La présente invention concerne un dispositif d'affichage tête haute pouvant être utilisé en réalité augmentée.

Plus précisément, l'invention a pour but d'améliorer l'agencement spatial des dispositifs d'affichage tête haute afin d'apporter des améliorations significatives en termes d'encombrement, de stabilité et d'esthétisme. Les procédés de l'art antérieur pour la création d'images rétiniennes pour les viseurs ou afficheur tête haute sont systématiquement basés sur un même agencement spatial du dispositif indépendamment de la morphologie de l'observateur.

Certains de ces dispositifs de l'art antérieur, adaptés pour être portés sur la tête de l'utilisateur, comprennent généralement une armature, un afficheur lumineux, un ou plusieurs groupe(s) de lentilles, éventuellement un ou plusieurs miroir(s) de repli latéral et un dioptre de renvoi oculaire. Ils sont agencés de telle sorte qu'ils puissent suivre le pourtour latéral de la tête de l'observateur selon un plan, sensiblement horizontal, passant par les oreilles et les yeux, afin de se rapprocher au plus près de l'encombrement d'une paire de lunettes classiques.

Le brevet FR 2 866 123 décrit un procédé utilisant le stigmatisme des deux foyers d'un dioptre sensiblement elliptique et décrit un exemple d'un tel dispositif ou agencement spatial du système optique adapté au pourtour de la tête de l'observateur selon un plan sensiblement horizontal. Dans ce brevet, le dispositif comprend un afficheur lumineux, au moins un groupe de lentilles, un miroir de repli latéral, un dioptre de renvoi oculaire et coopère avec l'œil de l'observateur pour former une image rétinienne. L'afficheur lumineux émet pour chaque point source, un faisceau lumineux se réfléchissant et se réfractant sur les différentes pièces du dispositif pour former en finalité une image de l'afficheur sur la rétine de l'œil de l'observateur. On note que, le chemin optique central, c'est-à-dire le chemin suivi par le centre de l'image, depuis l'afficheur jusqu'à l'œil de l'observateur, passe au voisinage des foyers du dioptre de renvoi oculaire. Relativement à un côté de la tête de l'observateur, la disposition est la suivante :

- l'afficheur lumineux est disposé à la hauteur de l'oreille de l'utilisateur et émet une image dont le centre parcourt le chemin optique central,

- au moins un groupe de lentilles de correction est disposé selon le chemin optique central, aux environs de la tempe de la tête de l'observateur,

- au-delà, selon le chemin optique central, un miroir de repli latéral est disposé sur le côté de la tête et légèrement au devant de l'œil de l'observateur, afin de plier le chemin optique central vers le dioptre de renvoi oculaire disposé devant l'œil de l'observateur,

- de sorte que le chemin optique central est ensuite réfléchi par le dioptre de renvoi oculaire, vers l'œil de l'observateur, afin de conjuguer l'image sur sa rétine.

Les pièces du dispositif forment ensemble un bloc optique ou toutes les pièces sont figées dans l'espace, les unes par rapport aux autres, et placées par rapport à la tête de l'observateur, de sorte que le chemin optique central puisse être orienté au plus près d'une direction perpendiculaire au grand axe de l'ellipse.

On note aussi que le chemin optique central suit un cheminement optique supposé être sur un même plan géométrique. On constate cependant, que dans ce type de configuration, où l'afficheur est placé sur le côté de la tête, le dioptre de renvoi oculaire est lui- même orienté selon un angle très ouvert vers l'extérieur, ce qui éloigne fortement une de ses extrémités de la tête de l'observateur, Une telle disposition présente des inconvénients en termes d'encombrement, de stabilité et d'esthétisme pour la mise en œuvre d'un dispositif portatif proche d'une paire de lunettes classiques.

Dans le dispositif du brevet FR 2 866 123, notamment, Pœil étant au voisinage d'un des foyers, l'autre foyer doit toujours être situé sur le côté extérieur de l'œil. Cette forme d'organisation est imposée car le choix d'une inversion symétrique des foyers est impossible à cause de la présence de la tête de l'observateur qui fait obstruction.

L'invention a pour but de supprimer ces inconvénients et de contourner les problèmes posés par les dispositifs d'affichage tête haute dont la source est placée sur le côté de la tête, notamment en proposant un dispositif plus adapté aux exigences de stabilité, d'esthétisme et d'encombrement.

Pour atteindre ce but, l'invention propose de positionner le dioptre de renvoi oculaire de façon mieux adaptée à la morphologie de la tête de l'observateur. Pour y parvenir, elle met en oeuvre une nouvelle configuration du chemin optique central dans son cheminement depuis l'afficheur jusqu'à l'œil de l'observateur. En outre, l'invention propose des moyens de réglages pour le dispositif.

Selon l'invention, un tel dispositif optique portable pour transmettre une image à un œil d'un observateur de l'image, est caractérisé en ce qu'il comprend :

- un afficheur disposé sur un premier côté de la tête de l'observateur et émettant l'image sensiblement vers l'avant de ladite tête selon un chemin optique, le premier côté étant le même que celui de l'oeil ;

- un dioptre de renvoi oculaire ; - des moyens de redirection pour guider l'image entre l'afficheur et le dioptre.

Le dispositif étant disposé de sorte que l'image frappe le dioptre en provenant du côté du nez, relativement à l'œil, ledit dioptre réfléchissant ensuite ladite image en direction dudit œil de l'observateur.

Le dispositif optique portable pour transmettre une image à un œil d'un observateur de l'image peut aussi être caractérisé en ce qu'il comprend :

- un afficheur disposé sur un premier côté de la tête de l'observateur et émettant l'image sensiblement vers l'avant de la tête selon un chemin optique, le premier côté étant le même que celui de l'œil ;

- un dioptre de renvoi oculaire de forme sensiblement elliptique dont le grand axe de l'ellipse est sensiblement transversal relativement à la tête de l'observateur ; le dispositif étant disposé de sorte que le centre de la pupille de l'œil soit prévu pour être disposé sensiblement en un premier foyer du dioptre, le deuxième foyer du dioptre étant disposé au-delà de l'œil relativement au premier côté de la tête, en direction du deuxième côté de la tête de l'observateur ; le dispositif comprenant en outre des moyens de redirection pour guider l'image entre l'afficheur et le dioptre, de sorte que le chemin optique central soit réfléchi par le dioptre, sensiblement vers l'arrière, sensiblement en direction du premier foyer.

Avantageusement, le dispositif comprend en outre au moins un groupe de lentilles disposé en aval de l'afficheur et en amont des moyens de redirection.

Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de redirection comprennent un miroir de renvoi latéral, prévu pour réfléchir l'image transversalement en direction du deuxième côté et un miroir de rétro-inversion, disposé pour rediriger l'image issue du miroir de renvoi latéral en direction du dioptre. Le miroir de repli latéral peut être une partie intégrante du dioptre. Le miroir rétro-inversion est avantageusement prévu pour se positionner au voisinage immédiat de la partie supérieure du nez, sensiblement à la hauteur de l'œil, entre l'œil et le nez de l'observateur, plus particulièrement dans une zone dite "aveugle". Avantageusement, le dispositif peut en outre comprendre deux miroirs de décalage disposés en amont du miroir de renvoi latéral, le premier miroir de décalage étant disposé de sorte qu'il renvoie latéralement l'image issue de l'afficheur, transversalement en direction du deuxième côté de la tête de l'observateur, et le deuxième miroir de décalage étant disposé pour réfléchir l'image issue du premier miroir de décalage sensiblement vers l'avant, en direction du miroir de renvoi latéral. De préférence, le deuxième miroir de décalage est prévu pour se positionner au voisinage de la tempe.

Au moins l'un des miroirs composant les moyens de redirection peut avoir une forme, indépendamment de celle d'un autre des miroirs, sensiblement elliptique, plane, concave, convexe ou asphérique, et propre à au moins atténuer une distorsion de l'image vue par l'observateur.

Des moyens de réglage, aptes à adapter le chemin optique à la morphologie de l'observateur, peuvent avantageusement être prévus.

Deux dispositifs selon l'invention, chacun pour un œil respectif de l'observateur, peuvent ensemble former un dispositif binoculaire, notamment pour une vision en relief.

Un dispositif selon l'invention peut comprendre une structure porteuse du type structure de lunettes, ou, une structure porteuse du type casque.

Plusieurs modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 illustre un premier mode de réalisation pour un dispositif de l'art antérieur n'utilisant pas de pliage du chemin optique par un miroir de repli latéral, - la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation pour un dispositif de l'art antérieur utilisant un pliage du chemin optique par un miroir de repli latéral ;

- la figure 3 illustre un premier mode de réalisation pour un dispositif selon l'invention ;

- la figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation pour un dispositif selon l'invention.

Toutes les figures sont des représentations schématiques vues depuis au-dessus de la tête d'un utilisateur, ou observateur, de chaque dispositif. Le côté gauche de l'observateur est le côté gauche de chaque figure.

Dans toutes les figures, des références identiques désignent des pièces, ou des parties de pièces, ayant des fonctions identiques ou similaires.

Les figures font référence à un dispositif coopérant avec l'œil gauche d'un observateur. Un dispositif peut être symétriquement prévu pour coopérer avec l'œil droit d'un observateur. Un dispositif selon l'invention peut aussi comprendre à la fois un dispositif coopérant avec l'œil gauche et un dispositif coopérant avec l'œil droit de l'observateur.

Dans la description, le terme œil désigne essentiellement le centre de la pupille. La figure 1 illustre un dispositif optique 101 de l'art antérieur, basé sur un procédé utilisant le stigmatisme des deux foyers d'un dioptre sensiblement elliptique. Le dispositif est principalement constitué dans l'ordre du cheminement optique :

- d'un afficheur lumineux 1 ; - de lentilles 2 ; et,

- d'un dioptre de renvoi oculaire 3, de forme sensiblement elliptique, représenté par une portion d'ellipse définie par son grand axe Δ, son petit axe Δ', son centre O et ses deux foyers F et F' situés sur le grand axe Δ, de part et d'autre du centre O, fonction de l'excentricité E de l'ellipse. Aux figures, les axes Δ, Δ' du dioptre 3 sont représentés en traits mixtes et le chemin optique central Δ" est représenté en trait pointillé.

Dans l'exemple illustré à la figure 1, le dispositif 101 est prévu pour coopérer avec l'œil 6 gauche de l'observateur. II est disposé du côté gauche de la tête 7 de l'observateur. En outre, le grand axe Δ passe symétriquement par les deux yeux de l'observateur et il est donc perpendiculaire à un plan médian

P de la tête 7.

L'afficheur lumineux 1 diffuse une image dont le cheminement est représenté par un chemin optique central Δ". Les lentilles 2 sont alignées et centrées sur le chemin optique central Δ". Le chemin optique central Δ" passe par l'un F des foyers du dioptre, puis après avoir été réfléchi sur ledit dioptre 3, par l'autre foyer F'. L'œil de l'observateur 6 est approximativement aligné et centré sur le chemin optique central Δ" aux environs du foyer F.

Les dispositions spatiales des pièces du dispositif 101 relativement au chemin optique central Δ" sur lesquelles elles sont alignées et centrées, sont inhérentes à la disposition du chemin optique central Δ" qui passe nécessairement par les foyers F et F'. On constate en outre que, pour respecter cette logique de disposition, le dioptre de renvoi oculaire 3 ne suit pas le pourtour de la tête de l'observateur à la hauteur de son œil, comme une paire de lunettes classiques. Ainsi, le centre O du dioptre est situé très à l'extérieur, à gauche de l'œil gauche 6.

En outre, la partie 1,2 du dispositif en amont du foyer F, s'éloigne significativement du côté gauche de la tête 7 de l'observateur, à mesure où on va du foyer F vers l'afficheur 1. Ce positionnement du dispositif 101 par rapport à la tête 7 de l'observateur rend celui-ci latéralement encombrant et peu esthétique.

Le dispositif 102, illustré à la figure 2, présente un encombrement latéral plus réduit que le dispositif de la figure 1. Afin de réduire cet encombrement, un miroir de repli latéral 4 est disposé sur le cheminement du chemin optique central Δ" au voisinage du foyer F de façon à pouvoir, en amont du miroir 4, plier ou orienter le chemin optique central Δ" sensiblement parallèlement au plan médian P et perpendiculairement au grand axe Δ. Ainsi, le dispositif 102 est constitué dans l'ordre du cheminement optique :

- d'un afficheur lumineux 1 ; - de deux groupes de lentilles 2 ;

- d'un miroir de repli latéral 4 de forme plane, concave ou convexe ; et,

- d'un dioptre de renvoi oculaire 3 de forme sensiblement elliptique représenté par une portion d'ellipse E définie par son grand axe Δ, son petit axe Δ', son centre O et ses deux foyers F et F' situés sur le grand axe Δ, de part et d'autre du centre O, fonction de l'excentricité E de l'ellipse.

L'afficheur lumineux 1 diffuse une image dont le cheminement est représenté par un chemin optique central Δ". Les lentilles 2 sont alignées et centrées sur le chemin optique central Δ". Le miroir de repli latéral 4 est disposé au voisinage du foyer F de sorte qu'il réfléchit le chemin optique central Δ", selon un angle choisi, en direction du dioptre de renvoi oculaire 3, de sorte que le chemin optique central est ensuite réfléchi en direction de l'œil

6 de l'observateur, sensiblement perpendiculairement au grand axe Δ. L'œil de l'observateur 6 est approximativement aligné et centré sur le chemin optique central Δ' ' aux environs du foyer F'.

Dans cette configuration, l'encombrement se réduit significativement puisque le chemin optique central Δ" est rabattu le long du côté de la tête 7 de l'observateur,

II est à noter que le miroir de repli latéral 4 est, dans l'exemple de la figure 2, positionné au voisinage immédiat du foyer F sur lequel il peut être orienté. Son positionnement, aussi près du foyer F, est rendu nécessaire par le fait qu'il peut offrir une surface de réflexion minimale.

Toutefois, le miroir de repli latéral 4 peut être disposé ailleurs sur le chemin optique central Δ" en aval ou en amont du foyer F, selon les nécessités de la conception optique. On va maintenant décrire, en référence aux figures 3 et 4, deux modes de réalisation d'un dispositif selon l'invention, en ce qu'ils diffèrent de l'art antérieur précédemment illustré.

La figure 3, est une représentation d'un premier mode de réalisation pour un dispositif selon l'invention. Le dispositif 103 de la figure 3 est constitué, dans l'ordre du cheminement optique :

- d'un afficheur lumineux 1 ;

- de deux groupes de lentilles 2 ;

- d'un miroir de repli latéral 4 ; - d'un miroir de rétro-inversion 5 ; et,

- d'un dioptre de renvoi oculaire 3 de forme sensiblement elliptique.

L'afficheur lumineux 1 diffuse une image dont le cheminement est représenté par un chemin optique central Δ". Les lentilles 2 sont alignées et centrées sur le chemin optique central Δ". Le miroir de repli latéral 4 est disposé latéralement au voisinage de l'œil 6 de l'observateur, au devant de la tempe de l'observateur et il réfléchit le chemin optique central Δ" selon un angle choisi, en direction du miroir de rétro-inversion 5. Le miroir de rétro- inversion 5 est disposé aux environs de la partie supérieure du nez 10 de l'observateur, à droite et à la hauteur de l'œil gauche 6 et réfléchit à nouveau le chemin optique central Δ" vers le dioptre de renvoi oculaire 3. Les miroirs sont disposés de telle sorte que le chemin optique central soit ensuite réfléchi par le dioptre en direction de l'œil 6 de l'observateur, sensiblement perpendiculairement au grand axe Δ. L'œil de l'observateur 6, c'est-à-dire le centre de la pupille de l'œil, est approximativement aligné et centré sur le chemin optique central Δ' ' aux environs du foyer F'.

Selon le nouveau schéma optique de l'invention, les foyers F et F' sont inversés par rapport à la tête de l'observateur. Le miroir de rétro-inversion 5, situé au voisinage du foyer F, permet de placer virtuellement la partie du chemin optique central Δ" incidente sur le dioptre, et le foyer F, dans la tête de l'observateur. C'est-à-dire que l'afficheur 1 est virtuellement placé à l'intérieur de la tête 7. Pourtant, en réalité, le chemin optique central Δ" provient du côté latéral de la tête de l'observateur où le chemin optique central Δ" a été une première fois plié ou réorienté par le miroir de repli latéral 4.

On constate que : - le miroir de repli latéral 4 peut maintenant se situer plus loin du foyer F. En effet, le foyer F est maintenant directement Hé au miroir de rétro-inversion 5. Ceci laisse au miroir de repli latéral un champ de placement, donc de réglage, beaucoup plus important,

- le dioptre de renvoi oculaire 3 se retrouve cette fois-ci mieux ajusté au profil morphologique, courbe, de la tête de l'observateur au voisinage de son œil, car le profil extérieur dudit dioptre de renvoi oculaire 3 tend à se rapprocher du côté latéral de la tête de l'observateur 7. En outre, on note que :

- le miroir de rétro-inversion 5 est disposé au voisinage de la partie supérieure du nez 10 de l'observateur, sur le cheminement du chemin optique central Δ" entre le miroir de repli latéral et le dioptre de renvoi oculaire 3. Ainsi, le miroir de rétro-inversion 5 peut être disposé dans une zone cachée à la vision de l'observateur, dite "zone aveugle".

- le miroir de repli latéral 4 est orienté angulairement de telle sorte que le chemin optique central Δ" de l'image soit ramené ou réfléchi vers le miroir de rétro-inversion 5 et que le miroir de rétro-inversion 5 soit orienté de telle sorte que le chemin optique central Δ" de l'image soit ensuite ramené ou réfléchi vers le dioptre de renvoi oculaire 3, le dioptre de renvoi oculaire 3 étant orienté de telle sorte que le chemin optique central Δ" de l'image soit ensuite ramené ou réfléchi vers l'œil de l'observateur 6.

Dans le mode de réalisation de la figure 4, le dispositif 104 selon l'invention est constitué :

- d'un afficheur lumineux 1 ;

- de lentilles 2 ; - d'un miroir de repli latéral 4 ; - de deux miroirs de décalage 8 et 9, disposés en amont du miroir de repli 4, de telle sorte que successivement ils réfléchissent le chemin optique central Δ" ;

- d'un miroir rétro-inversion 5 de forme plane, convexe ou concave ou asphérique ;

- d'un dioptre de renvoi oculaire 3 de forme sensiblement elliptique.

L'afficheur lumineux 1 diffuse une image dont le cheminement est représenté par un chemin optique central Δ". Les lentilles 2 sont alignées et centrées sur le chemin optique central Δ". Le chemin optique central est ensuite réfléchi, vers la droite, par le premier miroir de décalage 8 en direction du deuxième miroir de décalage 9, lequel est disposé au voisinage de la tempe de l'observateur. Le deuxième miroir de décalage 9 renvoie ensuite le chemin central, sensiblement vers l'avant en direction du miroir de repli latéral 4, lequel le réfléchi ensuite, vers la droite, en direction du miroir de rétro- inversion 5. Le miroir de rétro-inversion 5 est disposé sensiblement contre la partie gauche supérieure du nez 10 de l'observateur, sensiblement à la hauteur de l'œil 6. Le chemin optique central Δ" y est ensuite réfléchi en direction du dioptre 3 qui le renvoie vers l'œil 6 de l'observateur. L'œil de l'observateur 6 est approximativement aligné et centré sur le chemin optique central Δ" aux environs du foyer F'.

Le dispositif 104 de la figure 4 diffère du dispositif 103 décrit en référence à la figure 3, en ce qu'il comprend un jeu de miroirs de décalage 8 et 9. L'utilisation du jeu de miroirs de décalage 8, 9 présente les avantages suivants : - elle permet de corriger le réglage de la réflexion angulaire du chemin optique Δ" sur le miroir latéral 4, afin de compenser un positionnement dudit miroir d repli latéral 4 lorsque celui-ci est ramené au plus près de la tempe ou de l'œil de l'observateur, ou encore, au plus près du dioptre oculaire 3, pour pouvoir y être éventuellement intégré, - à cet effet, elle permet de réaliser un dispositif mieux adapté à la morphologie de l'observateur, en ce que le cheminement du chemin Δ" se rapproche de la courbure de la tête de l'observateur. D'ailleurs, pour rendre plus compact le dispositif 103 de la figure 3 ou le dispositif 104 de la figure 4, le miroir de repli latéral 4 peut être réalisé d'une seule pièce avec le dioptre de renvoi oculaire 3. Ainsi, le miroir de repli latéral 4 peut faire partie intégrante de l'extrémité extérieure, c'est-à-dire, dans l'exemple illustré, de l'extrémité gauche du dioptre de renvoi oculaire 3.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.

Ainsi, chacun des miroirs de repli latéral, de renvoi, de rétro-inversion et/ou de décalage, peuvent être plans, concaves ou convexes ou sensiblement asphérique, de façon propre à pouvoir améliorer la qualité globale du système optique. De préférence, un dispositif selon l'invention comprend des moyens de réglage, notamment des jeux de miroirs et du dioptre aptes à adapter la configuration du dispositif, notamment le chemin optique, à la morphologie de l'observateur.