FR2952728A1 - Dispositif de visualisation d'images superposees a une image d'une scene environnante, et procede de fabrication associe - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) de visualisation d'images (5) superposées à une image (4) d'une scène environnante, comportant - une lame (10) de combinaison constituée d'un matériau transparent à l'image (4) de la scène, et présentant deux faces (11, 12) parallèles entre elles, et - des plaquettes (20) au moins semi-réfléchissantes aux images (5) à superposer à l'image (4) de la scène, disposées de façon inclinée par rapport aux faces (11, 12) et parallèles entre elles dans la lame (10), le dispositif étant caractérisé en ce que les plaquettes (20) ont une dimension (d) caractéristique petite par rapport à une dimension (D) caractéristique de la lame (10). L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif précité.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne un dispositif de visualisation d'images superposées à une image d'une scène environnante, comportant - une lame de combinaison constituée d'un matériau transparent à l'image de la scène, et présentant deux faces parallèles entre elles, et - des plaquettes au moins semi-réfléchissantes aux images à superposer à l'image de la scène, disposées de façon inclinée par rapport aux faces et 10 parallèles entre elles dans la lame. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif précité. ETAT DE L'ART Comme le montre la figure 1, on connait un dispositif 1 de visualisation 15 d'images superposées à une image d'une scène environnante, comportant : - une lame 10 constituée d'un matériau transparent à l'image de la scène, et présentant deux faces parallèles, et - des lamelles 20 réfléchissantes ou semi-réfléchissantes aux images à superposer à l'image de la scène, et disposées sur toute la largeur 20 de la lame 10, de façon inclinée dans la lame 10. Le dispositif 1 permet le transport d'images à superposer à l'image de la scène, les images étant issues d'une source 2 d'images. La source 2 peut consister en une matrice de pixels LCD ou toute source d'image lumineuse. Ces images sont projetées à l'infini et le faisceau collimaté, 25 constitué des images, entre dans le dispositif 1 par une section d'injection 3. Le faisceau est alors transporté dans le dispositif sur une longueur arbitraire. Le faisceau lumineux est guidé par les deux faces et se propage par réflexion totale dans la lame. Si l'indice du matériau transparent, composant 30 la lame 10, est supérieur à ceux des milieux qui l'entourent, des réflexions internes totales se produisent naturellement dès lors que l'angle d'incidence des rayons du faisceau est suffisamment grand par rapport à l'incidence normale sur la face de la lame.

Le faisceau arrive alors sur les lamelles 20 au moins partiellement réfléchissantes. Les lamelles 20 permettent au faisceau de ressortir de la lame pour être guidé vers un oeil d'un utilisateur, par exemple un fantassin. Le faisceau est alors superposé à l'image de la scène pour l'utilisateur.

Le dispositif précédent présente cependant des inconvénients. Comme on le constate aisément sur la figure 1, les lamelles 20 engendrent une modulation de l'image de la scène, qu'on appelle effet « persienne ». PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, on propose selon l'invention un dispositif de visualisation d'images superposées à une image d'une scène environnante, comportant - une lame de combinaison constituée d'un matériau transparent à l'image de la scène, et présentant deux faces parallèles entre elles, et - des plaquettes au moins semi-réfléchissantes aux images à superposer à l'image de la scène, disposées de façon inclinée par rapport aux faces dans la lame, le dispositif étant caractérisé en ce que les plaquettes ont une dimension caractéristique petite par rapport à une dimension caractéristique de la 20 lame. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - la dimension caractéristique des plaquettes est comprise entre 0.1 mm et 25 5 mm, de préférence comprise entre 0.5 mm et 2 mm, le ratio entre la dimension caractéristique des plaquettes et la dimension caractéristique de la lame étant compris entre 0,002 et 0,5, et préférentiellement compris entre 0,01 et 0,20 ; - la densité de plaquettes en surface dans la lame est comprise entre 20% 30 et 80%, et est préférentiellement de l'ordre de 50% ; - les plaquettes sont planes et parallèles entre elles ; - chaque plaquette présente une courbure ; - les plaquettes sont réparties dans la lame selon une ligne directrice par rapport aux faces ; - le taux de transmission des plaquettes varie en fonction de leur position dans la lame ; - le dispositif comporte en outre un miroir d'injection. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif précité. L'invention présente de nombreux avantages. L'effet persienne est supprimé ou grandement diminué.

Du fait de la répartition des plaquettes de petite taille dans toute la lame, le champ vu par l'oeil de l'observateur est le même que si l'oeil se plaçait en sortie de la source d'images, mais les plaquettes étant de petites dimensions et étant réparties sur une part importante de la lame, l'oeil de l'observateur n'a pas la nécessité de se localiser avec précision dans l'espace par rapport à la lame pour pouvoir observer les images, contrairement à la situation de l'art antérieur. L'invention peut être appliquée à de nombreux domaines et usages, comme la visualisation d'images constituées de symboles, d'informations ou d'images vidéo principalement de jour, sans perdre le contact avec le fond de scène de façon à faciliter la communication ou l'action dans le cadre d'une mission qui peut être civile ou militaire. Le dispositif peut bien évidemment être utilisé de nuit pour visualiser des images vidéo ou des symboles en superposition de la scène en vue directe ou même en complément de l'utilisation d'une jumelle de vision nocturne. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà commentée, représente schématiquement une vue de face d'un dispositif connu comportant des lamelles ; - la figure 2 représente schématiquement un premier mode de réalisation possible d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 3 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation possible d'un dispositif selon l'invention ; - les figures 4 représentent schématiquement les principales étapes d'un procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 5 représente schématiquement la répartition des plaquettes selon une ligne directrice dans le dispositif selon l'invention, et - la figure 6 représente schématiquement la définition d'une dimension caractéristique d'une plaquette. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des 10 références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE Les figures 2 et 3 montrent schématiquement deux modes de réalisation possibles d'un dispositif 1 de visualisation d'images 5 superposées à une image 4 d'une scène environnante. 15 Les images 5 sont issues d'une source 2 d'images. La source 2 peut consister en une matrice de pixels LCD (affichage à cristaux liquides) ou OLED (diode électroluminescente organique) ou toute autre source d'image lumineuse. Les images sont constituées de symboles, d'informations ou d'images 20 vidéo quelconques, pour des applications les plus variées. La source 2 comporte également un objectif 8, permettant de collimater les images 5. Le dispositif 1 comporte principalement une lame 10 de combinaison constituée d'un matériau transparent à l'image 4 de la scène, et présentant 25 deux faces 11 et 12 parallèles entre elles. Un observateur 7 peut ainsi voir la scène sans déformation ni grossissement à travers la lame 10. Le dispositif 1 comporte également des plaquettes 20 au moins semiréfléchissantes aux images 5 à superposer à l'image 4 de la scène, disposées de façon inclinée par rapport aux faces 11 et 12. 30 On comprend que si les plaquettes 20 sont semi-transparentes à l'image 4, l'image 4 de la scène est moins atténuée, mais les images 5 en provenance de la source 2 sont en revanche plus fortement atténuées.

Dans le cas où les plaquettes 20 sont totalement réfléchissantes, elles forment des micro-miroirs. Les rayons 51, 52 et 53 par exemple, composant une image 5, et sortant de la pupille de l'objectif 8, se propagent dans la lame 10 à la manière d'un guide d'onde, c'est-à-dire par réflexions internes successives. Quand un rayon 51, 52 ou 53 rencontre une plaquette 20, il est réfléchi et le rayon émergeant sort de la lame 10 avec le même angle par rapport à l'axe optique, défini par l'oeil de l'observateur 7, qu'à la sortie de l'objectif 8 de collimation.

Le champ vu par l'oeil de l'observateur 7 est donc le même que si l'oeil se plaçait en sortie de l'objectif 8, mais les plaquettes 20 étant réparties sur une part importante de la lame 10, l'oeil de l'observateur 7 n'a pas la nécessité de se localiser avec précision dans l'espace par rapport à la lame 10 pour pouvoir observer l'image 5.

La distribution et la dimension des plaquettes 20 à l'intérieur du matériau optique de la lame 10 sont faites de manière à optimiser la qualité des images 5 transmises. Les plaquettes 20 ont une dimension d caractéristique petite par rapport à une dimension D caractéristique de la lame 10. Les plaquettes 20 peuvent avoir des formes variées, comme par exemple une forme quelconque, carrée, circulaire ou elliptique. La largeur et la longueur de chaque plaquette 20 sont du même ordre de grandeur. Comme l'indiquent les figures 6, on peut toujours définir une dimension d caractéristique des plaquettes 20, comme par exemple la diagonale (figure 6A), son plus grand axe dans le cas d'une ellipse (figure 6B) ou le diamètre, ou la plus grande distance traversant la plaquette 20 (figure 6C) par exemple. La dimension caractéristique D de la lame 10 est par exemple sa hauteur, son diamètre ou sa diagonale, et est de l'ordre de 10 mm, comme 30 par exemple 50mm, voire plus. Dans toutes les définitions de d, la dimension caractéristique d des plaquettes 20 est comprise entre 0.1 mm et 5 mm, préférentiellement entre 0.5 mm et 2 mm, pour faciliter la visualisation de l'image 4 par l'observateur 7. Le ratio entre la dimension d caractéristique des plaquettes 20 et la dimension D caractéristique de la lame 10 est compris entre 0,002 et 0,5, 5 préférentiellement compris entre 0,01 et 0,2. De préférence, les plaquettes 20 sont planes et parallèles entre elles dans la lame 10, ce que montrent les figures 2 et 3. Les plaquettes 20 peuvent également être non planes, et présenter une courbure, pour que puisse leur être associée une puissance optique. 10 Dans le cas de plaquettes non planes, les plaquettes 20 peuvent être non parallèles entre elles dans la lame 10, en fonction de la puissance optique souhaitée. Dans le cas de plaquettes non planes, les plaquettes n'interviennent plus uniquement comme miroirs mais participent à la collimation (renvoi à l'infini) de la source 2 d'images. 15 La densité de plaquettes 20 en surface dans la lame 10 est comprise entre 20% et 80%, et est préférentiellement de l'ordre de 50%. Du point de vue de la photométrie, la source 2 doit avoir une luminance suffisante pour qu'après réflexion sur les plaquettes 20, les images 5 fournies à l'oeil de l'observateur 7 soient plus lumineuses que 20 l'image 4 de la scène vue au travers de la lame 10. Ceci dépend du coefficient de réflexion des plaquettes 20, ainsi que de leur surface relative à celle de la lame 10. Le taux de transmission des plaquettes 20 peut varier en fonction de leur position dans la lame 10. Par exemple, le taux de transmission des 25 plaquettes 20 en fonction de leur localisation en Z dans la lame 10 peut également être homogène ou variable. Comme le montre la figure 5, pour augmenter la surface relative des plaquettes 20 par rapport à celle de la lame 10, les plaquettes 20 sont réparties dans la lame 10 selon une ligne directrice 13 par rapport aux faces 30 11 et 12. Les plaquettes ne se masquent alors pas les unes les autres vis-à-vis des rayons de l'image 5. La disposition des plaquettes 20 peut également être quelconque, c'est-à-dire pseudo-aléatoire dans la lame 10.

Par ailleurs, la répartition des plaquettes 20 peut aussi être homogène selon la dimension Z, ou varier selon un schéma prédéterminé (plus de plaquettes 20 en bas de la lame 10 par exemple qu'en haut de la lame 10, ou inversement).

Avec tous ces paramètres, on dispose d'un espace de placement de l'oeil de l'observateur 7 défini sur la figure 3 par exemple par : - X en éloignement par rapport à la lame 10, correspondant à un tirage pupillaire, X étant de l'ordre de 10 à 40 mm - H en tolérance sur la hauteur, de l'ordre de 30 à 60 mm, et - L sur la largeur, de l'ordre de 20 à 50 mm qui est plus important que dans le cas de l'utilisation directe d'un oculaire, ce qui confère un avantage ergonomique au dispositif. Le domaine oculaire (volume dans lequel l'oeil voit correctement l'image) permet ainsi une bonne visualisation de la scène et des images 5 même lorsque l'observateur court par exemple. Ceci est à comparer avec les 10 mm de diamètre environ d'anneau oculaire qu'offrent les oculaires classiques. Optiquement, les deux modes de réalisation des figures 2 et 3 sont équivalents, et permettent de s'adapter selon l'application finale. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le dispositif comporte en outre un miroir 6 d'injection. On comprend que l'inclinaison des plaquettes 20 par rapport aux faces 11 et 12 dépend de l'inclinaison de la source 2 et du miroir 6. De même, la lame 10 peut être inclinée ou parallèle par rapport à l'oeil de l'observateur 7, en fonction des applications souhaitées.

Les développements qui suivent concernent une mise en oeuvre possible d'un procédé de fabrication d'un dispositif précité, en référence aux figures 4. Comme le montre la figure 4A, une pluralité de picots 100 est placée sur l'une des faces 110 d'un bloc 101 réalisé dans un matériau optique transparent moulable de la famille des verres ou des plastiques. Les picots 100 sont par exemple de section droite circulaire, et ont un diamètre compris entre 0.5 mm et 2 mm. D'autres formes sont possibles.

Comme le montre la figure 4B, les picots 100 sont ensuite usinés, par exemple par usinage diamant, selon des plans parallèles faisant un angle constant avec la face 110 du bloc 101 et à des hauteurs h identiques ou différentes par rapport à la face 110, de façon à réaliser mécaniquement le champ de plaquettes 20. On comprend que si les picots 100 ont une section droite circulaire, les plaquettes 20 ont une forme elliptique. Un dépôt de couche mince totalement ou partiellement réfléchissante, éventuellement dichroïque, est ensuite appliqué par des techniques de dépôt sous vide couramment utilisées en optique sur les picots 100 afin de réaliser les plaquettes 20. Ceci doit se faire en protégeant la face 110 du bloc 101 situé à la base des picots 100 pour éviter de diminuer la transmission entre l'image de la scène et l'oeil de l'observateur 7 par la présence du dépôt à cet endroit. Comme le montre la figure 4C, le bloc 101 est ensuite complété par un matériau optiquement transparent et polymérisable, de préférence à froid pour ne pas endommager les picots 100 (comme par exemple une colle), et d'indice très voisin du matériau du bloc 101 pour finir de réaliser la lame 10 à faces parallèles 11 et 12. Du fait que les indices des deux matériaux sont très proches, il n'y a pas de réflexion de Fresnel à la transition et on obtient alors une lame 10 à faces parallèles avec des plaquettes 20 noyées à l'intérieur du matériau. On rappelle qu'une variante de réalisation consiste à réaliser des plaquettes réfléchissantes non plus planes mais courbes, afin de créer une puissance optique. Dans ce cas les plaquettes n'interviennent plus uniquement comme miroirs mais participent à la collimation (renvoi à l'infini) de la source d'image. Des procédés de lithographie connus de l'homme du métier permettent de donner une courbure aux plaquettes 20.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de visualisation d'images (5) superposées à une image (4) d'une scène environnante, comportant - une lame (10) de combinaison constituée d'un matériau transparent à l'image (4) de la scène, et présentant deux faces (11, 12) parallèles entre elles, et - des plaquettes (20) au moins semi-réfléchissantes aux images (5) à superposer à l'image (4) de la scène, disposées de façon inclinée par 10 rapport aux faces (11, 12) dans la lame (10), le dispositif étant caractérisé en ce que les plaquettes (20) ont une dimension (d) caractéristique petite par rapport à une dimension (D) caractéristique de la lame (10). 15
2. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel la dimension caractéristique (d) des plaquettes (20) est comprise entre 0.1 mm et 5 mm, de préférence comprise entre 0.5 mm et 2 mm, le ratio entre la dimension (d) caractéristique des plaquettes (20) et la dimension (D) caractéristique de la lame (10) étant compris entre 0,002 et 0,5, et préférentiellement compris 20 entre 0,01 et 0,20.
3. 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la densité de plaquettes (20) en surface dans la lame (10) est comprise entre 20% et 80%, et est préférentiellement de l'ordre de 50%. 25
4. 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les plaquettes sont planes et parallèles entre elles.
5. 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque 30 plaquette (20) présente une courbure.
6. 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les plaquettes (20) sont réparties dans la lame (10) selon une ligne directrice (13) par rapport aux faces (11, 12).
7. 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le taux de transmission des plaquettes varie en fonction de leur position dans la lame (10).
8. 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 7, comportant en outre un 10 miroir (6) d'injection.
9. 9. Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes selon lesquelles : - on assemble une pluralité de picots (100) sur l'une des faces d'un 15 bloc (101) réalisé dans un matériau optique moulable transparent, de la famille des verres ou des plastiques ; - on forme l'extrémité des picots (100) de façon à réaliser les plaquettes (20) ; - on traite les plaquettes (20) en protégeant la face (110) bloc (101) ; 20 - on complète le bloc (101) par un matériau optiquement transparent et polymérisable d'indice très voisin du matériau du bloc (101) pour finir de réaliser la lame (10) à faces parallèles (11, 12).
10. 10. Procédé selon la revendication 9, comportant une étape de lithographie 25 pour donner une courbure aux plaquettes (20).