WO2023152233A1 - Verre de lunettes de réalité augmentée, lunettes de réalité augmentée et procédé de fabrication et de maintenance associés - Google Patents

Verre de lunettes de réalité augmentée, lunettes de réalité augmentée et procédé de fabrication et de maintenance associés Download PDF

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WO2023152233A1
WO2023152233A1 PCT/EP2023/053218 EP2023053218W WO2023152233A1 WO 2023152233 A1 WO2023152233 A1 WO 2023152233A1 EP 2023053218 W EP2023053218 W EP 2023053218W WO 2023152233 A1 WO2023152233 A1 WO 2023152233A1
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WO
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lens
guide
guide element
refractive index
minimum distance
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/053218
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Patrice Nagtegaele
Romain DUFLOT
Original Assignee
Eyelights
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    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
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    • G—PHYSICS
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    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Definitions

  • TITLE Lens of augmented reality glasses, augmented reality glasses and associated manufacturing and maintenance method
  • Augmented reality glasses in English “smartglasses" are the man-machine interfaces of the years to come, announced as real extensions, even replacements, of mobile phones. Augmented reality is a technology aimed at superimposing virtual information, i.e. computer-generated images, in the user's field of vision.
  • current augmented reality glasses are suitable for wearers without visual defects (myopia, hypermetropia, astigmatism, presbyopia).
  • the subject of the present description is an augmented reality eyeglass lens intended to be worn by a wearer, the lens comprising: a. a lens correcting at least one vision defect of the wearer, b. an assembly for forming a synthetic image superimposed on direct vision through the lens, the forming assembly comprising: i. an element for guiding a light beam on a guiding zone from an image generator towards a zone for extracting the light beam to form the synthetic image, the guiding element comprising a guiding space delimited by two diopters, and ii.
  • a leak attenuator capable of attenuating the guide leaks of the guide element, the leak attenuator comprising at least one gap arranged between the lens and an interface of the guide element so that each interface is located at a distance greater than or equal to a minimum distance from the lens on the guide zone, each interstice being filled by a filling element having a refractive index, the refractive index of the filling element and the minimum distance being chosen so that the light beam propagates in total internal reflection in the guide space.
  • the glass comprises one or more of the following characteristics, taken individually or in all technically possible combinations:
  • the face of the lens facing each of the diopters has a variable curvature
  • the guide element is made of a guide material, the refractive index of the filling element being strictly lower than the refractive index of the guide material;
  • the filling element is a gas, the gas advantageously being air;
  • the minimum distance is the distance from which the amplitude of an evanescent wave escaping from the guidance space is negligible
  • - A o is the maximum wavelength of the light beam propagating in the guiding space
  • - n is the refractive index of the material of the guide element
  • - n 2 is the refractive index of the filling element.
  • the guide element 20 is fixed to the lens 14 by a fixing means 30.
  • the fixing means 30 is, for example, an adhesive (FIG. 2) such as an optical glue, a clip, a protrusion or a specific recess to cooperate with a complementary shape of the guide element 20 (see Figures 1, 3 and 4).
  • the guide element 20 is encapsulated in the lens 14 (ie as will be described later, the two dioptres of the guide element 20 are opposite opposite the lens 14). This protects the guide element 20.
  • the guide element 20 In a variant, illustrated in FIG. 2, only one face (a diopter as will be described later) of the guide element 20 faces the lens 14, the other face (diopter) being in the open air or opposite a transparent support different from the lens 14.
  • the guiding element 20 is able to guide a light beam from an image generator 12 towards an extraction zone 24 (side of the wearer's eye, that is to say the rear face side of the lens 14) of the beam light to form the synthetic image.
  • the guide element 20 therefore has the function of a waveguide.
  • the guide element 20 is suitable for guiding the light beam in a guide space 26 delimited by two diopters 28.
  • the guide element 20 is a volumetric element.
  • the guide element thus has a width and a length corresponding to the dimensions of the diopters 28, as well as a non-zero thickness.
  • the diopters 28 are, for example, plane diopters (FIGS. 1, 2 and 4), preferably parallel to each other.
  • the diopters 28 are curved diopters, which confers optical power on the guide element 20 and which can also make it possible, for example, to limit optical aberrations.
  • the curvature is low (locally flat) so as to comply with the conditions of total internal reflection (TIR for “Total Internal Reflection”).
  • the guide element 20 comprises a light beam injector and a light beam extractor.
  • the injector is capable of coupling the light beam coming from the image generator 12 into the guide element 20.
  • the injector comprises, for example, a diffraction grating or a prismatic element.
  • a prismatic element has the advantage of being less expensive and simpler to set up than a diffraction grating.
  • the extractor is suitable for decoupling, from the guide element 20, the light beam propagating in the guide element 20.
  • the extractor is in particular positioned in the extraction zone 24.
  • the extractor comprises, for example , a diffraction grating or at least one semi-reflecting element.
  • the refractive index of the filling element is strictly lower than the refractive index of the guide material.
  • 0 ⁇ is the angle formed between the incident ray (coming from the guide element) and the normal to the interface of the guide element at the point of incidence
  • 0 2 is the angle formed between the refracted ray and the normal to the interface of the guide element at the point of incidence
  • the minimum distance e min depends on the refractive index of the guide material and the refractive index of the filling element.
  • the manufacturing method includes the provision of a guide element 20.
  • the guide element 20 is such that a light beam injected into the guide element 20 propagates in the guide space 26 in total reflection internally when the guide element 20 is in the open air.
  • the manufacturing method includes determining the minimum distance e min as a function of the refractive index of the filler element and the refractive index of the guide material. Account is also taken of the range of wavelengths of the light beam intended to be propagated in the guide element 20.
  • the manufacturing method then comprises the manufacturing of the lens 14 as a function of the guide element 20 and of the minimum distance e min determined.
  • the shape of the lens 14 is thus preferably adapted so that at least one gap 29 is arranged between the lens 14 and an interface 28 when the lens 14 and the guide element 20 are assembled.
  • two interstices 29 are formed: a first interstice 29 between one of the diopters 28 and the lens 14, and a second interstice 29 between the other diopter 28 and lens 14.
  • the assembly is done by fixing (for example via an adhesive) the guide element 20 to the lens 14.
  • the manufacturing process then includes the possible introduction of a filling element into each interstice 29 when the filling element is different from air.
  • the filling element is, for example, introduced by injection.
  • the interstice(s) 29 filled by the filling element then form(s) the leak attenuator 22.
  • the lens 10 obtained is mounted on an augmented reality glasses frame.
  • the maintenance method includes replacing lens 14 of lens 10 with a replacement lens correcting a different vision defect.
  • This action is, for example, implemented when the wearer's vision defect has changed or when the lens 10 is intended to be used by another wearer with a different prescription.
  • the replacement lens is chosen from a stock of prefabricated lenses corresponding to standard prescriptions.
  • the lens 10 makes it possible to form a superimposed synthetic image of direct vision through the lens 10, and this by correcting the wearer's visual defects.
  • a lens 10 therefore allows clear vision in augmented reality for any wearer.
  • the leak attenuator 22 makes it possible to retain the confinement of the light beam in the guide space 26, and therefore to retain the total internal reflection, which would not be the case if the lens 14 were directly attached to the one of diopters 28.
  • the choice of the minimum distance e min according to the distance from which the amplitude of the evanescent wave is negligible makes it possible to avoid the escape of this wave which would take place if it were caught by lens 14.
  • Glass 10 is, moreover, easy and quick to manufacture.
  • the lens 14 is molded and the guide element 20 is assembled to the lens 14 while providing at least one gap 29 between the lens 14 and at least one diopter 28 to form the leak attenuator 22.
  • Glass 10 therefore does not require complex manufacturing such as additive manufacturing (3D printing).
  • the lens 10 is modular, that is to say the lens 14 is replaceable if the visual defect changes or if the glasses are intended to be worn by another wearer.
  • the guide element 20 it is also possible to replace the guide element 20, for example in the event of malfunction of the latter.

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Abstract

La présente invention concerne un verre (10) de lunettes de réalité augmentée destinées à être portées par un porteur, comprenant : a. une lentille (14) corrigeant au moins un défaut de vision du porteur, b. un élément de guidage (20) d'un faisceau lumineux pour former l'image de synthèse, et c. un atténuateur de fuites (22) comprenant un interstice agencé entre la lentille (14) et un dioptre de l'élément de guidage (20) pour que chaque dioptre de l'élément de guidage (20) soit situé à une distance supérieure à une distance minimale de la lentille (14), chaque interstice étant rempli par un élément de remplissage, l'indice de réfraction de l'élément de remplissage et la distance minimale étant choisis de sorte que le faisceau lumineux se propage en réflexion totale interne dans l'élément de guidage.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Verre de lunettes de réalité augmentée, lunettes de réalité augmentée et procédé de fabrication et de maintenance associés
La présente invention concerne un verre de lunettes de réalité augmentée. La présente invention porte aussi sur des lunettes de réalité augmentée. La présente invention concerne également un procédé de fabrication et un procédé de maintenance associés.
Les lunettes de réalité augmentée (en anglais « smartglasses ») sont les interfaces homme-machine des années à venir, annoncées comme de véritables extensions, voire remplaçantes, des téléphones portables. La réalité augmentée est une technologie visant à superposer des informations virtuelles, c’est-à-dire des images de synthèse, dans le champ de vision de l’utilisateur.
Néanmoins, les lunettes actuelles de réalité augmentée sont adaptées pour des porteurs dépourvus de défauts visuels (myopie, hypermétropie, astigmatisme, presbytie).
Aussi, pour avoir une vision nette, un porteur affecté d’un défaut visuel se doit de continuer à porter sa correction optique (verres correcteurs, lentilles) en superposition des lunettes de réalité augmentée. Toutefois, dans le cas des verres correcteurs, la superposition nuit au confort du porteur et à la qualité de sa vision. En outre, la superposition n’est pas toujours possible.
Dans la mesure où environ 70 % de la population mondiale porte des verres correcteurs, le développement de lunettes de réalité augmentée prenant en compte les défauts visuels des porteurs est un enjeu pour le développement de cette technologie.
Cependant, l’adjonction d’une correction optique dans les lunettes de réalité augmentée existantes est difficile à réaliser sans affecter l’affichage de l’image de synthèse ou repose sur des technologies qui à l’échelle industrielle sont complexes à réaliser, coûteuses et chronophages.
Il existe donc un besoin pour un moyen de correction des défauts visuels des porteurs de lunettes de réalité augmentée qui ne dégrade pas leur vision de l’environnement et leur permette de distinguer nettement des images de synthèse, tout en étant industrialisable.
A cet effet, la présente description a pour objet un verre de lunettes de réalité augmentée destinées à être portées par un porteur, le verre comprenant : a. une lentille corrigeant au moins un défaut de vision du porteur, b. un ensemble de formation d’une image de synthèse en superposition de la vision directe au travers de la lentille, l’ensemble de formation comprenant : i. un élément de guidage d’un faisceau lumineux sur une zone de guidage depuis un générateur d’images vers une zone d’extraction du faisceau lumineux pour former l’image de synthèse, l’élément de guidage comprenant un espace de guidage délimité par deux dioptres, et ii. un atténuateur de fuites propre à atténuer les fuites de guidage de l’élément de guidage, l’atténuateur de fuites comprenant au moins un interstice agencé entre la lentille et un dioptre de l’élément de guidage pour que chaque dioptre soit situé à une distance supérieure ou égale à une distance minimale de la lentille sur la zone de guidage, chaque interstice étant rempli par un élément de remplissage ayant un indice de réfraction, l’indice de réfraction de l’élément de remplissage et la distance minimale étant choisis de sorte que le faisceau lumineux se propage en réflexion totale interne dans l’espace de guidage.
Suivant des modes de réalisation particuliers, le verre comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la face de la lentille en vis-à-vis de chacun des dioptres présente une courbure variable ;
- l’élément de guidage est réalisé en un matériau de guidage, l’indice de réfraction de l’élément de remplissage étant strictement inférieur à l’indice de réfraction du matériau de guidage ;
- l’élément de remplissage est un gaz, le gaz étant avantageusement de l’air ;
- l’élément de remplissage présente au moins une caractéristique optique parmi les caractéristiques suivantes : une teinte fixe, une teinte variable, une caractéristique antireflet et une caractéristique polarisante ;
- la distance minimale est la distance à partir de laquelle l’amplitude d’une onde évanescente s’échappant de l’espace de guidage est négligeable ;
- la distance minimale vérifie la relation suivante : emin — 10. 8mtn
Où :
Figure imgf000004_0001
- Ao est la longueur d’onde maximale du faisceau lumineux se propageant dans l’espace de guidage, - n est l’indice de réfraction du matériau de l’élément de guidage, et
- n2 est l’indice de réfraction de l’élément de remplissage.
- l’ensemble de formation est encapsulé dans la lentille.
La présente invention concerne aussi des lunettes de réalité augmentée comprenant au moins un verre tel que décrit précédemment et au moins un générateur d’images propre à générer un faisceau lumineux se propageant dans l’élément de guidage.
La présente invention porte également sur un procédé de fabrication d’un verre tel que décrit précédemment, le procédé comprenant : a. la fourniture d’un élément de guidage, l’élément de guidage étant réalisé en un matériau de guidage, b. la détermination de la distance minimale en fonction de l’indice de réfraction de l’élément de remplissage et de l’indice de réfraction du matériau de guidage, c. la fabrication de la lentille en fonction de l’élément de guidage et de la distance minimale déterminée, d. l’assemblage de l’élément de guidage et de la lentille de sorte qu’au moins un interstice soit agencé entre la lentille et un dioptre de l’élément de guidage, chaque interstice étant tel que chaque dioptre est situé à une distance supérieure ou égale à la distance minimale de la lentille , et e. l’introduction éventuelle d’un élément de remplissage dans chaque interstice lorsque l’élément de remplissage est différent de l’air, le ou les interstice(s) rempli(s) par l’élément de remplissage formant l’atténuateur de fuites.
Suivant des modes de mise en œuvre particuliers, le procédé de fabrication comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la lentille est fabriquée par moulage, tel qu’un moulage par injection ou par extrusion ;
- l’assemblage de la lentille et de l’élément de guidage comprend l’encapsulation de l’élément de guidage dans la lentille.
La présente invention porte également sur un procédé de maintenance d’un verre tel que décrit précédemment, le procédé comprenant le remplacement de la lentille du verre par une lentille de remplacement corrigeant un défaut de vision différent.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, de modes de réalisation de l’invention, donnés à titre d’exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont :
[Fig 1 ], Figure 1 , une représentation schématique d’un exemple d’un verre de lunettes de réalité augmentée et d’un générateur d’images, [Fig 2] figure 2, une représentation schématique d’un autre exemple d’un verre de lunettes de réalité augmentée et d’un générateur d’images,
[Fig 3] figure 3, une représentation schématique d’un exemple d’une lentille d’un verre de lunettes de réalité augmentée, et
[Fig 4] figure 4, une représentation schématique d’un autre exemple d’un verre de lunettes de réalité augmentée et d’un générateur d’images.
Un verre 10 de lunettes de réalité augmentée est illustré par les figures 1 , 2 et 4.
Le verre 10 est destiné à être intégré dans des lunettes de réalité augmentée destinées à être portées par un porteur.
De préférence, de telles lunettes de réalité augmentée comprennent deux verres 10, un pour chaque œil d’un porteur. Dans un exemple, de telles lunettes de réalité augmentée comprennent également aussi un générateur d’images 12 (en anglais PGU pour « Picture Generation Unit ») propre à générer un faisceau lumineux permettant la formation d’images de synthèse, et une monture supportant le ou les verres 10 et le générateur d’images 12.
Le verre 10 comprend une lentille 14 et un ensemble 16 de formation d’une image de synthèse.
La lentille 14 est propre à corriger au moins un défaut visuel d’un porteur. Le défaut visuel est, par exemple, la myopie, l’hypermétropie, l’astigmatisme ou encore la presbytie. La lentille 14 présente, ainsi, par exemple une puissance optique choisie pour corriger le défaut visuel.
La lentille 14 est réalisée dans tout matériau transparent, tel que du verre organique (plastique tel que du polycarbonate) ou du verre minéral.
L’ensemble de formation 16 est propre à former une image de synthèse en superposition de la vision directe au travers de la lentille 14.
L’ensemble de formation 16 comprend un élément de guidage 20 et un atténuateur de fuites 22. L’élément de guidage 20 et l’atténuateur de fuites 22 sont transparents de sorte que l’ensemble de formation 16 est transparent.
L’élément de guidage 20 et la lentille 14 sont assemblés.
Par exemple, l’élément de guidage 20 est fixé à la lentille 14 par un moyen de fixation 30. Le moyen de fixation 30 est, par exemple, un adhésif (figure 2) tel qu’une colle optique, un clip, une saillie ou un renfoncement propre à coopérer avec une forme complémentaire de l’élément de guidage 20 (voir figures 1 , 3 et 4).
Dans un exemple de réalisation, tel qu’illustré en figures 1 et 4, l’élément de guidage 20 est encapsulé dans la lentille 14 (i.e. comme cela sera décrit plus tard, les deux dioptres de l’élément de guidage 20 sont en vis-à-vis à la lentille 14). Cela permet de protéger l’élément de guidage 20. Dans une variante, illustrée en figure 2, seule une face (un dioptre comme cela sera décrit plus tard) de l’élément de guidage 20 fait face à la lentille 14, l’autre face (dioptre) étant à l’air libre ou en vis-à-vis d’un support transparent différent de la lentille 14.
L’élément de guidage 20 est propre à guider un faisceau lumineux depuis un générateur d’images 12 vers une zone d’extraction 24 (côté œil du porteur, c’est-à-dire côté face arrière de la lentille 14) du faisceau lumineux pour former l’image de synthèse. L’élément de guidage 20 a donc la fonction d’un guide d’ondes.
En particulier, l’élément de guidage 20 est propre à guider le faisceau lumineux dans un espace de guidage 26 délimité par deux dioptres 28. L’élément de guidage 20 est un élément volumique. L’élément de guidage a, ainsi, une largeur et une longueur correspondant aux dimensions des dioptres 28, ainsi qu’une épaisseur non nulle.
Les dioptres 28 sont, par exemple, des dioptres plans (figures 1 , 2 et 4), de préférence parallèles entre eux.
En variante, les dioptres 28 sont des dioptres courbes, ce qui confère une puissance optique à l’élément de guidage 20 et qui peut également permettre par exemple de limiter les aberrations optiques. Dans la pratique, lorsque les dioptres 28 sont courbes, la courbure est faible (localement plane) de sorte à respecter les conditions de réflexion totale interne (TIR pour « Total Internal Reflection »).
L’élément de guidage 20 est réalisé en un matériau de guidage. Le matériau de guidage est typiquement un matériau ayant un indice de réfraction strictement supérieur à 1 , de préférence supérieur ou égal à 1 ,5. Le matériau de guidage est, par exemple, le verre.
En particulier, l’élément de guidage 20 comprend un injecteur de faisceau lumineux et un extracteur de faisceau lumineux.
L’injecteur est propre à coupler le faisceau lumineux issu du générateur d’images 12 dans l’élément de guidage 20. L’injecteur comprend, par exemple, un réseau de diffraction ou un élément prismatique. Un élément prismatique présente l’avantage d’être moins onéreux et plus simple à mettre en place qu’un réseau de diffraction.
L’extracteur est propre à découpler, de l’élément de guidage 20, le faisceau lumineux se propageant dans l’élément de guidage 20. L’extracteur est notamment positionné dans la zone d’extraction 24. L’extracteur comprend, par exemple, un réseau de diffraction ou au moins un élément semi-réfléchissant.
L’atténuateur de fuites 22 est propre à atténuer, voire empêcher, les fuites de guidage de l’élément de guidage 20.
L’atténuateur de fuites 22 comprend au moins un interstice 29 agencé entre la lentille 14 et au moins un dioptre 28 de l’élément de guidage 20. Un tel interstice 29 est tel que chaque dioptre 28 est situé à une distance d supérieure ou égale à une distance minimale de la lentille 14, dite distance minimale emin, au moins sur la zone de guidage ZG du faisceau lumineux issu du générateur d’images 12 dans l’élément de guidage 20. La zone de guidage ZG est la zone de propagation du faisceau lumineux dans l’élément de guidage 20. La zone de guidage ZG s’étend entre la zone d’injection du faisceau lumineux et la zone d’extraction du faisceau lumineux. La distance d considérée entre la lentille 14 et chaque dioptre 28 est, par exemple, la distance selon la normale au dioptre 28 considéré entre chaque point du dioptre 28 dans la zone de guidage ZG et la lentille 14.
De préférence, l’atténuateur de fuites 22 est formé d’un seul interstice 29 lorsqu’un seul dioptre 28 de l’élément de guidage 20 fait face à la lentille 14 (figure 2). De préférence, lorsque l’élément de guidage 20 est encapsulé dans la lentille 14, l’atténuateur de fuites 22 est formé d’un premier interstice 29 entre l’un des dioptres 28 et la lentille 14, et d’un deuxième interstice 29 entre l’autre dioptre 28 et la lentille 14 (figures 1 et 4).
Dans un exemple de mise en œuvre, tel qu’illustré en figure 1 , la face de la lentille 14 en vis-à-vis de chaque dioptre 28 est sensiblement plane.
Dans un autre exemple, tel qu’illustré en figure 4, la face de la lentille 14 en vis-à- vis de chacun des dioptres 28 présente une courbure variable. Cela permet, par exemple, de contribuer à la correction d’un défaut visuel du porteur ou d’éviter les aberrations optiques.
Chaque interstice 29 est rempli par un élément de remplissage ayant un indice de réfraction.
L’indice de réfraction de l’élément de remplissage et la distance minimale emin sont choisis de sorte que le faisceau lumineux se propage en réflexion totale interne dans l’espace de guidage 26. La réflexion totale interne (en anglais « total internal reflection ») survient lorsqu’un faisceau lumineux arrive sur la surface de séparation de deux milieux d'indices de réfraction différents (en l’espèce l’élément de remplissage et l’élément de guidage 20) avec un angle d'incidence supérieur à une valeur critique : il n'y a alors plus de rayon réfracté transmis et seul subsiste un rayon réfléchi.
De préférence, l’indice de réfraction de l’élément de remplissage est strictement inférieur à l’indice de réfraction du matériau de guidage.
Notamment, plus la différence entre l’indice de réfraction du matériau de guidage et l’indice de réfraction de l’élément de remplissage est grande, plus la distance minimale emin est petite. Le verre 10 est donc potentiellement plus mince. En particulier, dans le cas d’une différence d’indice de 0,2, une distance minimale emin d’au moins 1 ,7 pm permet de garantir une réflexion totale interne dans la gamme du visible (380 nm à 780 nm). De préférence, l’élément de remplissage présente au moins une caractéristique optique parmi les caractéristiques suivantes : une teinte fixe, une teinte variable, une caractéristique antireflet et une caractéristique polarisante. Ainsi, l’élément de remplissage permet de conférer des propriétés optiques additionnelles aux lunettes de réalité augmentée.
Dans un exemple, l’élément de remplissage est un gaz, tel que l’air.
Dans un autre exemple, l’élément de remplissage est un cristal liquide, un liquide, ou encore un gel ou un polymère.
De préférence, la distance minimale emin est la distance à partir de laquelle l’amplitude d’une onde évanescente s’échappant de l’espace de guidage 26 est négligeable. Une onde évanescente est une onde plane dont l’amplitude diminue exponentiellement avec la distance à la source. Par le terme « négligeable », il est entendu une amplitude A généralement inférieure ou égale à 10-4.
En particulier, l’amplitude A d’une onde évanescente s’exprime sous la forme suivante : = exp [- ] 1 )
Où :
Figure imgf000009_0001
m = (sin202 ~ l)1/2
- Ao est la longueur d’onde maximale du faisceau lumineux se propageant dans l’espace de guidage 26, n est l’indice de réfraction du matériau de l’élément de guidage 20, n2 est l’indice de réfraction de l’élément de remplissage, et
0± est l’angle formé entre le rayon incident (en provenance de l’élément de guidage) et la normale au dioptre de l’élément de guidage au point d’incidence, et
02 est l’angle formé entre le rayon réfracté et la normale au dioptre de l’élément de guidage au point d’incidence,
Ainsi, cela signifie que A = 1 si l’onde évanescente est sur le dioptre (z = 0) et A est considérée comme négligeable pour z = 105, soit A < 10-4.
Pour garantir la réflexion totale interne, 5 oo lorsque m -> 0 c’est-à-dire lorsque sin 02 -> 1 et
Figure imgf000009_0002
9liim = arcsin — ni
Par conséquence Smin s’exprime sous la forme suivante :
Figure imgf000010_0001
Donc A est négligeable pour :
Figure imgf000010_0002
Ainsi, la distance minimale emin dépend de l’indice de réfraction du matériau de guidage et de l’indice de réfraction de l’élément de remplissage.
Un exemple d’un procédé de fabrication d’un verre 10 va maintenant être décrit.
Le procédé de fabrication comprend la fourniture d’un élément de guidage 20. Typiquement, l’élément de guidage 20 est tel qu’un faisceau lumineux injecté dans l’élément de guidage 20 se propage dans l’espace de guidage 26 en réflexion totale interne lorsque l’élément de guidage 20 est à l’air libre.
Le procédé de fabrication comprend la détermination de la distance minimale emin en fonction de l’indice de réfraction de l’élément de remplissage et de l’indice de réfraction du matériau de guidage. Il est aussi tenu compte de la gamme de longueurs d’onde du faisceau lumineux destiné à être propagé dans l’élément de guidage 20.
Par exemple, lorsque l’élément de remplissage est de l’air (indice de réfraction de 1 ), que le matériau de guidage est du verre 10 (indice de réfraction de 1 ,5) et que le faisceau lumineux est dans le domaine visible (gamme de longueur d’ondes comprise entre 380 nm et 780 nm), le terme 5min est égal à 11 1 nm (calcul fait en se basant sur la relation (2) précédente et en prenant o = 780 nm) , et la distance minimale emin est égale à 10.5min, soit 1 ,1 1 nm. En effet, en se basant sur la relation (2) précédente, le terme 5min est d’environ 54 nm pour une longueur d’onde de 380 nm et d’environ 1 11 nm pour une longueur d’onde de 780 nm.
Le procédé de fabrication comprend ensuite la fabrication de la lentille 14 en fonction de l’élément de guidage 20 et de la distance minimale emin déterminée. La forme de la lentille 14 est, ainsi, de préférence adaptée pour qu’au moins un interstice 29 soit agencé entre la lentille 14 et un dioptre 28 lors de l’assemblage de la lentille 14 et de l’élément de guidage 20. Dans le cas où l’élément de guidage 20 est encapsulé dans la lentille 14, deux interstices 29 sont ménagés : un premier interstice 29 entre l’un des dioptres 28 et la lentille 14, et un deuxième interstice 29 entre l’autre dioptre 28 et la lentille 14.
Par exemple, la lentille 14 est fabriquée par moulage, tel qu’un moulage par injection ou par extrusion. Les lentilles 14 représentées sur les figures 1 à 4 sont typiquement des lentilles obtenues par un moulage.
Le procédé de fabrication comprend l’assemblage de l’élément de guidage 20 et de la lentille 14 de sorte qu’au moins un interstice 29 soit agencé entre la lentille 14 et au moins un dioptre 28, l’interstice 29 étant tel que chaque dioptre 28 est situé à une distance d supérieure ou égale à la distance minimale emin de la lentille 14.
Dans un exemple, tel qu’illustré en figures 1 , 3 et 4, l’assemblage se fait en encapsulant (encastrage, clipsage, collage) l’élément de guidage 20 dans la lentille 14.
Dans un autre exemple, tel qu’illustré en figure 2, l’assemblage se fait par fixation (par exemple via un adhésif) de l’élément de guidage 20 à la lentille 14.
Le procédé de fabrication comprend ensuite l’introduction éventuelle d’un élément de remplissage dans chaque interstice 29 lorsque l’élément de remplissage est différent de l’air. L’élément de remplissage est, par exemple, introduit par injection. Le ou les interstices 29 rempli(s) par l’élément de remplissage forme(nt) alors l’atténuateur de fuites 22.
Le cas échéant, le verre 10 obtenu est monté sur une monture de lunettes de réalité augmentée.
Un exemple d’un procédé de maintenance d’un verre 10 va maintenant être décrit.
Le procédé de maintenance comprend le remplacement de la lentille 14 du verre 10 par une lentille de remplacement corrigeant un défaut de vision différent. Cette action est, par exemple, mise en œuvre lorsque le défaut de vision du porteur a évolué ou lorsque le verre 10 est destiné à être utilisé par un autre porteur ayant une prescription différente. Par exemple, la lentille de remplacement est choisie dans un stock de lentilles préfabriquées correspondant à des prescriptions standards.
Ainsi, le verre 10 permet de former une image de synthèse en superposition de la vision directe au travers du verre 10, et cela en corrigeant les défauts visuels du porteur. Un tel verre 10 permet donc une vision nette en réalité augmentée pour tout porteur. En particulier, l’atténuateur de fuites 22 permet de conserver le confinement du faisceau lumineux dans l’espace de guidage 26, et donc de conserver la réflexion totale interne, ce qui ne serait pas le cas si la lentille 14 était directement accolée à l’un des dioptres 28. Notamment, dans le mode préféré, le choix de la distance minimale emin en fonction de la distance à partir de laquelle l’amplitude de l’onde évanescente est négligeable, permet d’éviter la fuite de cette onde qui aurait lieu si elle était accrochée par la lentille 14.
Le verre 10 est, en outre, facile et rapide à industrialiser. Ainsi, dans l’exemple de fabrication décrit précédemment, la lentille 14 est moulée et l’élément de guidage 20 est assemblé à la lentille 14 tout en ménageant au moins un interstice 29 entre la lentille 14 et au moins un dioptre 28 pour former l’atténuateur de fuites 22. Le verre 10 ne nécessite donc pas une fabrication complexe telle qu’une fabrication additive (impression 3D).
En outre, comme cela est également décrit précédemment, le verre 10 est modulable, c’est-à-dire que la lentille 14 est remplaçable si le défaut visuel évolue ou si les lunettes sont destinées à être portées par un autre porteur. En outre, il est aussi possible de remplacer l’élément de guidage 20, par exemple en cas de dysfonctionnement de ce dernier.
L’homme du métier comprendra que les modes de réalisation décrits précédemment sont susceptibles d’être combinés entre eux lorsque de telles combinaisons sont compatibles.

Claims

REVENDICATIONS
1. Verre (10) de lunettes de réalité augmentée destinées à être portées par un porteur, le verre (10) comprenant : a. une lentille (14) corrigeant au moins un défaut de vision du porteur, b. un ensemble (16) de formation d’une image de synthèse en superposition de la vision directe au travers de la lentille (14), l’ensemble de formation (16) comprenant : i. un élément de guidage (20) d’un faisceau lumineux sur une zone de guidage (ZG) depuis un générateur d’images (12) vers une zone d’extraction (24) du faisceau lumineux pour former l’image de synthèse, l’élément de guidage (20) comprenant un espace de guidage (26) délimité par deux dioptres (28), et ii. un atténuateur de fuites (22) propre à atténuer les fuites de guidage de l’élément de guidage (20), l’atténuateur de fuites (22) comprenant au moins un interstice (29) agencé entre la lentille (14) et un dioptre (28) de l’élément de guidage (20) pour que chaque dioptre (28) soit situé à une distance (d) supérieure ou égale à une distance minimale (emin) de la lentille (14) sur la zone de guidage (ZG), chaque interstice (29) étant rempli par un élément de remplissage ayant un indice de réfraction, l’indice de réfraction de l’élément de remplissage et la distance minimale (emin) étant choisis de sorte que le faisceau lumineux se propage en réflexion totale interne dans l’espace de guidage (26).
2. Verre (10) selon la revendication 1 , dans lequel la face de la lentille (14) en vis-à-vis de chacun des dioptres présente une courbure variable.
3. Verre (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’élément de guidage
(20) est réalisé en un matériau de guidage, l’indice de réfraction de l’élément de remplissage étant strictement inférieur à l’indice de réfraction du matériau de guidage.
4. Verre (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’élément de remplissage est un gaz, le gaz étant avantageusement de l’air.
5. Verre (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’élément de remplissage présente au moins une caractéristique optique parmi les caractéristiques suivantes : une teinte fixe, une teinte variable, une caractéristique antireflet et une caractéristique polarisante.
6. Verre (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la distance minimale (emin) est la distance à partir de laquelle l’amplitude d’une onde évanescente s’échappant de l’espace de guidage (26) est négligeable.
7. Verre (10) selon la revendication 6, dans lequel la distance minimale (emin) vérifie la relation suivante : emin ~ 10- 8min
Où :
Figure imgf000014_0001
- Ao est la longueur d’onde maximale du faisceau lumineux se propageant dans l’espace de guidage (26),
- n est l’indice de réfraction du matériau de l’élément de guidage (20), et
- n2 est l’indice de réfraction de l’élément de remplissage.
8. Verre (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’ensemble de formation (16) est encapsulé dans la lentille (14).
9. Lunettes de réalité augmentée comprenant au moins un verre (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 et au moins un générateur d’images (12) propre à générer un faisceau lumineux se propageant dans l’élément de guidage (20).
10. Procédé de fabrication d’un verre (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le procédé comprenant : a. la fourniture d’un élément de guidage (20), l’élément de guidage (20) étant réalisé en un matériau de guidage, b. la détermination de la distance minimale (emin) en fonction de l’indice de réfraction de l’élément de remplissage et de l’indice de réfraction du matériau de guidage, c. la fabrication de la lentille (14) en fonction de l’élément de guidage (20) et de la distance minimale (emin) déterminée, d. l’assemblage de l’élément de guidage (20) et de la lentille (14) de sorte qu’au moins un interstice (29) soit agencé entre la lentille (14) et un dioptre (28) de l’élément de guidage (20), chaque interstice (29) étant tel que chaque dioptre (28) est situé à une distance (d) supérieure ou égale à la distance minimale (emin) de la lentille (14), et e. l’introduction éventuelle d’un élément de remplissage dans chaque interstice (29) lorsque l’élément de remplissage est différent de l’air, le ou les interstice(s) rempli(s) par l’élément de remplissage formant l’atténuateur de fuites (22).
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la lentille (14) est fabriquée par moulage, tel qu’un moulage par injection ou par extrusion.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11 , dans lequel l’assemblage de la lentille (14) et de l’élément de guidage (20) comprend l’encapsulation de l’élément de guidage (20) dans la lentille (14).
13. Procédé de maintenance d’un verre (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le procédé comprenant le remplacement de la lentille (14) du verre (10) par une lentille de remplacement corrigeant un défaut de vision différent.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3049852B1 (fr) * 2013-09-27 2020-03-11 tooz technologies GmbH Verre de lunettes pouvant être placés sur la tête d'un utilisateur et un système d'affichage générant une image, ainsi qu'un système d'affichage avec un tel verre
US20200386994A1 (en) * 2018-11-01 2020-12-10 North Inc. Optical combiner lens with lightguide and spacers embedded in lens

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