FR3015701A1 - Dispositif de projection retinienne. - Google Patents

Abstract

Dispositif de projection rétinienne comportant un système générateur d'au moins une image source (1) transmise à un étage optique de collimation (5) via un système optique relais (3, 4). Ce dispositif est caractérisé en ce que l'image source est émise à destination d'une surface diffusante réfléchissante (4') d'un écran (4) du système optique relais, réfléchissant ladite image vers un combineur (5) concave constituant l'étage optique de collimation, disposé sur l'axe d'un œil pour projeter sur la rétine dudit œil (6) une image conjuguée de celle projetée sur ladite surface diffusante (4').

Description

Dispositif de projection rétinienne La présente invention a trait à un dispositif de projection rétinienne « tête haute » ou viseur « tête haute » offrant un champ de vision élargi, pouvant en pratique correspondre aux capacités visuelles physiologiques de l'oeil humain. Elle appartient au domaine des dispositifs optiques permettant la mise en oeuvre de ce qu'il est convenu d'appeler la réalité augmentée, ou la virtualité augmentée, selon la provenance de la lumière projetée sur la rétine de L'objectif est dans tous les cas de projeter sur l'oeil une image réaliste, confortable en termes de champ visuel statique et dynamique, à l'aide d'un dispositif dont le port est lui-même confortable. La réalisation d'un système obéissant à ce double but dépend de la capacité à créer un circuit optique à la fois performant et simple, en maintenant un équilibre entre le nombre et la complexité des composants d'une part et la qualité visuelle obtenue in fine d'autre part. La simplification requise va dans le sens d'une fiabilisation technique également recherchée, et présente une incidence économique favorable, en termes de coût du produit. Pour mémoire, il est établi qu'un champ visuel d'au moins 80° pour un oeil, et d'au moins 100° pour les deux yeux, est nécessaire pour procurer une sensation réaliste d'immersion dans un environnement visuel. Plus précisément, si l'on prend en compte à la fois la vision fovéale et la vision périphérique de le champ visuel de l'oeil humain est de l'ordre de 130° dans une direction verticale, et de l'ordre de 150° dans une direction horizontale, conduisant à un champ visuel binoculaire d'environ 260° dans un plan horizontal. Il existe déjà de nombreux dispositifs de projection rétinienne « tête haute », notamment conçus en réponse à l'explosion actuelle des jeux vidéos, et pour une demande militaire ancienne et récurrente visant à rendre un environnement visuel le plus sûr possible en améliorant la précision de l'image ou pour apporter des informations complémentaires utiles aux combattants. Ces dispositifs sont généralement implantés dans une structure support de type lunettes ou casque adaptables à la tête des utilisateurs. L'apport de nouvelles informations peut être réalisée en réalité augmentée, par exemple sous forme d'images qui s'ajoutent à la perception « naturelle » de l'environnement, laquelle est par conséquent enrichie de données complémentaires présentées de manière visuelle. Alternativement, la présentation de la totalité des informations visuelles à destination de l'oeil peut être effectuée en virtualité augmentée, les informations reflétant en temps réel l'environnement étant alors générées électroniquement en même temps que des images fournissant des informations complémentaires. En pratique, un tel dispositif de projection rétinienne « tête haute » comporte dès lors un générateur d'images le plus souvent associé à une optique de relais conduisant ladite image jusqu'à une optique de collimation ou combineur assurant une présentation de l'image adaptée à Dans l'hypothèse de la réalité augmentée, le combineur est semitransparent, et l'image issue du générateur d'images se superpose à celle qui reflète l'environnement, ces images étant focalisées à l'infini par le combineur pour permettre leur observation simultanée, l'environnement étant vu directement à l'infini. Dans le cas de la virtualité augmentée, le combineur optique n'est pas semi-transparent, il projette sur l'oeil une image exclusivement d'origine électronique. Parmi les dispositifs existants, nombre d'entre eux présente un agencement optique de composants conduisant à une image finale, c'est-à- dire telle que perçue par affectée d'aberrations optiques diverses, par exemple sphériques, et/ou de distorsions d'excentrements de seconde espèce et/ou encore de coma. Cela est notamment dû à l'impossibilité de maintenir ces composants à leur emplacement théorique optiquement le plus précis en termes de 30 transmission sans perte des images, notamment par rapport aux axes optiques desdits composants et de à cause de la nécessité de ne pas obstruer le champ de vision de l'utilisateur. Or, l'objectif majeur reste d'offrir une image de l'environnement la meilleure possible, idéalement celle que l'on aurait en l'absence de dispositif. Il est certes toujours possible de corriger optiquement ces aberrations, mais les contraintes techniques requises à cet effet peuvent vite devenir indésirables (ajouts de composants), dans la mesure où on reste toujours assujetti à des objectifs de poids et d'encombrement contraignants dans la perspective du nécessaire confort de l'utilisateur : on considère ainsi que le poids maximal de ce type de dispositif ne doit pas excéder 500 g.

A l'inverse, à trop vouloir rester dans le cadre desdites contraintes, on court le risque d'aboutir à des solutions pénalisantes notamment en termes de champ de vision dynamique de alors réduit à une valeur telle qu'elle restreint sensiblement les possibilités d'exploitations pratiques d'un tel dispositif.

Trouver un compromis acceptable entre l'exigence d'un champ de vision statique et dynamique appréciable, c'est-à-dire s'approchant des critères physiologiques de et une structure technique de projection rétinienne de complexité, d'encombrement et de poids raisonnables, n'est pas une sinécure. Force est de constater qu'il n'existe guère de solutions de dispositifs « tête haute » à champ de vision naturelle, égal ou supérieur à 180°, techniquement fonctionnelles, et encore moins de solutions à des prix abordables, compatibles avec les marchés qui s'ouvrent dans le monde du jeu vidéo. La présente invention se distingue techniquement des solutions de l'art antérieur et propose une solution basée sur un dispositif apupillaire de conception relativement simple, offrant des champs de vision statique et dynamique larges et permettant un confort visuel optimal. Ainsi, le dispositif de l'invention offre un champ de vision horizontal statique et dynamique minimal de 80° pour un oeil, et de préférence égal à 165°. Pour les deux yeux, ces valeurs se montent respectivement à 100° et 270°. Dans la direction verticale, le champ de vision minimal permis par l'invention, statique et dynamique, est de 60°, et de préférence 130°, par oeil. Le champ de vision dynamique de l'oeil est par conséquent égal au champ de vision statique, ce qui conduit à une image de projection rétinienne dépourvue de tout vignetage perceptible par l'utilisateur, lorsque celui-ci fait varier la direction de son regard entre différentes parties de l'image. Le dispositif de l'invention, lorsqu'il est appliqué aux deux yeux dans une application telle que celles mentionnées auparavant (casque ou lunettes), présente au surplus un champ de recouvrement stéréoscopique horizontal minimal de 30° pour les deux yeux, et de préférence égal ou supérieur à 60°. Dans un agencement où le collimateur est asphérique, il est apte à corriger les aberrations et la coma grâce aux composants optiques sélectionnés dans le cadre de l'invention et à leur agencement relatif. Seule une correction des distorsions d'excentrement de seconde espèce doit être 15 obtenue en fonction de commandes de balayage qui sont adressées au projecteur. Alternativement, dans un agencement comprenant un collimateur sphérique, une correction préalable des aberrations, de la coma et des distorsions d'excentrement de seconde espèce doit être obtenue en fonction de commandes de balayage qui sont adressées au projecteur. 20 Dans tous les cas, dans l'invention, l'image de projection rétinienne collimatée obtenue est de fait dépourvue d'aberrations, de coma et de distorsions d'excentrement de seconde espèce. Enfin, le dispositif obtenu est de poids inférieur aux 500 g requis. Concrètement, le dispositif de projection rétinienne de l'invention, 25 comportant classiquement un système générateur d'au moins une image source transmise à un étage optique de collimation via un système optique relais, se caractérise à titre essentiel en ce que l'image source est émise à destination d'une surface diffusante réfléchissante d'un écran du système optique relais, réfléchissant ladite image vers un combineur concave 30 constituant l'étage optique de collimation, disposé sur l'axe d'un oeil pour projeter sur la rétine dudit oeil une image conjuguée de celle projetée sur ladite surface diffusante. La structure employée, apupillaire et non paraxiale, permet une projection rétinienne à champ de vision naturel au moyen des composants optiques choisis, de leur dimensionnement et de leur agencement relatif. L'image diffusante issue de la surface réfléchissante de l'écran n'est pas projetée à travers une pupille instrumentale intermédiaire, elle est directement collimatée par le combineur vers la pupille physique de En réalité, la combinaison optique d'un système générateur d'images, d'une surface plane diffusante et d'un combineur revient à présenter à l'oeil une pupille instrumentale large, pour un champ de vision statique et dynamique pouvant atteindre une valeur angulaire optimalisée par rapport aux paramètres physiologiques de En pratique, l'écran est agencé pour que la surface diffusante réfléchissante projette une image réfléchie sur le combineur concave qui est toujours inscrite à l'intérieur des champs de vision identiques, respectivement dynamique et statique, du combineur. A cet effet, selon une géométrie propre à l'invention, les axes de projection du système générateur d'images, de l'écran et du combineur sont dans le même plan de projection, l'écran étant placé au-dessus du combineur. De fait, l'écran peut prendre plusieurs positions, il est en particulier inclinable entre une première position parallèle à l'axe optique du combineur et une seconde position perpendiculaire audit axe. Selon une configuration préférentielle, l'écran couvre un secteur angulaire transversal, dans une direction d'allure perpendiculaire au plan de projection, sensiblement et au plus égal au secteur angulaire transversal du combineur. L'image collimatée reste alors toujours entièrement visible, sans aucun vignetage, quelle que soit la direction dans laquelle l'oeil de l'utilisateur pivote. En d'autres termes, le champ de vision statique, c'est-à-dire l'angle de vision de l'oeil lorsqu'il regarde droit devant sans bouger, et le champ de vision dynamique, c'est-à-dire l'angle de balayage dépourvu de tout vignetage perceptible par l'utilisateur lorsqu'il fait varier la direction de son regard entre différentes parties de l'image, sont toujours identiques. Structurellement, le secteur angulaire transversal couvert par le combineur peut être compris entre 80° et 165°.

De même, de préférence, le secteur angulaire a couvert par le combineur, dans une direction incluse dans le plan de projection et sensiblement perpendiculairement à l'axe de est égal à : a = 2 arctan(d/2f) d étant la dimension de l'écran dans le plan de projection et f la focale du combineur. Plus précisément, ledit secteur peut être compris entre 60° et 130°. De préférence encore, l'écran est d'allure plane. A défaut, l'écran peut être de surface courbe, particulièrement lorsqu'il est incliné selon une orientation non parallèle à l'axe optique du combineur.

Selon une configuration possible de l'invention, l'arête de l'écran, proximale du combineur, est au contact, de même forme et de même dimension qu'une arête supérieure dudit combineur. De manière générale, l'arête de l'écran proximale du combineur peut être d'allure rectiligne ou d'allure courbe.

Plus précisément, selon une possibilité, ledit écran peut comporter deux arêtes arrondies opposées formant des secteurs angulaires de rayons de courbure voisins ou identiques reliées par des arêtes d'allure radiale, l'arête arrondie de l'écran distale du combineur présentant le secteur angulaire de plus petite dimension.

Cette forme particulière permet de pallier la distorsion d'excentrement de seconde espèce qui donne à l'image la forme d'une « banane » courbe, c'est-à-dire très étroite en haut et très large en bas, dans l'hypothèse d'un écran rectangulaire. Si l'on remplace, comme c'est le cas avec la forme précitée, cet écran rectangulaire par un écran en forme de « banane » de courbure inverse à celle de l'image précédemment citée, c'est-à-dire très large en haut de l'écran et très étroite en bas de ce dernier, on remédie à ce défaut de distorsion d'excentrement de seconde espèce. Selon un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention, le système générateur d'au moins une image source est disposé en dessous de l'axe optique de et projette chaque image directement sur la surface diffusante de l'écran. Alternativement, selon un second mode de réalisation, le système optique relais comporte au moins un miroir convexe placé entre le système générateur d'au moins une image source et la surface diffusante réfléchissante de l'écran, dont l'axe de projection est situé dans le plan de projection contenant les axes de projection du système générateur d'images et de l'écran. Dans ce cas, ledit système générateur est disposé au-dessus de l'axe optique du combineur, alors que le ou les miroirs convexes sont placés en dessous dudit axe. Il est à noter que le nombre de miroirs convexes peut alors être égal au nombre d'images sources générées par le système générateur d'images. Selon une configuration possible, le système générateur d'images peut comprendre au moins une source laser à balayage générant une image 20 source dans un plan normal à un axe de balayage d'un faisceau composite de lumière cohérente et à un axe de projection de l'image. Une source laser à balayage peut produire un faisceau de lumière cohérente avec une luminance d'au moins 8000 cd/m2 (candela par mètre carré). Cette valeur est supérieure à la luminance d'une image de 25 l'environnement, cette dernière étant généralement comprise entre 2000 cd/m2 et 7000 cd/m2. Le système générateur d'images peut également comprendre plusieurs sources laser à balayage aptes à générer des faisceaux de couleurs différentes. 30 Cet agencement de plusieurs sources laser permet d'obtenir un faisceau composite de chrominance et de luminance variables en fonction de commandes d'intensité qui sont adressées auxdites sources laser par une unité de traitement électronique du dispositif de l'invention. L'image source peut alors être générée en couleurs. Selon une variante, le système générateur d'images peut comprendre au moins un micro-afficheur, par exemple à cristaux liquides, à modulation de phase ou à diodes électroluminescentes. Dans cette hypothèse, une unité de focalisation est généralement associée au micro-afficheur, apte à projeter chaque image source dans un plan normal à un axe de projection de l'image. Pour les deux variantes de systèmes générateurs d'images mentionnées, les images sources sont générées électroniquement, elles peuvent être de différentes tailles et avoir différentes positions par rapport à l'axe de projection. L'écran plan et sa surface diffusante réfléchissante jouent un rôle tout à fait fondamental dans le dispositif de l'invention, car ils participent à la mise en forme de l'image, notamment en termes de définition et de taille. Pour jouer sur ladite définition et l'angle solide qui participe à la détermination de la taille, de préférence, ladite surface diffusante réfléchissante peut présenter une rugosité quadratique moyenne prédéterminée comprise entre 0,01 ,t,m et 1 gri, de préférence comprise entre 0,03 gri et 0,9 gri.

Cette rugosité supplémentaire est donc définie en vue de conserver à l'image une résolution suffisante, et elle est déterminée selon des critères physiques d'élargissement de l'angle solide du faisceau. Cette surface diffusante réfléchissante peut selon une possibilité appartenir à un miroir. Dans l'hypothèse d'un fonctionnement en réalité augmentée, et comme déjà évoqué, le combineur concave est simultanément réfléchissant et apte à transmettre la lumière de l'environnement. Il est alors semi-transparent et, pour améliorer le confort de l'utilisateur, le dispositif de l'invention peut en outre comporter des moyens réglables d'atténuation de la lumière provenant de l'environnement. L'objectif est en pratique d'absorber une partie de la lumière de l'environnement extérieur, pour rendre plus visible la partie « augmentée » des informations visuelles arrivant à Ces moyens d'atténuation lumineuse peuvent être intégrés au combineur et par exemple reposer sur des systèmes classiques à base de cristaux liquides, électrochromes ou photochromes. Dans l'hypothèse d'un fonctionnement en virtualité augmentée, le dispositif de l'invention comporte des moyens de traitement électroniques aptes à générer des images virtuelles de l'environnement réel, ensuite transmises par au moins un système générateur d'images sources au combineur. Dans ce cas, il comporte au moins un capteur prévu pour l'acquisition des images virtuelles de l'environnement.

De préférence, selon l'invention, le combineur ou le ou les miroirs convexes sont asphériques. L'invention concerne également un support de type lunettes ou casque qui permet d'agencer deux dispositifs de projection rétinienne avec des composants optiques configurés et agencés selon la description précédente.

Une telle structure porteuse sert à fixer les éléments optiques et électroniques du dispositif selon l'agencement choisi. Le support peut d'ailleurs être doté de moyens de réglage d'un ou plusieurs de ces composants optiques, aptes à configurer le dispositif, notamment la focale, à la morphologie de l'utilisateur.

L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées : - la figure 1 représente en coupe verticale un premier mode de réalisation de dispositif de projection rétinienne selon la présente invention ; - la figure 2 montre une coupe horizontale dudit premier mode de réalisation ; - la figure 3 représente en coupe verticale une variante de ce premier mode de réalisation avec un micro-afficheur à la place d'une source laser à balayage ; - la figure 4 illustre en vue perspective deux dispositifs selon le premier mode de réalisation, agencés en situation sur la tête d'un utilisateur ; - la figure 5 montre en coupe verticale un second mode de réalisation du dispositif de projection rétinienne selon l'invention, dépourvu de miroir convexe ; - la figure 6 représente en coupe horizontale ce deuxième mode de réalisation ; - la figure 7 est l'équivalent pour ce second mode de réalisation de la variante de la figure 3 à micro-afficheur ; et - la figure 8 illustre en vue perspective deux dispositifs selon le second mode de réalisation agencés en situation sur la tête d'un utilisateur.

Pour améliorer la clarté de la lecture, des références identiques ont été utilisées dans les représentations des diverses variantes pour désigner des éléments/composants qui sont les mêmes ou ont une fonction identique. Lorsque les figures font référence à un dispositif coopérant avec un oeil, un même dispositif peut être symétriquement prévu pour coopérer avec l'autre oeil d'un utilisateur. L'association d'un dispositif coopérant avec l'oeil gauche et d'un dispositif coopérant avec l'oeil droit d'un observateur permet une restitution stéréoscopique en trois dimensions des images présentées au dit observateur. Dans la description, le terme oeil désigne en pratique essentiellement le centre de la pupille.

En référence aux figures 1, 2 et 4, un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention comprend au moins une source laser à balayage, constituant l'imageur ou système générateur d'images (1), au moins un miroir sensiblement convexe (3), une surface diffusante sensiblement plane (4') d'un écran (4) et un combineur (5) de forme sensiblement concave.

Le fonctionnement du dispositif est le suivant : on dispose initialement d'une image que l'on veut projeter sur la surface du combineur (5) avec une impression oculaire désirée pour un observateur. Le dispositif peut couvrir horizontalement un angle égal à 165° du champ de vue d'un oeil (6) d'un observateur en employant d'une part au moins une source laser à balayage (1) qui projette une image source selon un faisceau de balayage angulairement limité vers au moins un miroir convexe (3) qui renvoie dans un deuxième angle solide plus ample le faisceau de balayage vers une surface diffusante (4') d'un écran plan (4). La surface diffusante (4') dirige le faisceau angulairement élargi vers la surface sensiblement concave d'un combineur (5) selon un angle solide de préférence aussi grand que possible. Le combineur (5) est agencé pour conjuguer optiquement la surface diffusante (4') avec l'ceil (6) de l'utilisateur, pour produire une image collimatée sur l'ceil (6). Dans ce premier mode de réalisation, l'imageur (1) est situé dans la partie supérieure du dispositif, et agencé pour projeter vers au moins un miroir convexe (3) situé dans la partie inférieure du dispositif un faisceau de lumière selon un axe de projection sensiblement vertical. La taille de l'image source croît au fur et à mesure de sa propagation le long de l'axe de projection selon un premier angle solide centré sur l'axe de projection. Le miroir convexe (3) est agencé pour réfléchir en l'élargissant dans un deuxième angle solide le faisceau de lumière sur la surface diffusante (4'), située dans la partie supérieure du dispositif. Le dispositif est du type catoptrique, car il associe le miroir convexe (3) avec la surface diffusante (4') de l'écran (4) qui dirige l'image source sur la surface sensiblement concave du combineur (5).

Selon une variante montrée en figure 3, le système générateur d'images sources est un micro-afficheur (1), de n'importe quel type connu, situé dans la partie supérieure du dispositif, qui dirige une image source vers au moins une unité de focalisation optique (2) également située dans la partie supérieure du dispositif. Comme dans la configuration précédente, l'unité de focalisation optique (2) projette l'image source, selon un faisceau de lumière angulairement limité, vers au moins un miroir convexe (3) situé dans la partie inférieure du dispositif. Le miroir convexe (3) renvoie selon un deuxième angle solide le faisceau de lumière angulairement élargi vers la surface diffusante (4') de l'écran plan (4) situé dans la partie supérieure du dispositif.

La surface diffusante (4') dirige le faisceau de lumière vers la surface sensiblement concave d'un combineur (5) selon un angle solide aussi grand que possible. Le combineur (5) est agencé pour conjuguer optiquement la surface diffusante (4') avec l'ceil (6) de l'utilisateur, pour produire une image collimatée sur l'ceil (6). Pour que cette image soit dépourvue d'aberrations optiques, la forme de l'écran (4) est prévue telle qu'il comporte deux arêtes arrondies opposées (7, 8) formant des secteurs angulaires de rayons de courbure voisins ou identiques reliées par des arêtes d'allure radiale, l'arête arrondie (8) de l'écran (4) distale du combineur (5) présentant le secteur angulaire de plus petite dimension (voir en figures 4 et 8). Cette forme particulière permet de remédier à la distorsion d'excentrement de seconde espèce, qui confère typiquement à l'image la forme d'une « banane » courbe, c'est-à-dire très étroite en haut et très large en bas, dans l'hypothèse d'un écran rectangulaire. Si l'on remplace, comme c'est le cas avec la forme précitée, cet écran rectangulaire par un écran en forme de « banane » à deux secteurs angulaires (7, 8) de courbure inverse à celle de l'image distordue, c'est-à-dire très large en haut de l'écran et très étroite en bas de ce dernier, on remédie à ce défaut. Dans l'exemple représenté, l'arête arrondie (7) de l'écran (4) proximale du combineur (5) est au contact d'une arête supérieure de même courbure du combineur (5), et coïncide en quelque sorte avec elle.

En référence aux figures suivantes, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention est présenté, avec les deux variantes comportant un dispositif générateur d'image à source laser à balayage d'une part (figures 5, 6 et 8), et à micro-afficheur d'autre part (figure 7). Le fonctionnement du dispositif est très proche de ce qui a été décrit en référence aux figures 1 à 4 : on dispose initialement d'une scène que l'on veut projeter sur la surface du combineur (5) avec une impression oculaire désirée pour un observateur. Le dispositif peut couvrir horizontalement un angle égal à 165° du champ de vue d'un oeil d'un observateur en employant au moins une source laser à balayage (1) qui projette une image source, selon un faisceau de balayage angulairement limité, cette fois directement vers une surface diffusante (4') d'un écran (4) d'allure plane. La surface diffusante (4') dirige le faisceau angulairement élargi vers la surface sensiblement concave d'un combineur (5) selon un angle solide de préférence aussi grand que possible. Le combineur (5) est, comme dans la configuration précédente, agencé pour conjuguer optiquement la surface diffusante (4) avec l'ceil (6) de l'utilisateur, pour produire une image collimatée sur l'ceil de ce dernier. Dans ce mode de réalisation, l'imageur (1) est situé dans la partie inférieure du dispositif et agencé pour projeter sur la surface diffusante (4'), située dans la partie supérieure du dispositif, un faisceau de lumière tel que la taille de l'image source croît au fur et à mesure de sa propagation le long de l'axe de projection. Le combineur (5) est à nouveau agencé pour conjuguer optiquement la surface diffusante (4') avec l'ceil (6) de l'utilisateur, en vue de produire une image collimatée sur l'ceil de ce dernier. Dans les figures 5, 6 et 8, l'imageur (1) est constitué d'au moins une source laser à balayage. En référence à la figure 7, le système de génération d'images comprend à titre de variante au moins un micro-afficheur (1), de n'importe quel type connu, qui dirige une image source également vers au moins une unité de focalisation optique (2) située dans la partie inférieure du dispositif.

L'unité de focalisation optique (2) projette l'image source, dans un faisceau de lumière angulairement limité, vers la surface diffusante (4') de l'écran (4), situé dans la partie supérieure du dispositif. La surface diffusante (4') dirige le faisceau de lumière vers la surface sensiblement concave d'un combineur (5) dans un angle solide de préférence aussi grand que possible.

Le combineur (5) est comme auparavant agencé pour conjuguer optiquement la surface diffusante (4) avec l'oeil (6) de l'utilisateur, pour produire une image collimatée sur l'oeil de ce dernier. Quelle que soit la variante ou le mode de réalisation du dispositif selon l'invention, l'image source est projetée selon un angle solide choisi autour de l'axe de projection. La surface diffusante (4') peut par exemple diriger une image source donnée centrée sur l'axe de révolution et donc de projection selon un angle solide égal à 165° autour de l'axe de projection. En revanche, dans l'hypothèse d'une image source qui n'occupe qu'une partie de la surface d'affichage, cette image est réfléchie par la surface diffusante (4') dans un angle solide pouvant prendre n'importe quelle valeur inférieure à 165° autour de l'axe de projection. En fonction de l'image source, celle-ci peut être projetée sur une partie ou sur la totalité de la surface sensiblement concave du combineur (5). L'oeil situé sur l'axe du combineur (5) reçoit les rayons issus de l'imageur (1) après leur réflexion sur le combineur (5). Ces rayons sont parallèles et conduisent à la perception par l'ceil (6) d'une image collimatée. La surface diffusante (4') d'un dispositif selon l'invention est dépolie de façon à lui conférer une rugosité supplémentaire qui est à définir par la résolution de l'image source d'une part, et l'angle solide de projection d'autre part. A titre d'exemple non limitatif, la surface diffusante (4') peut être un miroir dont la surface rugueuse est réalisée par sablage, ou par un traitement chimique approprié. Une rugosité quadratique moyenne d'environ 0,4 pm (micromètre) convient pour élargir suffisamment l'angle du faisceau, tout en ne réduisant pas excessivement le flux transmis, et donc la résolution finale de l'image. La surface diffusante (4') peut occuper toute position apte à adapter la focale du dispositif sur l'axe optique passant par le foyer correspondant du combineur (5). Selon une possibilité, l'agencement choisi est d'allure horizontale, tel qu'illustré par les figures. En réalité, selon les exigences propres au support dans lequel est implanté le dispositif de l'invention, la surface diffusante (4') peut avoir une inclinaison choisie dans un angle compris entre 0° à l'horizontale et 90° à la verticale. Comme déjà mentionné, si la source laser à balayage (1) est représentée symboliquement sous la forme d'une source d'image ponctuelle dans les figures 1, 2, 5 et 6, elle peut avoir une structure plus complexe en incorporant un agencement de plusieurs sources laser et des moyens de balayage. La combinaison optique d'un imageur (1), d'une surface diffusante (4) et d'un combineur (5) permet de présenter à l'ceil de l'utilisateur une pupille instrumentale large, pour un champ de vue statique et dynamique large pouvant atteindre 165°. Le dispositif de projection rétinienne selon l'invention peut également incorporer des éléments constitutifs additionnels, tels que ceux qui sont décrits ci-dessous.

Un dispositif de projection rétinienne selon l'invention peut notamment comprendre plusieurs unités de projection placées côte à côte suivant un agencement horizontal, aptes à générer et conduire plusieurs images source vers la surface de la surface diffusante plane (4'). Chaque unité de projection peut comprendre une source laser à balayage (1) et un miroir convexe (3) qui lui est individuellement associé. Alternativement, chaque unité de projection peut comprendre un micro-afficheur (1), de n'importe quel type connu, et son unité de focalisation optique (2) ainsi que le miroir convexe (3) qui leur est associé. Selon l'agencement des miroirs convexes (3), les cônes de projection respectifs des images sources peuvent se juxtaposer 20 horizontalement, ou se superposer, sur la surface diffusante (4). La juxtaposition horizontale ou la superposition des images sources permet le cas échéant d'assurer une résolution améliorée des images fusionnées. Les dispositifs selon l'invention peuvent être, et sont dans la plupart des cas, associés à une structure porteuse apte à fixer les éléments optiques et 25 électroniques du dispositif selon un agencement choisi, lorsqu'elles sont utilisées par couples symétriques comme cela est représenté en figures 4 et 8. Dans ce cas, un dispositif peut comprendre un moyen de fixation/maintien à ladite structure. Pour d'évidentes raisons pratiques, des moyens de réglage d'un ou de plusieurs des éléments optiques peuvent être prévus, 30 aptes à adapter la configuration du dispositif, notamment la focale, à la morphologie de l'observateur.

Par ailleurs, les dispositifs selon l'invention peuvent comprendre des moyens de capture de mouvement et de position, du type magnétique, optique, sonore ou géolocalisant (GPS), ou encore des moyens de traitement de commande par geste et/ou de commande vocale.

De plus, lorsque le dispositif de projection rétinienne permet de superposer la vision de l'image source à la vision de l'image de l'environnement extérieur de l'utilisateur, un système d'atténuation lumineuse variable peut être prévu dans le dispositif, pour absorber une partie de la lumière de l'environnement extérieur. Par exemple, un tel système d'atténuation lumineuse peut être intégré au combineur (5). De tels systèmes peuvent être à base de cristaux liquides, des systèmes électrochromes ou des systèmes photochromes. La luminance de l'image de l'environnement extérieur peut alors être réduite de cette manière, de sorte que l'image source qui est superposée reste clairement visible.

Enfin, l'invention n'est pas limitée à une mise en oeuvre en réalité augmentée qui ajoute la vision d'une image source à la vision de l'environnement de l'utilisateur. Elle peut être utilisée en virtualité augmentée, qui procure à l'utilisateur une vision des informations visuelles simultanément à la vue d'images virtuelles de l'environnement, sans que sa vision directe de l'environnement extérieur soit maintenue. Dans ce cas, un système d'atténuation lumineuse variable n'est pas indispensable si le combineur concave est rendu totalement réfléchissant ou s'il est rendu opaque par un cache externe. Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation illustrés par les figures annexées et qui ont été décris ci-dessus. Elle englobe au contraire les variantes qui sont à la portée de l'homme de l'art.

Claims (27)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de projection rétinienne comportant un système générateur d'au moins une image source (1) transmise à un étage optique de collimation (5) via un système optique relais (3, 4), caractérisé en ce que l'image source est émise à destination d'une surface diffusante réfléchissante (4') d'un écran (4) du système optique relais, réfléchissant ladite image vers un combineur (5) concave constituant l'étage optique de collimation, disposé sur l'axe d'un oeil pour projeter sur la rétine dudit oeil (6) une image conjuguée de celle projetée sur ladite surface diffusante (4').
2. 2. Dispositif de projection rétinienne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les axes de projection du système générateur d'images (1), de l'écran (4) et du combineur (5) sont dans le même plan de projection, l'écran étant placé au-dessus du combineur (5).
3. 3. Dispositif de projection rétinienne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'écran (4) est inclinable entre une première position parallèle à l'axe optique du combineur (5) et une seconde position perpendiculaire audit axe.
4. 4. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'écran (4) couvre un secteur angulaire transversal, dans une direction d'allure perpendiculaire au plan de projection, sensiblement et au plus égal au secteur angulaire transversal du combineur (5).
5. 5. Dispositif de projection rétinienne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le secteur angulaire transversal couvert par le combineur (5) est compris entre 80° et 165°.
6. 6. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le secteur angulaire a couvert par le combineur (5), dans une direction incluse dans le plan de projection et sensiblement perpendiculairement à l'axe de est égal à : a = 2 arctan(d/2f)d étant la dimension de l'écran dans le plan de projection et f la focale du combineur.
7. 7. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit secteur angulaire couvert par le combineur (5), dans une direction incluse dans le plan de projection et sensiblement perpendiculairement à l'axe de est compris entre 60° et 130°.
8. 8. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écran (4) est d'allure plane.
9. 9. Dispositif de projection rétinienne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'arête (7) de l'écran (4), proximale du combineur (5), est au contact, de même forme et de même dimension qu'une arête supérieure dudit combineur (5).
10. 10. Dispositif de projection rétinienne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'écran (4) comporte deux arêtes arrondies opposées (7, 8) formant des secteurs angulaires de rayons de courbure voisins ou identiques reliées par des arêtes d'allure radiale, l'arête arrondie (8) de l'écran (4) distale du combineur (5) présentant le secteur angulaire de plus petite dimension.
11. 11. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système générateur d'au moins une image source (1) est disposé en dessous de l'axe optique de l'oeil (6), et projette chaque image sur la surface diffusante (4') de l'écran (4).
12. 12. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le système optique relais comporte au moins un miroir convexe (3) placé entre le système générateur d'au moins une image source (1) et la surface diffusante réfléchissante (4') de l'écran (4), dont l'axe de projection est situé dans le plan de projection contenant les axes de projection du système générateur d'images (1) et de l'écran (4).
13. 13. Dispositif de projection rétinienne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le nombre de miroirs convexes (3) est égal au nombre d'images sources générées par le système générateur d'images (1).
14. 14. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que le système générateur d'au moins une image source (1) est disposé au-dessus de l'axe optique du combineur (5), alors que le ou les miroirs convexes (3) sont placés en dessous dudit axe.
15. 15. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système générateur d'image (1) comprend au moins une source laser à balayage générant une image source dans un plan normal à un axe de balayage d'un faisceau composite de lumière cohérente et à un axe de projection de l'image.
16. 16. Dispositif de projection rétinienne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système générateur d'image (1) comprend plusieurs sources laser à balayage aptes à générer des faisceaux de couleurs différentes.
17. 17. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le système générateur d'image (1) comprend au moins un micro-afficheur, par exemple à cristaux liquides, à modulation de phase ou à diodes électroluminescentes.
18. 18. Dispositif de projection rétinienne selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une unité de focalisation (2) est associée au micro-20 afficheur, apte à projeter chaque image source dans un plan normal à un axe de projection de l'image.
19. 19. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface diffusante réfléchissante (4') de l'écran (4) présente une rugosité quadratique moyenne prédéterminée 25 comprise entre 0,01 ,t,m et 1 de préférence comprise entre 0,03 µm et 0,9
20. 20. Dispositif de projection rétinienne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la surface diffusante réfléchissante (4') est un miroir.
21. 21. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que le combineur (5) concave estsimultanément réfléchissant et apte à transmettre la lumière de l'environnement.
22. 22. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens réglables d'atténuation de la lumière provenant de l'environnement.
23. 23. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de traitement électroniques aptes à générer des images virtuelles de l'environnement réel transmises par au moins un système générateur d'images sources (1) au combineur (5).
24. 24. Dispositif de projection rétinienne selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur prévu pour l'acquisition des images virtuelles de l'environnement.
25. 25. Dispositif de projection rétinienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le combineur (5) et le ou les miroir(s) convexe(s) (3) sont asphériques.
26. 26. Support de type lunettes ou casque permettant d'agencer deux dispositifs de projection rétinienne comportant les composants optiques (1, 2, 3, 4, 5) configurés et agencés selon les revendications précédentes.
27. 27. Support de type lunettes ou casque selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage d'un ou plusieurs des composants optiques (1, 2, 3, 4, 5), aptes à configurer le dispositif à la morphologie de l'utilisateur. 30