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. 8 _m t _n

Où :

- A _o 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

- n ₂ 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 e _min , au moins sur la zone de guidage Z _G du faisceau lumineux issu du générateur d’images 12 dans l’élément de guidage 20. La zone de guidage Z _G est la zone de propagation du faisceau lumineux dans l’élément de guidage 20. La zone de guidage Z _G 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 Z _G 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 e _min 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 e _min 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 e _min 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 e _min 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 : m = (sin ² 0 ₂ ~ l) ¹ / ²

- A _o 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, n ₂ 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

0 ₂ 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 0 ₂ -> 1 et 9 _liim = arcsin — ni

Par conséquence S _min s’exprime sous la forme suivante :

Donc A est négligeable pour :

Ainsi, la distance minimale e _min 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 e _min 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 5 _min 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 e _min est égale à 10.5 _min , soit 1 ,1 1 nm. En effet, en se basant sur la relation (2) précédente, le terme 5 _min 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 e _min 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 e _min 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 e _min 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.