenant décrire, en référence aux figures 3 et 4, deux modes de réalisation d'un dispositif selon l'invention, en ce qu'ils diffèrent de l'art antérieur précédemment illustré.
La figure 3, est une représentation d'un premier mode de réalisation pour un dispositif selon l'invention. Le dispositif 103 de la figure 3 est constitué, dans l'ordre du cheminement optique :
- d'un afficheur lumineux 1 ;
- de deux groupes de lentilles 2 ;
- d'un miroir de repli latéral 4 ; - d'un miroir de rétro-inversion 5 ; et,
- d'un dioptre de renvoi oculaire 3 de forme sensiblement elliptique.
L'afficheur lumineux 1 diffuse une image dont le cheminement est représenté par un chemin optique central Δ". Les lentilles 2 sont alignées et centrées sur le chemin optique central Δ". Le miroir de repli latéral 4 est disposé latéralement au voisinage de l'œil 6 de l'observateur, au devant de la tempe de l'observateur et il réfléchit le chemin optique central Δ" selon un angle choisi, en direction du miroir de rétro-inversion 5. Le miroir de rétro- inversion 5 est disposé aux environs de la partie supérieure du nez 10 de l'observateur, à droite et à la hauteur de l'œil gauche 6 et réfléchit à nouveau le chemin optique central Δ" vers le dioptre de renvoi oculaire 3. Les miroirs sont disposés de telle sorte que le chemin optique central soit ensuite réfléchi par le dioptre en direction de l'œil 6 de l'observateur, sensiblement perpendiculairement au grand axe Δ. L'œil de l'observateur 6, c'est-à-dire le centre de la pupille de l'œil, est approximativement aligné et centré sur le chemin optique central Δ' ' aux environs du foyer F'.
Selon le nouveau schéma optique de l'invention, les foyers F et F' sont inversés par rapport à la tête de l'observateur. Le miroir de rétro-inversion 5, situé au voisinage du foyer F, permet de placer virtuellement la partie du chemin optique central Δ" incidente sur le dioptre, et le foyer F, dans la tête de l'observateur. C'est-à-dire que l'afficheur 1 est virtuellement placé à l'intérieur de la tête 7. Pourtant, en réalité, le chemin optique central Δ" provient du côté latéral de la tête de l'observateur où le chemin optique central Δ" a été une première fois plié ou réorienté par le miroir de repli latéral 4.
On constate que : - le miroir de repli latéral 4 peut maintenant se situer plus loin du foyer F. En effet, le foyer F est maintenant directement Hé au miroir de rétro-inversion 5. Ceci laisse au miroir de repli latéral un champ de placement, donc de réglage, beaucoup plus important,
- le dioptre de renvoi oculaire 3 se retrouve cette fois-ci mieux ajusté au profil morphologique, courbe, de la tête de l'observateur au voisinage de son œil, car le profil extérieur dudit dioptre de renvoi oculaire 3 tend à se rapprocher du côté latéral de la tête de l'observateur 7. En outre, on note que :
- le miroir de rétro-inversion 5 est disposé au voisinage de la partie supérieure du nez 10 de l'observateur, sur le cheminement du chemin optique central Δ" entre le miroir de repli latéral et le dioptre de renvoi oculaire 3. Ainsi, le miroir de rétro-inversion 5 peut être disposé dans une zone cachée à la vision de l'observateur, dite "zone aveugle".
- le miroir de repli latéral 4 est orienté angulairement de telle sorte que le chemin optique central Δ" de l'image soit ramené ou réfléchi vers le miroir de rétro-inversion 5 et que le miroir de rétro-inversion 5 soit orienté de telle sorte que le chemin optique central Δ" de l'image soit ensuite ramené ou réfléchi vers le dioptre de renvoi oculaire 3, le dioptre de renvoi oculaire 3 étant orienté de telle sorte que le chemin optique central Δ" de l'image soit ensuite ramené ou réfléchi vers l'œil de l'observateur 6.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, le dispositif 104 selon l'invention est constitué :
- d'un afficheur lumineux 1 ;
- de lentilles 2 ; - d'un miroir de repli latéral 4 ; - de deux miroirs de décalage 8 et 9, disposés en amont du miroir de repli 4, de telle sorte que successivement ils réfléchissent le chemin optique central Δ" ;
- d'un miroir rétro-inversion 5 de forme plane, convexe ou concave ou asphérique ;
- d'un dioptre de renvoi oculaire 3 de forme sensiblement elliptique.
L'afficheur lumineux 1 diffuse une image dont le cheminement est représenté par un chemin optique central Δ". Les lentilles 2 sont alignées et centrées sur le chemin optique central Δ". Le chemin optique central est ensuite réfléchi, vers la droite, par le premier miroir de décalage 8 en direction du deuxième miroir de décalage 9, lequel est disposé au voisinage de la tempe de l'observateur. Le deuxième miroir de décalage 9 renvoie ensuite le chemin central, sensiblement vers l'avant en direction du miroir de repli latéral 4, lequel le réfléchi ensuite, vers la droite, en direction du miroir de rétro- inversion 5. Le miroir de rétro-inversion 5 est disposé sensiblement contre la partie gauche supérieure du nez 10 de l'observateur, sensiblement à la hauteur de l'œil 6. Le chemin optique central Δ" y est ensuite réfléchi en direction du dioptre 3 qui le renvoie vers l'œil 6 de l'observateur. L'œil de l'observateur 6 est approximativement aligné et centré sur le chemin optique central Δ" aux environs du foyer F'.
Le dispositif 104 de la figure 4 diffère du dispositif 103 décrit en référence à la figure 3, en ce qu'il comprend un jeu de miroirs de décalage 8 et 9. L'utilisation du jeu de miroirs de décalage 8, 9 présente les avantages suivants : - elle permet de corriger le réglage de la réflexion angulaire du chemin optique Δ" sur le miroir latéral 4, afin de compenser un positionnement dudit miroir d repli latéral 4 lorsque celui-ci est ramené au plus près de la tempe ou de l'œil de l'observateur, ou encore, au plus près du dioptre oculaire 3, pour pouvoir y être éventuellement intégré, - à cet effet, elle permet de réaliser un dispositif mieux adapté à la morphologie de l'observateur, en ce que le cheminement du chemin Δ" se rapproche de la courbure de la tête de l'observateur. D'ailleurs, pour rendre plus compact le dispositif 103 de la figure 3 ou le dispositif 104 de la figure 4, le miroir de repli latéral 4 peut être réalisé d'une seule pièce avec le dioptre de renvoi oculaire 3. Ainsi, le miroir de repli latéral 4 peut faire partie intégrante de l'extrémité extérieure, c'est-à-dire, dans l'exemple illustré, de l'extrémité gauche du dioptre de renvoi oculaire 3.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.
Ainsi, chacun des miroirs de repli latéral, de renvoi, de rétro-inversion et/ou de décalage, peuvent être plans, concaves ou convexes ou sensiblement asphérique, de façon propre à pouvoir améliorer la qualité globale du système optique. De préférence, un dispositif selon l'invention comprend des moyens de réglage, notamment des jeux de miroirs et du dioptre aptes à adapter la configuration du dispositif, notamment le chemin optique, à la morphologie de l'observateur.

Claims

Revendications
1. Dispositif optique portable (103, 104) pour transmettre une image à un œil (6) d'un observateur de ladite image, caractérisé en ce qu'il comprend : - un afficheur (1) disposé sur un premier côté de la tête (7) de l'observateur et émettant limage sensiblement vers l'avant de ladite tête selon un chemin optique (Δ"), ledit premier côté étant le même que celui dudit œil (6) ;
- un dioptre de renvoi oculaire (3) ; et, - des moyens de redirection (4,5 ;4,5,8,9) pour guider l'image entre ledit afficheur et ledit dioptre ; ledit dispositif étant disposé de sorte que l'image frappe ledit dioptre (3) en provenant du côté du nez, relativement à l'œil (6), ledit dioptre (3) réfléchissant ensuite ladite image en direction dudit œil (6) de l'observateur.
2. Dispositif optique portable (103,104) pour transmettre une image à un œil (6) d'un observateur de ladite image, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un afficheur (1) disposé sur un premier côté de la tête (7) de l'observateur et émettant l'image sensiblement vers l'avant de ladite tête selon un chemin optique (Δ"), ledit premier côté étant le même que celui dudit œil (6) ;
- un dioptre de renvoi oculaire (3) de forme sensiblement elliptique dont le grand axe (Δ) de l'ellipse est sensiblement transversal relativement à la tête de l'observateur ; ledit dispositif étant disposé de sorte que le centre de la pupille dudit œil (6) soit prévu pour être disposé sensiblement en un premier foyer (F') du dioptre (3), le deuxième foyer (F) du dioptre (3) étant disposé au-delà de l'œil (6) relativement au premier côté de la tête, en direction du deuxième côté de la tête de l'observateur ; ledit dispositif (103,104) comprenant en outre des moyens de redirection (4,5 ;4,5,8,9) pour guider l'image, entre ledit afficheur et ledit dioptre, de sorte que le chemin optique central soit réfléchi par le dioptre (3), sensiblement vers l'arrière, sensiblement en direction du premier foyer (F').
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins un groupe de lentilles (2) disposé en aval de l'afficheur et en amont des moyens de redirection (4,5 ; 4,5,8,9).
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de redirection (4,5 ; 4,5,8,9) comprennent un miroir de renvoi latéral (4), prévu pour réfléchir l'image transversalement en direction du deuxième côté et un miroir de rétro-inversion (5), disposé pour rediriger l'image issue du miroir de renvoi latéral (4) en direction du dioptre (3).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le miroir de repli latéral (4) est une partie intégrante du dioptre (3).
6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le miroir de rétro-inversion (5) est prévu pour se positionner au voisinage immédiat de la partie supérieure du nez (10), sensiblement à la hauteur de l'œil (6), entre l'œil (6) et le nez (10) de l'observateur.
7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, deux miroirs de décalage (8,9), disposés en amont du miroir de renvoi latéral (4), le premier miroir de décalage (8) étant disposé de sorte qu'il renvoie latéralement l'image issue de l'afficheur (1), transversalement en direction du deuxième côté de la tête de l'observateur, et le deuxième miroir de décalage (9) est disposé pour réfléchir l'image issue du premier miroir de décalage sensiblement vers l'avant, en direction du miroir de renvoi latéral (4).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le deuxième miroir de décalage (9) est prévu pour se positionner au voisinage de la tempe.
9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'au moins l'un des miroirs composant les moyens de redirection (4,5 ; 4,5,8,9) a une forme, indépendamment de celle d'un autre des miroirs, sensiblement elliptique, plane, concave, convexe ou asphérique, et propre à au moins atténuer une distorsion de l'image vue par l'observateur.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage aptes à adapter le chemin optique à la morphologie de l'observateur.
11. Dispositif binoculaire portable, caractérisé en ce qu'il comprend deux dispositifs selon l'une des revendications précédentes, chacun pour un œil respectif de l'observateur.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une structure porteuse du type structure de lunettes.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend une structure porteuse du type casque.
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