FR2909189A1 - Agencement d'affichage opto-electronique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un agencement d'affichage électronique, destiné à transmettre des signaux de lumière formant une image émise d'un écran miniature (2), dite image d'écran, vers l'oeil (O) d'un utilisateur pour la vision d'une image virtuelle (I).Selon l'invention, l'agencement comporte un dispositif de commande de l'écran miniature comportant un agencement de division d'une image source en N images d'écran (IE) et l'agencement comporte un dispositif dit de mosaïquage (3) assurant la transmission de ces N images d'écran, de façon décalées spatialement l'une de l'autre et temporellement l'une de l'autre, selon une période (tau) inférieure au temps de rémanence de la rétine de l'oeil divisé par N, chaque image d'écran (IE) étant transmise vers l'oeil du porteur pour la vision d'une sous image virtuelle (IN), les N sous images virtuelles résultantes et adjacentes formant ladite image virtuelle totale (I).

Description

1 AGENCEMENT D'AFFICHAGE OPTO-ELECTRONIQUE L'invention concerne un

agencement d'affichage opto-électronique monté sur une monture de type paire de lunettes. L'invention concerne un agencement d'affichage opto-électronique, destiné à transmettre des signaux de lumière formant une image émise d'un écran miniature, dite image d'écran, vers l'oeil d'un utilisateur pour la vision d'une image virtuelle. Un tel agencement est décrit dans le document de brevet US 7 068 404.

Ce document décrit un guide optique mince utilisant un hologramme et une lentille prismatique servant à agrandir la taille d'un écran miniature et à projeter son image virtuelle devant l'oeil du porteur. Un autre type d'arrangement de l'art antérieur est décrit dans le document de brevet EP 1 566 682.

Ce document décrit un guide optique expanseur de faisceau encore plus mince que celui de l'art antérieur précédent et décrit également un système optique capable de projeter à l'infini l'image d'un écran miniature. Le point commun de ces systèmes est de localiser l'essentiel de la puissance optique apportée pour agrandir l'image de l'écran miniature en dehors du guide optique. Selon ces agencements, des champs de vision de l'ordre de 15 à plus de 30 degrés peuvent être atteints tout en gardant des épaisseurs de guide optique faibles. Cependant, pour obtenir de tels champs de vision supérieurs à 20 , les agencements actuels comportent des systèmes optiques et des écrans miniatures de volume relativement important, car la taille de l'écran miniature est un facteur dimensionnant important de la taille des systèmes optiques associés. L'ensemble optomécanique nécessaire s'avère surdimensionné par rapport à l'épaisseur du guide optique que l'on recherche à réaliser de façon légère et fine, afin de pouvoir l'intégrer à un verre ophtalmique, par exemple.

2909189 2 L'objet de l'invention est de réaliser un ensemble optomécanique générant une image virtuelle devant les yeux du porteur et qui soit de taille réduite, ceci au moyen d'un écran miniature de taille également relativement réduite, tout en assurant un champ de vision étendu supérieur à 20 .

5 Pour ce faire, l'invention propose un agencement d'affichage électronique, destiné à transmettre des signaux de lumière formant une image émise d'un écran miniature, dite image d'écran, vers l'oeil d'un utilisateur pour la vision d'une image virtuelle, agencement caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande de l'écran miniature comportant un 10 agencement de division d'une image source en N images d'écran et en ce qu'il comporte un dispositif dit de mosaïquage comportant une lucarne de sortie et assurant la transmission de ces N images d'écran, de façon décalées spatialement l'une de l'autre et temporellement l'une de l'autre, selon une période inférieure au temps de rémanence de la rétine de l'oeil 15 divisé par N, chaque image d'écran étant transmise vers l'oeil du porteur pour la vision d'une sous image virtuelle, les N sous images virtuelles résultantes et adjacentes formant ladite image virtuelle totale. De préférence, ledit dispositif de mosaïquage est disposé entre ledit écran miniature et l'oeil du porteur.

20 De préférence, ledit dispositif de mosaïquage est constitué d'un élément de commande de la polarisation de la lumière et d'un élément de reconstruction spatiale de l'image virtuelle. L'agencement comporte de préférence un conduit optique en matériau transparent dans le domaine visible.

25 Le conduit optique peut être disposé entre ledit écran miniature et le premier dispositif de commande de la polarisation ou entre l'élément de commande de la polarisation et l'élément de reconstruction spatiale de l'image. De préférence, ledit conduit optique est disposé entre ledit élément 30 de commande et ledit élément de reconstruction spatiale. Avantageusement, ledit élément de reconstruction spatiale comprend au moins deux miroirs décentrés chacun d'une position différente par rapport 2909189 3 à un axe optique de référence, défini comme la droite issue du centre du dit écran miniature et perpendiculaire au plan de cet écran, au moins un traitement séparateur de polarisation et au moins deux lames quart d'onde. Ledit élément de reconstruction spatiale de l'image peut être 5 composé d'un ensemble de prismes et/ou rhomboèdres, de miroirs sphériques ou asphériques décentrés chacun d'une position différente par rapport à l'axe optique de référence, de traitements séparateurs de polarisation, de polariseurs à grille et de lames quart d'onde ou demi-onde. Avantageusement, au moins un des dits traitements séparateurs de 10 polarisation est un polariseur à grille. Avantageusement, ledit élément de reconstruction spatiale de l'image comprend autant de miroirs sphériques ou asphériques décentrés que de sous images, soit N. Avantageusement ces miroirs sphériques ou asphériques sont du 15 type miroir de Mangin. Alternativement, un deuxième élément de commande de la polarisation peut être ajouté au dispositif de mosaïquage et positionné sur le trajet des faisceaux optiques juste après l'élément de reconstruction spatiale de l'image.

20 De préférence, un guide optique extenseur de pupille comportant une lucarne d'entrée est placé entre le système de mosaïquage et l'oeil du porteur. Ce guide optique peut être en matériau transparent dans le domaine visible.

25 Ce guide optique peut être inclus dans un verre ophtalmique. Et la lucarne de sortie du système de mosaïquage peut être placée en correspondance avec la lucarne d'entrée du guide optique. Le guide optique peut être disposé entre l'élément de reconstruction spatiale de l'image et l'oeil de l'utilisateur 30 Selon un mode de réalisation préféré, N est égal à deux et l'élément de commande de la polarisation met en forme alternativement une polarisation des faisceaux lumineux issus de l'écran miniature selon un 2909189 4 vecteur de polarisation P ou de polarisation S, sensiblement selon ladite période. Avantageusement, ledit conduit optique peut prendre la forme d'un rhomboèdre dont au moins une des faces possède une fonction optique dans 5 l'élément de reconstruction spatiale de l'image. De préférence, ledit conduit optique porte un traitement séparateur de polarisation incliné associé à deux lames quart d'onde dont l'axe de retard forme un angle de 45 par rapport à la direction du vecteur de polarisation P ou S, dans le plan des dites lames quart d'onde.

10 Avantageusement, le traitement séparateur est incliné de 45 par rapport à un axe optique de référence, défini comme la droite issue du centre du dit écran miniature et perpendiculaire au plan de cet écran et les deux lames quart d'onde sont perpendiculaires. De préférence, ledit élément de commande de polarisation comprend 15 une cellule à cristaux liquides commandée électriquement. Ledit écran miniature et ledit élément de commande de polarisation peuvent former une seule pièce. Lesdites sous images virtuelles peuvent être à géométrie interlacée. Dans ce cas, de préférence, ledit élément de commande de 20 polarisation peut disposer d'électrodes interlacées. Avantageusement, le dispositif de commande de l'écran miniature comporte un agencement de recalage de la position des dites images d'écran, ce recalage étant défini par calibrage sur un banc de réglage. Ledit écran miniature peut présenter une taille de sa zone contenant 25 des pixels susceptibles d'afficher une image de taille supérieure à la taille de l'image d'écran qui y est générée. Le dispositif de commande de l'écran miniature peut comporter un agencement d'adressage desdites images d'écran. Avantageusement, un dispositif de mise en mémoire des 30 coordonnées de recalage dispose de redondances et d'un système de correction d'erreur.

2909189 5 L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 1 illustre le principe de mosaïquage de l'invention. La figure 2A est une vue de dessus d'un afficheur conforme à 5 l'invention. La figure 2B illustre un principe de recombinaison des images, illustré à partir des rayons lumineux, conformément à l'invention. Les figures 3A et 3B représentent les tracés de rayons le long de deux voies optiques imbriquées l'une dans l'autre d'un mode de réalisation 10 du dispositif de mosaïquage 3, en vue de dessus conforme à l'invention. La figure 3A représente le tracé dans la voie dénommée PS, parce qu'elle correspond à une sélection de la polarisation P puis sa transformation en polarisation S pour sortir du dispositif de mosaïquage. La figure 3B représente le tracé dans la voie dénommée SP, parce 15 qu'elle correspond à une sélection de la polarisation S puis sa transformation en polarisation P pour sortir du dispositif de mosaïquage. La figure 4 est une vue dépliée illustrant le principe de décentrement des miroirs figurant sur les figures 3A et 3B. Les figures 5A et 5B sont des vues illustrant les défauts engendrés 20 par ces erreurs de fabrication au niveau d'une image virtuelle obtenue. Les figures 6A et 6B représentent en vue de face un écran miniature conforme à l'invention. La figure 7 illustre un banc de réglage conforme à l'invention. La figure 8 représente l'image d'une mire de réglage vue par la 25 caméra du banc de réglage conforme à l'invention. Les figures 9A et 9B sont des vues d'une image virtuelle prise par la caméra du banc de réglage, illustrant le traitement de recalage des sous images. La figure 10 illustre le procédé de recalage des sous images, 30 conformément à l'invention. La figure 11 représente l'architecture électronique d'un agencement afficheur conforme à l'invention.

2909189 6 Les figures 12 à 15 sont des vues en coupe transversale de variantes de réalisation, relatives à l'élément de commande de la polarisation et à l'afficheur conforme à l'invention. La figure 16 est une vue de dessus du dispositif de commande de 5 polarisation, selon un perfectionnement conforme à l'invention. La figure 17 est un graphe illustrant la commande d'un tel perfectionnement. La figure 18 illustre deux structures de pixels couleurs compatibles avec l'invention.

10 Le principe de mosaïquage est illustré sur la figure 1 et consiste à recréer une image de grande taille à partir de sous-images élémentaires plus petites. Afin de permettre la vision d'une image informative virtuelle I de grande taille, l'invention propose d'afficher N sous-images virtuelles, ici quatre sous-images Il à 14, adjacentes formant l'image virtuelle totale I.

15 Pour ce faire, l'invention propose un agencement d'affichage tel que décrit sur la figure 2A. Cet agencement d'affichage opto-électronique comporte un guide optique 1 destiné à transmettre des signaux de lumière formant une image émise d'un écran miniature 2, dite image d'écran, d'une de ses extrémités 20 dite surface d'entrée 1A à son autre extrémité dite surface de sortie 1 B, vers l'oeil O d'un utilisateur pour la vision d'une image virtuelle I. L'invention s'applique à tout afficheur opto-électronique comportant un agencement expanseur de faisceau lumineux de ce type, que cet agencement comporte un tel conduit optique ou non.

25 Un dispositif de commande de l'écran miniature 2 comporte un agencement de division d'une image source, fournie par une source telle qu'un lecteur de vidéo, par exemple, en N sousimages d'écran et il comporte un dispositif dit de mosaïquage 3 assurant la transmission de ces N sous-images d'écran, de façon déplacée l'une de l'autre, selon une période 30 inférieure au temps de rémanence de la rétine de l'oeil divisé par N, chaque image d'écran étant transmise vers l'oeil O du porteur pour la vision d'une sous image virtuelle IN, les N sous images virtuelles résultantes et adjacentes 2909189 7 formant l'image virtuelle totale I. Ce dispositif de mosaïquage 3 est disposé entre l'écran miniature 2 et le conduit optique 1. Le conduit optique 1 est de type expanseur de pupille de sortie et comporte une lucarne ou pupille d'entrée LE correspondant à la surface 5 d'entrée du conduit et constituée par la zone de couplage d'entrée des faisceaux optiques émis par le dispositif de mosaïquage et une lucarne ou pupille LS de sortie localisée en face de l'oeil du porteur. Ce conduit expanseur de pupille peut être inclus dans un verre de lunettes V.

10 L'écran miniature 2 et le dispositif optique de mosaïquage 3 sont de préférence contenus dans un boîtier 4 connecté sur le verre de lunettes par exemple par un agencement de connexion amovible par encliquetage. Il existe une relation directe entre le nombre de pixels de l'écran miniature 2 et celui de l'image virtuelle totale I.

15 Soit NIv et NIh, le nombre de pixels de cette image en direction verticale égal au nombre de lignes, et en direction horizontale égal au nombre de colonnes, soit NDv et NDh, le nombre de pixels de l'écran miniature en direction verticale égal au nombre de lignes, et en direction horizontale égal 20 au nombre de colonnes, il existe deux entiers Kv et Kh tels que : NIv=KvxNDv NIh=KhxNDh Kh x Kv = NT 25 La direction la plus mosaïquée de l'image est celle où le nombre de partitions sera le plus grand. Elle sera horizontale si Kh > Kv, verticale si Kv > Kh et indifférente si Kh = Kv. En général, pour le cas de systèmes avec une géométrie temporale, il sera plus intéressant d'avoir une direction de mosaïquage horizontale.

30 Dans le cas de systèmes à insertion par le haut, il sera plus intéressant d'avoir une direction de mosaïquage verticale.

2909189 8 Ces images seront affichées séquentiellement dans le temps. Par exemple, dans le cas de la figure 1, pour l'affichage d'une image globale I la sous-image h sera d'abord affichée, puis la sous-image 12, puis la sous-image 13 et enfin la sous-image 14; on passe ensuite à la deuxième image 5 globale en affichant de nouvelles sous-images selon la même séquence. N étant le nombre de sous-images IN composant l'image totale I, afin que du point de vue de l'utilisateur, une seule image soit perçue par le cerveau, il faut que le rafraîchissement de l'image globale se fasse à une fréquence supérieure à la fréquence de rafraîchissement des récepteurs 10 rétiniens Fo, soit 25Hz. Cependant, dans de nombreuses applications manipulant le signal vidéo, la fréquence de rafraîchissement de l'image globale est supérieure à Fo. L'avantage d'une fréquence plus élevée est de diminuer les effets de clignotement de l'image et d'ainsi apporter un confort de visualisation 15 supérieur, fatigant moins l'oeil. Dans le cas de notre balayage séquencé dans le temps, si on appelle F la fréquence de l'image globale, alors, la fréquence de rafraîchissement de chacune des sous-images IN sera égale à NxF. Cela veut dire que pour chaque sous-image, la fréquence de 20 rafraîchissement individuelle d'une sous-image doit être au moins supérieure à NxFo = Nx25Hz, et si on veut une réduction du clignotement de l'image, au moins égale ou supérieure à Nx50 Hz, Nx100 Hz ou Nx75 Hz, si l'on se réfère aux fréquences utilisées dans les applications de télévision de 50 ou 100 Hz ou les applications informatiques de 75 Hz.

25 Dans ce qui suit, on suppose N égal à deux, correspondant à un mosaïquage à 2 sous-images, adjacentes dans le sens horizontal. Dans ce cas, par exemple, si on veut créer une image virtuelle finale I de qualité VGA, soit 640x480 pixels, on utilise un écran miniature 2 de 320x480 pixels.

30 La figure 2B illustre le tracé des rayons lumineux pour former une image virtuelle I par juxtaposition de deux sous-images virtuelles h et 12. Cette figure montre le principe du chemin des rayons optiques à partir d'un 2909189 9 dispositif de mosaïquage, permettant d'assurer la juxtaposition des sous-images l'une à côté de l'autre. Les figures 3A et 3B représentent un mode de réalisation du dispositif de mosaïquage 3, permettant de mettre en oeuvre le principe ci-5 dessus. Le dispositif de mosaïquage 3 est constitué d'un élément de commande de la polarisation 5 contrôlant la polarisation à sa sortie alternativement selon une polarisation P et une polarisation S, sensiblement selon la période et associé avantageusement à un conduit optique 6 de 10 propagation de la lumière transportant les faisceaux lumineux vers un dispositif de reconstruction spatiale des images 7 lequel recombine dans l'espace la position desdits faisceaux correspondant aux sous-images, en direction du conduit optique 1, au travers d'une pupille de sortie 10. L'utilisation d'un guide optique entre l'élément de commande de la 15 polarisation 5 et l'élément de reconstruction spatiale des images 7 est optionnel mais avantageux : il permet de diminuer la longueur physique du trajet optique et donc de rendre le système plus compact. Avantageusement, on peut lui donner une forme rhomboédrique, afin de l'encastrer dans le système de reconstruction spatiale des images.

20 Ainsi le conduit optique 6 porte un traitement séparateur de polarisation 7A incliné associé à deux lames quart d'onde 7B et 7C dont l'axe de retard est disposé à 45 des polarisations P ou S incidentes, ainsi que deux miroirs de Mangin 7D et 7E décentrés par rapport à l'axe optique. On définit l'axe optique comme étant l'axe passant par le centre de la 25 zone utile d'affichage de l'image de l'écran miniature et perpendiculaire à celui-ci. Dans le cas où il y aurait des repliements du chemin optique, au moyen de miroirs par exemple, pour des raisons de packaging entre autres, on considèrera par extension comme axe optique la transformation de cette droite par lesdites réflexions sur les miroirs.

30 Selon le mode de réalisation illustré, le traitement séparateur 7A qui transmet la polarisation P et réfléchit la polarisation S est incliné de 45 par rapport à l'axe optique et est disposé sur la face inclinée du conduit optique 2909189 10 6 et les deux lames quart d'onde 7B et 7C sont perpendiculaires et disposées au droit de ce traitement séparateur, l'une 7B à l'extrémité de ce conduit 6 et l'autre sur une face longitudinale de celui-ci. Avantageusement, les miroirs 7D et 7E sont des miroirs de Mangin, permettant ainsi de réaliser 5 un assemblage collé autoporté. Par ailleurs, les lames quart d'onde étant généralement des films plastiques, un tel arrangement où la lame quart d'onde est collée entre deux surfaces optiques surfacées avec précision présente l'avantage de garantir la planéité. L'écran miniature 2 peut émettre directement de la lumière polarisée 10 ou non. Dans ce dernier cas, un polariseur lui est ajouté sur sa face d'émission. L'élément de commande de la polarisation 5 permet de modifier la polarisation de la lumière issue de l'écran miniature et de la transformer en polarisation P ou S, en référence à l'incidence sur le traitement séparateur 15 7A. Le principe de fonctionnement est le suivant : au moyen de l'élément de commande de la polarisation 5, on transforme alternativement la polarisation issue de l'écran miniature 2 en polarisation P ou S. Lorsque la polarisation P est sélectionnée, comme illustré sur la 20 figure 3A, la lumière traverse le traitement séparateur 7A puis impacte la lame quart d'onde 7B de la voie PS. Celle-ci est disposée avec ses axes à 45 de la direction de polarisation P de référence. La lumière en sortie de la lame quart d'onde 7B est donc polarisée circulairement. Elle est ensuite réfléchie sur le miroir 7D de la voie PS et retraverse la lame quart d'onde 7B 25 de la voie PS. Après cette traversée, elle est donc transformée en polarisation rectiligne mais dont la direction est perpendiculaire à sa direction initiale : elle est donc en incidence sur le traitement séparateur 7A en polarisation S et ainsi réfléchie par le traitement séparateur 7A vers la pupille de sortie 10 du système optique de mosaïquage. Cette voie du 30 faisceau optique sera appelée voie PS dans ce qui suit. Inversement, lorsque la polarisation S est sélectionée par l'élément de commande de la polarisation, comme illustré sur la figure 3B, la lumière 2909189 11 est réfléchie sur le le traitement séparateur 7A puis impacte la lame quart d'onde 7C de la voie SP. Celle-ci est disposée avec ses axes à 45 de la direction de polarisation S de référence. La lumière en sortie de la lame quart d'onde 7C est donc polarisée circulairement. Elle est ensuite réfléchie sur le 5 miroir 7E de la voie SP et retraverse la lame quart d'onde 7C de la voie SP. Après cette traversée, elle est donc transformée en polarisation rectiligne mais dont la direction est perpendiculaire à sa direction initiale : elle est donc en incidence sur le traitement séparateur 7A en polarisation P et ainsi transmise à travers le le traitement séparateur 7A vers la pupille de sortie 10 10 du système optique de mosaïquage. Cette voie du faisceau optique sera appelée voie SP dans ce qui suit. Afin de créer deux images décalées l'une par rapport à l'autre, les centres de rotation des miroirs de Mangin de la voie PS 7D et de la voie SP 7E sont décalés par rapport à l'axe optique d'une valeur égale à la moitié de 15 la taille de la zone utile ZU de l'image de l'écran miniature 2, chacun dans un sens différent. Ces miroirs sont représentés sur la figure 4 de façon dépliée. De cette façon, chaque voie génère une sous-image décalée d'exactement la moitié de la taille de la zone utile. Avantageusement, la pupille de sortie 10 du système correspond à la 20 lucarne d'entrée ou à la pupille d'entrée LE du guide optique 1. En pratique, comme il est impossible de fabriquer un système parfait, le décentrement des deux miroirs n'est pas rigoureusement égal en valeur absolu, ni exactement égal à une valeur fixée et connue à l'avance égale à la moitié de la taille de l'écran miniature 2.

25 Ceci est dû aux erreurs de fabrication des composants. Néanmoins, ces erreurs peuvent être maîtrisées dans une gamme de tolérancement pour chaque pièce individuelle et considérées globalement à l'échelle du système. Les défauts engendrés par ces erreurs de fabrication sont : la création d'une disjonction entre les deux sous-images, au 30 centre de l'image mosaique, comme illustré sur la figure 5A, la création d'une rotation individuelle différenciée de chaque sous-image, comme illustré sur la figure 5B.

2909189 12 Pour permettre la correction de ces défauts, on utilise un écran miniature 2 dont la taille de la zone contenant des pixels susceptibles d'afficher une image est supérieure à la taille de l'image d'écran IE qui y est effectivement générée, comme illustré sur la figure 6A.

5 On utilise les pixels supplémentaires pour déplacer la zone de l'image sur la surface active, comme illustré sur la figure 6B : ainsi on translate et/ou on tourne l'image d'écran IE générée par l'écran miniature 2 sans bouger physiquement cet écran lui-même. Le décalage et la rotation d'affichage de l'image d'écran sont 10 commandés via l'électronique de pilotage de l'écran miniature 2. Ils sont calculés de façon à compenser l'effet de disjonction et de rotation induits par les défauts de fabrication. Une procédure de réglage simple sur un banc permet de déterminer ces paramètres, comme illustré sur la figure 7. En observant à l'aide d'une caméra C l'image donnée en sortie de l'élément 15 optique de reconstruction spatiale des images 7, on fait une capture des deux sous images résultantes. Sur chaque sous image, on affiche une mire de recalage M telle que représenté sur la figure 8. Cette mire M comporte par exemple trois croix, une croix du bord gauche, une croix du bord droit et une croix centrale.

20 On expose ensuite sur la même image de caméra, la mire M affichée de façon centrée sur la zone active, d'abord imagée par la voie PS vl de l'élément de reconstruction spatiale des images 7, puis par la voie SP v2 de l'élément de reconstruction spatiale des images 7. Les caractéristiques de la caméra de recalage C doivent être 25 connues, et particulièrement son grandissement transversal dans la conjugaison utilisée. Cette valeur de grandissement peut être déterminée de manière simple par l'homme de l'art. On peut éventuellement considérer un grandissement transversal vertical et un grandissement transversal horizontal différents. Toutefois, en pratique, lorsque la caméra est de bonne 30 qualité, ceux-ci sont très proches et on peut considérer qu'ils sont égaux. On note GyCAM ce grandissement. Il exprime le ratio entre la taille de l'image 2909189 13 d'un pixel de l'écran miniature 2 dans le plan du détecteur de la caméra C et sa taille réelle. Si on appelle pitch_pd la taille réelle d'un pixel de l'écran miniature 2 et pitch_cam, la taille réelle d'un pixel de la caméra C, on peut définir un 5 grandissement pixel entre l'image d'écran affichée sur l'écran miniature et son image détectée par la caméra de la façon suivante : G_pixel = pitch_pd . GyCAM / pitch_cam Cette valeur représente la taille de l'image d'un pixel de l'écran miniature exprimé en "pixels" de la caméra.

10 Elle doit être calibrée par des méthodes connues de l'homme de l'art. On obtient alors une image sur la caméra, telle que représentée sur le figure 9A. Une méthode pour recaler les images peut être la suivante. A partir des images des voies SP et PS, on définit le point Psp 15 comme étant l'image sur la caméra de la croix la plus proche de l'image PS et vice versa pour le point Pps. Pour recaler les deux images, il suffit de mettre les points Psp et Pps en coïncidence et de rendre les vecteurs VSP et VPS colinéaires. Via une capture, manuelle ou par détection automatique des centres 20 des trois croix (croix du bord gauche, croix du bord droit et croix centrale), on définit le vecteur horizontal pour l'image PS et SP respectivement, dans le repère des coordonnées pixel de l'image de la caméra d'acquisition C. On définit le vecteur horizontal d'une sous-image comme étant le vecteur reliant la croix du bord gauche à la croix du bord droit.

25 On calcule simplement alors l'angle de chacun de ces vecteurs par rapport à l'axe horizontal du repère des pixels de la caméra. On les note a_SP et a_PS. On calcule ensuite pour chaque sous-image SP et PS la position des points Psp et Pps, qu'on notera (x_SP, y_SP) et (x_PS, y_PS) dans l'espace 30 des coordonnées de l'image.

2909189 14 Une méthode proposée est de recaler le point PPS sur le point PSP, et de modifier le vecteur horizontal Vps pour le rendre colinéaire au vecteur horizontal VSP. Ceci est réalisé en effectuant une rotation d'angle (a_SP-a_PS) 5 autour du point Pps, suivie d'une translation de vecteur (x_SP-x_PX, y_SP-y_PS), que l'on calculera in fine dans l'espace d'écran miniature 2. Selon le signe des grandissements du système optique formé de l'écran miniature 2 et de l'élément de reconstruction spatiale des images 7 et de la caméra C, l'expression mathématique peut prendre plusieurs formes mais revient 10 toujours à la composition d'une rotation autour soit de la croix du bord gauche, soit de la croix bord droit et d'angle, FI-(a_SP-a_PS) avec une translation de vecteur V=+/-(x_SP-x_PX, y_SP-y_PS)/G_pixel.

15 On obtient alors une image fournie par la caméra superposant les deux sous images issues des voies SP et PS recalées, telle que représentée sur la figure 9B. Le tolérancement précis du système optique permet l'adéquation sur l'écran miniature de la largeur de la zone active par rapport à la taille de 20 l'image désirée, afin de permettre dans tous les cas de figure ce recalage de l'image SP par rapport à l'image PS. On peut utiliser d'autres types de recalage, comme de rendre le nouvel axe commun représenté par le vecteur horizontal Vps et le vecteur horizontal VSP parallèle à l'axe pixel horizontal de la caméra C ou un axe 25 horizontal de référence externe lié à la monture et repéré par un quelconque procédé, ou encore un axe horizontal en situation deporté du verre informatif et repéré par un quelconque procédé. Ceci implique une calibration de la caméra pour que cet axe soit représentatif au niveau du système final.

2909189 15 Cette étape de recalage des images des voies SP et PS se fait au cours d'une étape de calibration utilisant un banc optique et électronique approprié tel qu'illustré sur la figure 10. Le dispositif de commande électronique DC de l'écran miniature 5 reçoit dans son dispositif de commande d'affichage DCA une image d'une source. Cette image y est scindée en deux sous-images qui sont également adressées. Un circuit de compensation CC reçoit quant à lui les données de recalage calculées par ordinateur grâce au banc de recalage et pouvant être 10 remises à zéro de façon électronique. Le circuit de compensation CC corrige les données de sous-images qui lui sont transmises par le dispositif de commande d'affichage DCA et ces sous images recalées sont émises par l'écran miniature 2. La figure 11 représente l'architecture électronique générale et le 15 principe de fonctionnement de l'affichage des sous images sur l'écran miniature. Une image source est transmise au dipositif de commande d'affichage DCA du dispositif de commande DC de l'écran miniature. Cette image source est décodée, divisée en deux sous images qui sont également 20 pré-adressées via une horloge. Un circuit de compensation CC de ce dispositif de commande a préalablement stocké les données de recalage par l'intermédiaire du banc de recalage B et les transmet aux circuits de mosaïquage qui reçoivent les sous images du dispositif de commande d'affichage DCA et finalisent leur 25 adressage via l'horloge. Avantageusement, les mémoires stockant les coordonnées de recalage des sous-images sont redondantes et disposent de systèmes de correction d'erreur, afin d'améliorer la robustesse de l'ensemble. Une synchronisation de l'horloge est effectuée avec la commande du 30 dispositif de commande de polarisation 5, afin que l'alternance de polarisations P et S soit synchrone avec le temps d'affichage de chaque sous image.

2909189 16 Ce dispositif de commande DC assure donc le recalage de chaque sous image d'écran dont la période d'affichage est inférieure au temps de rémanence de la rétine de l'oeil divisé par deux, la période d'affichage des deux sous images d'écran étant inférieure à 1/50 ème de seconde.

5 Comme il a été vu, le dispositif optique de mosaïquage 3 comprend un élément de commande de polarisation 5 disposé en vis-à-vis de l'écran miniature 2 et transmettant alternativement une polarisation P et une polarisation S, sensiblement selon la période -c. Plusieurs modes de réalisation de ce dispositif sont représentés sur les figures 12 à 14.

10 L'élément de commande de polarisation 5 comprend, de préférence, une cellule à cristaux liquides commandée électriquement. L'écran miniature 2 peut être de type produisant une lumière non polarisée ou de type produisant une lumière polarisée. Sur la figure 12 est représenté un écran miniature 2 à lumière non 15 polarisée. L'élément de commande de polarisation 5 comprend alors une superposition d'un polariseur 5A, une première lame de verre support 5B, une première lame d'oxyde d'étain-indium 5C, une couche de cristaux liquides 5D supportée par des entretoises formées de billes de verre 5E, une 20 seconde lame d'oxyde d'étain-indium 5F, une seconde lame de verre support 5G et éventuellement un revêtement de protection 5H. La cellule de cristal liquide est calculée de façon à produire un déphasage de 0 ou rr/2 en fonction de la commande électrique appliquée aux bornes des lames d'oxyde étain-indium.

25 En sortie de l'élément de commande de la polarisation 5, on obtient de la lumière polarisée dans deux directions perpendiculaires selon la tension de commande appliquée V. Typiquement aujourd'hui l'état de l'art dans le domaine des cristaux liquides permet de piloter la cellule avec des tensions du domaine numérique 30 (0-5V). On peut donc considérer que Von= OV et Voff=SV sont réalistes.

2909189 17 Par exemple, lorsqu'on appliquera Von à travers le commandeur de polarisation, on fait tourner la polarisation incidente de 90 et lorsqu'on applique Voff, elle reste inchangée. La distance entre l'écran miniature 2 et le dispositif de commande de 5 polarisation 5 est la plus faible possible. Il est possible également de mettre ces deux éléments en contact comme illustré sur la figure 13. Les deux éléments sont ici en contact l'un avec l'autre et la taille de la zone active du dispositif de commande de polarisation 5 est alors égale à 10 celle de la zone active de l'écran miniature 2 générateur des sous images, à une marge de sécurité de tolérance près. L'avantage de mettre les deux éléments en contact est d'améliorer la compacité du système. Le polariseur 5A représenté sur la figure 12 et 13 peut être à l'origine 15 sur l'écran miniature 2, au lieu d'être sur l'élément de commande de polarisation 5, sans nuire au fonctionnement de l'ensemble. Sur la figure 14 est représenté un écran miniature 2 à lumière polarisée. En fait, il s'agit dans ce cas d'un écran LCD dont les diverses 20 architectures sont bien connues de l'homme de l'art. Le polariseur 2A est donc inutile sur le commandeur de polarisation puisqu'il est déja existant sur l'écran. L'étape la plus délicate étant l'alignement de ce polariseur 2A avec l'axe du cristal liquide de la cellule du dispositif de polarisation 5, il est 25 judicieux de fabriquer d'un seul ensemble l'écran LCD 2 et le dispositif de commande de polarisation 5, cette fabrication pouvant se faire sur la même ligne de production à la suite l'une de l'autre, en utilisant les mêmes technologies. Une telle variante de réalisation avec écran miniature 2 à filtres 30 coloré bleus B, rouges R et verts V est représentée sur la figure 15. En face d'un émetteur E est placé l'ensemble formé d'un écran miniature 2 et d'un dispositif de polarisation 5.

2909189 18 L'écran 2 comprend un polariseur 2B, une dalle de verre 2C, une ligne de données 2D, une couche d'alignement 2E, une couche de cristaux liquides 2F supportée par des entretoises formées de billes de verre 2G, une couche d'alignement 2H, une lame d'oxyde d'étain-indium 21, l'ensemble des 5 filtres colorés B, R, V, une dalle de verre 2J et un polariseur 2A. Le dispositif de polarisation 5 est quant à lui constitué comme précédemment, sans polariseur. Un perfectionnement peut être apporté consistant à réaliser une géométrie interlacée sur le dispositif de commande de polarisation .Ce 10 perfectionnement est illustré sur les figures 16 et 17. La géométrie pleine surface qui a été décrite plus haut a pour avantage d'être simple à réaliser et donc peu coûteuse. Néanmoins, elle peut être particulièrement sensible au clignotement de l'image obtenue. La géométrie interlacée est elle un peu plus complexe à 15 réaliser mais présente une sensibilité réduite au clignotement. Le principe de la géométrie d'électrodes interlacées sur le dispositif de commande de polarisation 5 consiste à afficher simultanément une ligne ou une colonne sur deux sur la voie SP vl et l'autre série de lignes ou colonnes sur la voie PS v2. On dispose ainsi de deux électrodes El, E2 20 disposées sous la forme de deux peignes interlacés, comme illustré sur la figure 16. Les branches d'un même peigne d'électrodes sont reliées entre elles par une commande commune qui les active simultanément. Les électrodes sont précisément alignées sur les pixels de l'écran miniature 2 émetteur des sous-images.

25 Les signaux V1 et V2 sont des créneaux périodiques de fréquence égale à la fréquence de rafraîchissement choisie pour l'image. Ils oscillent entre Von et Voff avec une durée égale sur chacune de ces deux tensions. V1 et V2 sont en opposition de phase. Il est à noter que l'interlaçage multiplie par deux la fréquence 30 d'horloge. La commande des tensions VI, V2 appliquées aux bornes des lames d'oxyde d'étain-indium est représentée sur la figure 17, où la direction du 2909189 19 polariseur 2A de sortie de l'écran miniature 2 générateur des sous images d'écran est disposé parallèlement à l'incidence S du cube comportant le traitement séparateur 7A du dispositif de reconstruction spatiale des images. Le cristal liquide du dispositif de commande de polarisation 5 est un cristal 5 TN normalement blanc. On a donc Von = 0 Volt. Il est important de noter que dans le cas d'un dispositif de commande de polarisation à balayage interlacé, l'alignement des électrodes de lignes ou de colonnes El, E2 avec les pixels couleur est extrêmement important. Dans le cas d'un écran miniature LCD à filtres colorés, il peut être 10 intéressant d'utiliser des structures de sous-pixels adéquats, comme illustré sur la figure 18. Sur la gauche de cette figure, est représentée une première structure à pixels rouges PR, verts Pv et bleus PB, disposés de façon alignée par rapport aux électrodes interlacées.

15 Sur la droite de la figure 18, est représentée une seconde structure de pixels incluant un pixel blanc PBL dans chaque séquence de pixels disposés en carrés alignés par rapport aux électrodes interlacées. L'invention s'applique tout autant aux afficheurs monoculaires qu'aux afficheurs binoculaires.

20 Bien que le mode de réalisation concerne un agencement d'affichage électronique, dont le dispositif de commande de l'écran miniature comporte un agencement de division d'une image source en deux images d'écran et le dispositif de mosaïquage assurant la transmission de ces deux images d'écran, de façon décalées spatialement l'une de l'autre et temporellement 25 l'une de l'autre, selon une période inférieure au temps de rémanence de la rétine de l'oeil divisé par deux, chaque image d'écran étant transmise vers l'oeil du porteur pour la vision d'une sous image virtuelle, les deux sous images virtuelles résultantes et adjacentes formant ladite image virtuelle totale, l'invention concerne également un tel agencement à N sous-images.

30 Dans ce cas, l'élément de reconstruction spatiale comprend au moins N miroirs décentrés chacun d'une distance différente par rapport à un axe optique de référence, défini comme la droite issue du centre du dit écran 2909189 20 miniature et perpendiculaire au plan de cet écran, N traitements séparateurs de polarisation et N lames de division d'onde. Ledit élément de reconstruction spatiale de l'image peut être composé d'un ensemble de prismes et/ou rhomboèdres, de miroirs 5 sphériques ou asphériques décentrés chacun d'une distance différente par rapport à l'axe optique de référence, de traitements séparateurs de polarisation et de lames quart d'onde ou demi-onde. Avantageusement, ledit élément de reconstruction spatiale de l'image comprend autant de miroirs sphériques ou asphériques décentrés 10 que de sous images, soit N. Avantageusement ces miroirs sphériques ou asphériques sont du type miroir de Mangin. Alternativement, un deuxième élément de commande de la polarisation peut être ajouté au dispositif de mosaïquage et positionné sur le 15 trajet des faisceaux optiques juste après l'élément de reconstruction spatiale de l'image. 20

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Agencement d'affichage électronique, destiné à transmettre des signaux de lumière formant une image émise d'un écran miniature (2), dite image d'écran, vers l'oeil (0) d'un utilisateur pour la vision d'une image virtuelle (I), agencement caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande de l'écran miniature comportant un agencement de division d'une image source en N images d'écran (IE) et en ce qu'il comporte un dispositif dit de mosaïquage (3) comportant une lucarne de sortie (10) et assurant la transmission de ces N images d'écran, de façon décalées spatialement l'une de l'autre et temporellement l'une de l'autre, selon une période (-0 inférieure au temps de rémanence de la rétine de l'oeil divisé par N, chaque image d'écran (IE) étant transmise vers l'oeil du porteur pour la vision d'une sous image virtuelle (IN), les N sous images virtuelles résultantes et adjacentes formant ladite image virtuelle totale (I).

2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de mosaïquage (3) est disposé entre ledit écran miniature (2) et l'oeil du porteur (0).

3. Agencement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de mosaïquage (3) est constitué d'un élément de commande de la polarisation de la lumière (5) et d'un élément de reconstruction spatiale (7) de l'image virtuelle (I).

4. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit optique (6) en matériau transparent dans le domaine visible.

5. Agencement selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ledit conduit optique est disposé entre ledit élément de commande (5) et ledit élément de reconstruction spatiale.

6. Agencement selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit élément de reconstruction spatiale comprend au moins deux miroirs décentrés chacun d'une position différente par rapport à un axe 2909189 22 optique de référence, défini comme la droite issue du centre du dit écran miniature et perpendiculaire au plan de cet écran, au moins un traitement séparateur de polarisation et au moins deux lames quart d'onde. 5

7. Agencement selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins un des dits traitements séparateurs de polarisation est un polariseur à grille.

8. Agencement selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un guide optique extenseur de pupille (1) comportant une lucarne 10 d'entrée est placé entre le système de mosaïquage et l'oeil du porteur.

9. Agencement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit guide optique (1) est inclus dans un verre ophtalmique (V).

10. Agencement selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la lucarne de sortie (10) du système de mosaïquage est placée en 15 correspondance avec la lucarne d'entrée du guide optique (1).

11. Agencement selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que N est égal à deux et en ce que ledit élément de commande de la polarisation (5) met en forme alternativement une polarisation des faisceaux lumineux issus de l'écran miniature selon un vecteur de 20 polarisation P ou de polarisation S, sensiblement selon ladite période ('z).

12. Agencement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit conduit optique (6) porte un traitement séparateur de polarisation (7A) incliné associé à deux lames quart d'onde (7B, 7C) dont l'axe de 25 retard forme un angle de 45 par rapport à la direction du vecteur de polarisation P ou S, dans le plan des dites lames quart d'onde.

13. Agencement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le traitement séparateur (7A) est incliné de 45 par rapport à un axe optique de référence, défini comme la droite issue du centre du dit 30 écran miniature et perpendiculaire au plan de cet écran et les deux lames quart d'onde (7C, 7D) sont perpendiculaires. 2909189 23

14. Agencement selon l'une des revendications 3 à 13, caractérisé en ce que ledit élément de commande de polarisation (5) comprend une cellule à cristaux liquides commandée électriquement.

15. Agencement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que 5 ledit écran miniature (2) et ledit élément de commande de polarisation (5) forme une seule pièce.

16. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dites sous images virtuelles IN sont à géométrie interlacée. 10

17. Agencement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit élément de commande de polarisation (5) dispose d'électrodes interlacées (El, E2).

18. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commande de l'écran miniature comporte un 15 agencement de recalage de la position des dites images d'écran, ce recalage étant défini par calibrage sur un banc de réglage (B).

19. Agencement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit écran miniature (2) présente une taille de sa zone contenant des pixels susceptibles d'afficher une image de taille supérieure à la taille 20 de l'image d'écran (IE) qui y est générée.

20. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commande de l'écran miniature comporte un agencement d'adressage desdites images d'écran.

21. Agencement selon l'une des revendications 18 à 20, caractérisé en ce 25 qu'un dispositif de mise en mémoire des coordonnées de recalage dispose de redondances et d'un système de correction d'erreur.