FR2991062A1 - Viseur tete haute compact a faible consommation d'energie - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un viseur tête haute, comprenant des sous-écrans (24 , 24 , ..., 24 ) dont les positions et les dimensions sont définies en fonction de la longueur du trajet optique (D) et d'une longueur de mouvement maximal autorisé dans un plan perpendiculaire à l'axe optique et situé à une distance égale à la longueur du trajet optique de sorte que l'information projetée par l'ensemble des sous-écrans soit vue sur toute la longueur de mouvement autorisé, caractérisé en ce que les sous-écrans présentent une intensité lumineuse croissante en fonction de leur éloignement de l'axe optique principal du viseur.

Description

B11570 - DD13412JBD 1 VISEUR TÊTE HAUTE COMPACT À FAIBLE CONSOMMATION D'ÉNERGIE Domaine de l'invention La présente invention concerne un viseur tête haute, encore appelé afficheur tête haute, collimateur tête haute ou système de visualisation tête haute, compact et présentant une pupille de sortie de taille importante. Plus particulièrement, la présente invention concerne un tel viseur dont la consommation d'énergie est réduite. Exposé de l'art antérieur Les viseurs tête haute, encore connus sous l'acronyme HUD, de l'anglais Head-Up Display, sont des systèmes d'affichage en réalité augmentée qui permettent d'intégrer une information visuelle sur une scène réelle vue par un observateur. En pratique, de tels systèmes peuvent être placés dans la visière d'un casque, dans le cockpit d'un avion ou au sein de l'habitacle d'un véhicule. Ils sont ainsi positionnés à faible distance des yeux de l'utilisateur, par exemple à quelques centimètres ou dizaines de centimètres. La figure 1 illustre, de façon schématique, le fonctionnement d'un tel dispositif.

Une lame semi-transparente 10 est placée entre l'oeil de l'utilisateur 12 et une scène à observer 14. Les objets de la scène à observer sont généralement situés à l'infini ou à une B11570 - DD13412JBD 2 distance importante de l'observateur. La lame semi-transparente 10 est placée selon un angle de 45° par rapport à l'axe entre la scène 14 et l'observateur 12, de façon à transmettre les informations provenant de la scène 14 à destination de l'obser- vateur 12, sans altérer ces informations. Pour projeter une image vue à la même distance que l'image réelle de la scène et la superposer à celle-ci, un système de projection est prévu. Ce système comprend un élément d'affichage d'une image 16, par exemple un écran, situé au point focal objet d'un système optique 18. L'image affichée sur l'écran est ainsi collimatée à l'infini par le système optique 18. L'utilisateur n'a pas à faire d'effort d'accommodation, ce qui limite la fatigue visuelle de ce dernier. Le système de projection est placé perpendiculairement à l'axe entre la scène et l'observateur de façon que le faisceau issu du système optique 18 atteigne la lame semi-transparente 10 perpendiculairement à cet axe. Le faisceau issu du système optique 18 atteint ainsi la lame semi-transparente 10 avec un angle de 45° par rapport à sa surface.

La lame semi-transparente 10 combine l'image de la scène 14 et l'image issue du système de projection 16-18, d'où il résulte que l'observateur 12 visualise une image comprenant l'image projetée superposée à l'image de la scène 14. Pour visualiser l'image projetée par le système de projection 16-18, l'oeil de l'observateur doit être placé dans la zone de réflexion du faisceau issu du système optique 18 sur la lame 10. Une contrainte importante à respecter est de tenir compte des mouvements possibles de la tête de l'utilisateur devant le projecteur, et donc de prévoir un faisceau en sortie du système optique 18 le plus large possible. Autrement dit, il faut prévoir un système optique 18 dont la pupille de sortie est de taille importante, comprise par exemple entre quelques centimètres et quelques dizaines de centimètres, pour que les mouvements de tête de l'observateur n'impliquent pas une perte de l'information projetée.

B11570 - DD13412JBD 3 Une autre contrainte des systèmes tête haute est de prévoir un dispositif relativement compact. En effet, des contraintes d'encombrement importantes pèsent sur ces dispositifs, notamment lorsqu'ils sont utilisés dans des cockpits d'avion ou des habitacles automobiles de volume limité. Pour limiter l'encombrement des systèmes tête haute, il faut donc prévoir des dispositifs dont la distance focale est réduite. Ainsi, on cherche à obtenir des dispositifs présentant une ouverture de sortie, c'est-à-dire le rapport entre la distance focale objet du système et le diamètre de la pupille de sortie du dispositif, très faible. Il est connu que la complexité d'un système optique dépend de l'ouverture de sortie de celui-ci. Plus particulièrement, plus l'ouverture d'un dispositif est faible, plus le dispositif est complexe. Plus le système optique est complexe, plus le nombre d'éléments optiques qu'il contient est important, notamment pour limiter les différentes aberrations. Cette augmentation du nombre d'éléments optiques élémentaires augmente le volume et le coût du dispositif complet, ce qui n'est pas souhaité.

En outre, il est nécessaire de prévoir des dispositifs présentant une consommation d'énergie faible. Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un viseur tête haute compact présentant 25 une pupille de sortie de taille importante. Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un tel dispositif dont la consommation d'énergie est réduite. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention 30 prévoit un viseur tête haute, comprenant des sous-écrans dont les positions et les dimensions sont définies en fonction de la longueur du trajet optique et d'une longueur de mouvement maximal autorisé dans un plan perpendiculaire à l'axe optique et situé à une distance égale à la longueur du trajet optique de 35 sorte que l'information projetée par l'ensemble des sous-écrans B11570 - DD13412JBD 4 soit vue sur toute la longueur de mouvement autorisé, caractérisé en ce que les sous-écrans présentent une intensité lumineuse croissante en fonction de leur éloignement de l'axe optique principal du viseur.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les positions et les dimensions des sous-écrans sont en outre définies en fonction de l'écart moyen entre les deux yeux d'une personne. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 10 chaque sous-écran est associé à un sous-système optique, les sous-écrans étant placés dans le plan focal objet des sous-systèmes optiques. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les sous-systèmes optiques sont répartis régulièrement dans un 15 plan perpendiculaire à l'axe optique principal du viseur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'information projetée est une image qui est répartie sur l'ensemble des sous-écrans. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 20 les sous-écrans sont définis en surface d'un substrat. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les sous-écrans sont disjoints. Selon un mode de réalisation de la présente invention, suivant un premier axe, la longueur de mouvement maximal 25 autorisé est nulle et la vision de l'observateur est monoculaire, les sous-écrans étant placés symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du viseur, chaque sous-écran présentant une longueur suivant le premier axe égale à fL/D, les sous-écrans étant distants bord à bord d'une distance 30 égale à L, f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, suivant un premier axe, la longueur de mouvement maximal 35 autorisé est non nulle, la vision de l'observateur est B11570 - DD13412JBD monoculaire et le dispositif comprend un nombre Q de sous-système optiques et de sous-projecteurs, les sous-écrans étant placés symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du viseur, les centres des sous-écrans étant placés à 5 une distance les uns des autres égale à fL/D+L, chaque sous-écran présentant une longueur suivant le premier axe égale à f/D(L+B), dans la limite d'une zone d'une dimension égale à QfL/D centrée sur l'axe optique du sous-système optique associé, f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur 10 des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, suivant un premier axe, la longueur en mouvement maximal autorisé est nulle et la vision de l'observateur est 15 binoculaire, les sous-écrans étant placés symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du viseur, chaque sous-écran présentant une longueur suivant le premier axe égale à fL/D, excepté les sous-écrans les plus éloignés de l'axe optique principal qui présentent une longueur égale à f/D(L+y/2), les 20 sous-écrans étant distants bord à bord d'une distance égale à L, f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 25 suivant un premier axe, la longueur en mouvement maximal autorisé est égale à un écart moyen entre les deux yeux d'une personne et la vision de l'observateur est binoculaire, les sous-écrans étant placés symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du viseur, chaque sous-écran présentant 30 une longueur suivant le premier axe égale à fL/D, les sous-écrans étant distants bord à bord d'une distance égale à L, f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 35 suivant un premier axe, la longueur de mouvement maximal B11570 - DD13412JBD 6 autorisé est supérieure à un écart moyen entre les deux yeux d'une personne, la vision de l'observateur est binoculaire et le dispositif comprend un nombre Q de sous-systèmes optiques et de sous-projecteurs, les sous-écrans étant placés symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du viseur, les centres des sous-écrans étant placés à une distance les uns des autres égale à fL/D+L, chaque sous-écran présentant une longueur suivant le premier axe égale à f/D(L+B-y), dans la limite d'une zone d'une dimension égale à QfL/D centrée sur l'axe optique du sous-système optique associé, f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le viseur comprend un nombre impair de sous-écrans suivant le premier axe, l'intensité d'éclairement du sous-écran de rang i étant égale à l'intensité d'éclairement du sous-écran central (i = 1) multipliée par le facteur suivant : (oe 1 - cos l r'i = ( 2) avec a'i égal à : 1 - cos 1 cCi = arctan - - 1)1, L arctan - - 1)1, L - D 2f) - D 2f) f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le viseur comprend un nombre pair de sous-écrans suivant le premier axe, l'intensité d'éclairement du sous-écran de rang i étant égale à l'intensité d'éclairement du sous-écran central (i = 1) multipliée par le facteur suivant : 1 - cos/a1 r. = avec ai égal à : 1 - cos B11570 - DD13412JBD 7 (( (( i - - L i - - L ai = arctan 2)L arctan 2) D 2f D 2f f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque sous-écran est constitué d'une matrice de cellules à diodes électroluminescentes organiques. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que 10 d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, illustre le principe de fonctionnement d'un viseur tête haute ; 15 la figure 2 illustre le principe de fonctionnement d'un viseur tête haute selon un mode de réalisation de la présente invention ; les figures 3 à 5 illustrent différentes observations réalisées à l'aide des dispositifs des figures 1 et 2 ; 20 les figures 6 à 8 illustrent des structures optiques permettant la détermination de règles géométriques pour la conception d'un écran d'un viseur tête haute amélioré ; les figures 9 et 10 illustrent la répartition de sous-écrans selon un mode de réalisation de la présente invention ; 25 et les figures 11 et 12 illustrent des règles de formation de sous-projecteurs de viseurs tête haute selon un mode de réalisation de la présente invention. Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été 30 désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des systèmes optiques, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle.

B11570 - DD13412JBD 8 Description détaillée Pour obtenir un viseur tête haute compact, c'est-à-dire comprenant un système de projection présentant un encombrement inférieur à quelques dizaines de centimètres et présentant une pupille de sortie de taille importante, on prévoit de dissocier le système de projection en plusieurs sous-systèmes de projection élémentaires, chaque sous-système de projection fonctionnant de la même façon et projetant une portion d'une image à afficher en superposition d'une image réelle. La figure 2 représente schématiquement un viseur tête haute selon un mode de réalisation. En figure 2, le dispositif comprend une lame semitransparente 10 qui est placée entre l'observateur 12 et une scène à observer 14. La surface de la lame semi-transparente 10 forme un angle, par exemple de 45°, avec l'axe entre la scène et l'observateur, et ne perturbe pas l'arrivée de rayons de la scène jusqu'à l'observateur. Il est à noter que la lame semitransparente peut être remplacée par un filtre interférentiel réalisant la même fonction qu'une lame semi-transparente. Un système de projection d'une image à superposer à l'image de la scène est prévu. Il comprend une source d'images 24, par exemple un écran, associé à un système optique 26. Le système de projection est placé ici perpendiculairement à l'axe entre la scène et l'observateur, et le faisceau qui est issu du système optique 26 atteint la lame semi-transparente 10 perpendiculairement à cet axe. La lame semi-transparente 10 combine, c'est-à-dire superpose, l'image de la scène 14 et l'image projetée issue du système optique 26, d'où il résulte que l'observateur visualise l'image projetée superposée à l'image réelle de la scène 14. Le système de la figure 2 fonctionne donc de la même façon que le système de la figure 1. Le système optique 26 comprend un ensemble de sous-35 systèmes optiques 26A, 26B et 26C de même distance focale. La B11570 - DD13412JBD 9 source d'images 24 est placée à une distance du système optique 26 égale à la distance focale objet de chacun des sous-systèmes optiques 26A à 26C. La source d'image 24, par exemple un écran, est 5 divisée en plusieurs sous-écrans. Dans la vue en coupe de la figure 2, trois sous-écrans 24A, 24B et 24C sont représentés. On notera que ce nombre peut être plus ou moins important. Chaque sous-écran 24A, 24B et 24C est associé à un sous-système optique 26A, 26B, 26C. Contrairement à ce qui est représenté, les sous-10 écrans peuvent être décalés des axes optiques des sous-systèmes optiques associés, comme nous le verrons ci-après. On appellera ici l'ensemble formé d'un sous-écran et d'un sous-système optique un sous-projecteur. Le système de projection comporte donc une pluralité de sous-projecteurs. 15 En formant plusieurs sous-projecteurs parallèles, on peut obtenir un dispositif complet présentant une pupille de sortie totale (somme des tailles des pupilles de sortie de chacun des sous-projecteurs) de taille importante, tout en formant des sous-systèmes optiques simples et compacts. 20 En effet, chaque sous-système optique présente une ouverture, dite élémentaire, "modérée". L'ouverture élémentaire d'un sous-système optique est définie comme le rapport entre sa distance focale propre et la dimension de sa pupille de sortie propre. L'association en parallèle des sous-projecteurs permet 25 ainsi d'obtenir un système optique dont l'ouverture est particulièrement faible dans la mesure où, pour une même distance entre écran et optique de projection, on obtient une pupille de sortie totale de taille importante, égale à la somme des pupilles de sortie de chaque sous-système optique. Le 30 système optique présente ainsi une ouverture faible tout en étant formé de structures optiques élémentaires simples. La compacité du dispositif complet est ainsi assurée. L'écran 24 est prévu de façon que chaque sous-écran 24A, 24B, 24C affiche une partie de l'information, l'information 35 complète étant recombinée par le cerveau de l'observateur. Pour B11570 - DD13412JBD 10 cela, l'image que l'on souhaite projeter en réalité augmentée est divisée en blocs qui sont répartis sur les différents sous-écrans. A titre d'exemple, l'écran 24 peut être constitué d'une matrice de cellules comprenant des diodes électroluminescentes organiques (en anglais OLED, Organic LightEmitting Diode), voire d'une matrice de sous-écrans LCD ou cathodiques. Dans un écran OLED, une ou plusieurs couches de matériaux organiques sont formées entre deux électrodes conductrices, l'ensemble s'étendant sur un substrat. L'électrode supérieure est transparente ou semi-transparente et est couramment constituée d'une fine couche d'argent dont l'épaisseur peut être de l'ordre de quelques nanomètres.

Lorsqu'une tension adaptée est appliquée entre les deux électrodes, un phénomène d'électroluminescence apparaît dans la couche organique. Cependant, avec un écran de type OLED, un problème d'accès aux électrodes peut se poser. En effet, pour obtenir une bonne visibilité de l'information projetée, du fait des faiblesses en transmission des dispositifs susceptibles d'être placés en sortie de l'écran, il est nécessaire d'atteindre une luminance en sortie des sous-écrans de l'ordre de 20000 Cd/m2. Pour obtenir une telle luminance, il est nécessaire d'envoyer des courants importants dans l'électrode supérieure de la structure OLED, typiquement de l'ordre de quelques ampères à une dizaine d'ampères. Cependant, une couche d'argent de quelques nanomètres d'épaisseur ne peut supporter un tel ampérage. Ainsi, on cherche à diminuer la quantité de courant à apporter à un écran OLED, ou à former un écran de surface réduite. On prévoit ici de former des dispositifs dans lesquels les sous-écrans sont placés par rapport aux sous-systèmes optiques et sont dimensionnés de façon optimisée pour assurer la réalisation pratique du système de projection du viseur tête haute.

B11570 - DD13412JBD 11 Les figures 3 à 5 illustrent différentes observations réalisées à l'aide des dispositifs des figures 1 et 2. En figure 3 est illustrée une image 30 qui est affichée sur un écran tel que l'écran 16 de la figure 1 (donc avec une optique mono-pupillaire). Un cadre 32, qui entoure l'image 30, représente schématiquement la pupille de sortie du dispositif de projection 18 de la figure 1. Dans l'exemple de la figure 3, la pupille de sortie 32 est légèrement plus large que l'image affichée par l'écran 30. Dans ce cas, l'observateur observe l'ensemble de l'information contenue dans l'image 30, tant que la tête de l'observateur reste dans ce que l'on appelle la "boîte à oeil" du dispositif (en anglais eye-box ou head motion box). Cette "boîte à oeil" est définie comme étant l'espace où l'observateur peut bouger la tête tout en recevant l'intégralité de l'information projetée. En d'autres termes, tant que la tête de l'observateur reste dans la boîte à oeil, il réceptionne l'ensemble de l'information projetée. En figure 4 est illustrée la vision de l'information 20 par un observateur, dans le cas où le viseur tête haute comprend une optique mono-pupillaire (cas de la figure 1), lorsque la tête de l'observateur sort de la boîte à oeil. Dans ce cas, la pupille de sortie 34 (portion vue par l'observateur) est décalée par rapport à l'image 30, ce qui implique que seule une portion 25 30' de l'image 30 est vue par l'observateur. En figure 5 est illustrée la vision de l'information par un observateur, dans le cas où le viseur tête haute a une optique multi-pupillaire (figure 2), lorsque la tête de l'observateur sort de la boîte à oeil. Dans ce cas, la pupille 30 de sortie 36 vue par l'observateur est décalée par rapport à l'image 30, ce qui implique que seule une portion 30" de l'image 30 est accessible par l'observateur. En outre, du fait de la structure multi-pupillaire de la figure 2, la portion 30" est vue de façon fragmentée. En effet, dans le cas d'une optique 35 multi-pupillaire, l'image étant projetée par un ensemble de B11570 - DD13412JBD 12 sous-projecteurs, chaque sous-projecteur présente sa propre boîte à oeil. Ainsi, lorsque l'observateur sort de la boîte à oeil globale du dispositif, il sort également de la boîte à oeil de chacun des sous-projecteurs, ce qui provoque une fragmen- tation de l'image vue par l'observateur. Il en résulte que l'image finale vue par l'observateur est constituée d'un ensemble de bandes verticales 30" (dans le cas d'un déplacement latéral de la tête de l'observateur) de portions de l'image 30. Ainsi, le positionnement et la taille des sous-écrans d'un viseur tête haute à optique multi-pupillaire doivent être adaptés en fonction d'une boîte à oeil souhaitée prédéfinie. On décrira ci-après différents cas, en partant d'une boîte à oeil de taille nulle (seule une position de l'observateur assure la réception de l'ensemble de l'information), l'image projetée remplissant l'ensemble de la surface de la pupille de sortie. Les figures 6 à 8 illustrent des structures optiques permettant la détermination de règles géométriques pour le placement amélioré de sous-écrans OLED. En figure 6, on considère un système optique comprenant deux sous-écrans 241 et 242 placés, sur un même substrat 40, en regard de deux sous-systèmes optiques 261 et 262. Les sous-écrans sont placés au plan focal objet des sous-systèmes optiques (la distance séparant les sous-systèmes optiques et les sous-écrans est égale à la distance focale objet f des sous-systèmes optiques). Dans cet exemple, les sous-écrans 241 et 242 et les sous-systèmes optiques 261 et 262 s'étendent symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du dispositif. Dans cette figure, le but est de déterminer la surface 30 de chaque sous-écran utile lors que l'observateur ferme un oeil (vision monoculaire), c'est-à-dire la portion de chaque sous-écran vue par l'oeil, si l'oeil est placé sur l'axe optique principal du dispositif à une distance D du système optique 26. La distance D entre les sous-systèmes optiques 261 et 262 et 35 l'observateur est appelée trajet optique. On notera que, dans le B11570 - DD13412JBD 13 cas d'un viseur tête haute tel que celui de la figure 2, le trajet optique, et donc la distance D que l'on va considérer par la suite, correspond au trajet lumineux entre les sous-systèmes optiques 261 et 262 et l'observateur, en passant par exemple par la lame semi-réfléchissante 10. Comme cela est représenté en figure 6, seule une portion 42 d'un sous-écran 241 est vue par l'oeil de l'observateur. Ainsi, si on considère un observateur immobile tel que celui de la figure 6 (boîte à oeil de taille nulle et vision monoculaire), seule la portion 42 du sous-écran est une portion utile à l'observation. Le reste de l'écran peut ainsi être déconnecté, ou encore l'écran 241 peut être réduit à la seule portion 42, pour une même visibilité de l'information (en projetant l'ensemble de l'information sur la portion 42 de l'écran 241). Cette idée est à la base du dimensionnement des sous-écrans proposé ici. La portion 42 du sous-écran 241 accessible par l'oeil a une dimension fL/D, L étant le diamètre du sous-système optique 261, le bord de la portion 42 étant situé à une distance 20 d=L/2 de l'axe optique principal. Dans l'exemple de la figure 7 est représenté un dispositif comprenant trois sous-projecteurs constitués de trois sous-écrans 24'1, 24'2 et 24'3 formés sur un substrat 40 en regard de trois sous-systèmes optiques 26'1, 26'2 et 26'3. Le 25 substrat 40 est placé dans le plan focal objet des sous-systèmes optiques 26'1, 26'2 et 26'3. Le sous-projecteur central (24'2, 26'2) a son axe optique confondu avec l'axe optique principal du dispositif et les sous-projecteurs périphériques s'étendent symétriquement par rapport à l'axe optique principal du 30 dispositif. Ici, on considère la portion 42' d'un sous-écran périphérique accessible en vision monoculaire par un oeil placé sur l'axe optique principal du dispositif, à une distance D du système optique 26. Dans ce cas, on obtient que la portion 42' du sous-35 écran 24'1 périphérique accessible à l'oeil a une dimension B11570 - DD13412JBD 14 égale à fL/D, L étant le diamètre du sous-système optique 26'1, le bord de la portion 42' étant situé à une distance d'=L+fL/2D de l'axe optique principal, L étant le diamètre des sous-systèmes optiques 26'1, 26'2, 26'3.

En outre, quelle que soit la position d'un sous-écran dans un dispositif comprenant un nombre pair ou impair de sous-écrans, la surface de ce sous-écran visible par un oeil (vision monoculaire) placé sur l'axe optique principal du dispositif est égale à fL/D.

La figure 8 reprend le cas de la figure 6 avec un projecteur comprenant deux sous-projecteurs constitués chacun d'un sous-écran 241, 242 et d'un sous-système optique 261, 262. On s'intéresse ici à la région des sous-écrans qui est accessible à un observateur en vision binoculaire. Dans notre cas, en vue de dessus, les deux yeux de l'observateur R et L sont placés de part et d'autre de l'axe optique principal du dispositif, à une distance y/2 de cet axe optique principal (y étant ainsi l'écart entre les deux yeux de l'observateur). Dans ce cas, l'oeil droit R, respectivement l'oeil gauche L, voit une portion 42R, respectivement 42L, du sous-écran 241 d'une surface égale à fL/D, avec les mêmes références que précédemment. Cependant, du fait de la superposition des régions vues par les deux yeux, la surface utile du sous-écran 241, c'est-à-dire la surface de l'écran 24 qui est vue au moins par un oeil de l'utilisateur, présente une largeur égale à fL/D+fy/2D. On prévoit ici de limiter la taille des écrans à la taille utile, c'est-à-dire réellement vue par l'observateur. On peut ainsi réduire la consommation du dispositif.

Pour définir la surface utile de chacun des sous- écrans en fonctionnement, il faut tenir compte du fait que la tête de l'observateur est susceptible de bouger, selon une amplitude maximale que l'on prédéfinit. On notera que, verticalement, la tête d'un observateur est moins sujette aux mouvements et la vision est monoculaire. Cependant, les B11570 - DD13412JBD 15 enseignements ci-après s'appliquent autant à un mouvement vertical autorisé de la tête qu'à un mouvement latéral. On appellera par la suite B la longueur de mouvement maximal accepté de la tête (égale à la taille de la boîte à oeil 5 suivant un premier axe, par exemple horizontal). B correspond ainsi à l'amplitude maximale crête à crête en mouvement de la tête acceptée. On définit ci-après des règles de positionnement des sous-écrans de telle façon que, si la tête de l'observateur bouge dans une direction d'une distance inférieure ou égale à 10 B/2, ou dans une direction opposée d'une distance inférieure ou égale à B/2, la vision de l'information donnée par l'ensemble des sous-écrans soit toujours entière, c'est-à-dire que chaque pixel de chaque sous-écran soit vu au moins par l'un des deux yeux de l'observateur lorsque l'on décrit toute la boîte à oeil. 15 Comme on le verra ci-après, les règles de dimensionnement et de positionnement de chacun des sous-écrans varient en fonction que l'on souhaite une amplitude en mouvement autorisé nulle ou non, et que l'on se place en vision binoculaire ou monoculaire (par exemple vision binoculaire 20 horizontalement, monoculaire verticalement). En particulier, l'inventeur a montré que le raisonnement conduisant au dimensionnement des sous-écrans dans une direction dans laquelle la vision est monoculaire avec une boîte à oeil non nulle s'applique également au cas où la vision est binoculaire avec 25 une boîte à oeil B de valeur supérieure à la distance entre les deux yeux y de l'observateur. Les figures 9 et 10 illustrent des règles de positionnement et de dimensionnement de sous-écrans sur un substrat selon un mode de réalisation. 30 Dans ces deux figures, on prévoit un dispositif comprenant un nombre Q = 5 de sous-écrans 241 à 245 placés en regard de cinq sous-systèmes optiques 261 à 265. Dans ces figures, les sous-écrans 241 à 245 sont placés dans le plan focal objet des sous-systèmes optiques 261 à 35 265 de façon que, en vision monoculaire, l'image reconstituée B11570 - DD13412JBD 16 remplisse toute la pupille de sortie. Ainsi, dans ce cas, la boîte à oeil a une dimension B nulle (le moindre mouvement de la tête de l'observateur implique une perte d'information). Un calcul simple permet d'obtenir que les sous-écrans présentent une longueur dans le plan des figures égale à fL/D et sont séparés d'une distance égale à la taille des sous-systèmes optiques L. Dans le cas des figures 9 et 10, les sous-écrans sont plus ou moins décalés de l'axe optique du sous-système optique associé, en fonction de leur éloignement de l'axe optique principal du système de projection. Dans ces figures sont représentés pour illustration des régions 501 à 505 qui sont placées dans le plan focal objet des sous-systèmes optiques 261 à 265 et qui sont centrées sur l'axe optique des sous-systèmes optiques 261 à 265. Chaque région 501 à 505 présente une longueur égale à QfL/D, dans notre cas 5fL/D. On voit dans ce cas que chaque sous-écran 241 à 245 est placé en regard d'une portion de la région 501 à 505 correspondant à son rang, c'est-à-dire que les sous-écrans situés aux extrémités du dispositif sont placés aux extrémités des régions 501 à 505 de part et d'autre du dispositif. En outre, l'illustration des régions 501 à 505 permet de représenter la partie de l'image que doit afficher le sous-écran correspondant : les sous-écrans en périphérie affichent ainsi une portion périphérique de l'image.

En figure 9, on cherche à obtenir une boîte à oeil, toujours en vision monoculaire à une distance D du dispositif de projection, d'une dimension égale à B1 relativement faible. Dans cette figure, les traits pleins délimitent la zone du plan focal visible lorsque l'oeil se déplace à gauche dans la figure (d'une distance B1/2) et les traits en pointillés délimitent la zone du plan focal visible lorsque l'oeil se déplace à droite dans la figure (d'une distance B1/2). Si on veut voir une image complète quelle que soit la position de l'oeil dans la boîte à oeil, le sous-écran doit être 35 positionné et dimensionné de façon à correspondre au champ de B11570 - DD13412JBD 17 recouvrement des régions visibles aux deux extrémités de la boîte à oeil. Cependant, pour éviter les phénomènes de fragmentation présentés en relation avec la figure 5, les sous-écrans doivent être grossis d'une distance fB/2D de part et d'autre du sous-écran, avec ici B = B1. En figure 10, on prévoit une boîte à oeil, toujours en vision monoculaire à une distance D du dispositif de projection, d'une dimension égale à B2 relativement importante. Dans cette figure, le trait plein délimite la limite du plan focal visible lorsque l'oeil se déplace à gauche dans la figure (d'une distance B2/2) et le trait en pointillés délimite la limite du plan focal visible lorsque l'oeil se déplace à droite dans la figure (d'une distance B2/2). Dans le cas de la boîte à oeil de dimension B2, si on 15 prévoit d'augmenter la taille des sous-écrans de chaque côté de fB/2D, avec ici B = B2, on voit dans ce cas que, pour un des côtés, ce n'est pas la peine de grossir autant le sous-écran, la portion du sous-écran 24i dépassant de la région 50i correspondante étant inutile. Ainsi, les sous-écrans 20 périphériques (dans notre cas les sous-écrans 241 et 245) ne doivent grossir que dans une direction. On notera que, dans un cas où la vision est considérée comme étant monoculaire avec une boîte à oeil non nulle, ou dans le cas où la vision est considérée comme étant binoculaire avec 25 une boîte à oeil supérieure à y, chaque sous-écran présente une dimension supérieure à fL/D. L'image à superposer à l'image réelle est dans ces deux cas répartie sur des portions de chacun des sous-écrans de dimensions égales à fL/D. L'information affichée sur le reste des sous-écrans est redondante avec les 30 sous-écrans voisins, ce qui assure les dimensions des boîtes à oeil désirées. Les figures 9 et 10 permettent d'obtenir les règles de dimensionnement et de positionnement suivantes. On choisit de former une matrice de QxQ' sous-projecteurs, Q et Q' pouvant 35 être pairs ou impairs. Dans les deux directions du projecteur, B11570 - DD13412JBD 18 les sous-projecteurs sont disposés de façon symétrique par rapport à l'axe optique principal du projecteur. En vision monoculaire, par exemple suivant l'axe vertical de l'observateur, si l'on souhaite une boîte à oeil nulle (B = 0), les sous-écrans sont placés symétriquement par rapport à l'axe optique principal du dispositif, présentent des dimensions égales à fL/D et sont distants bord à bord d'une distance L (les centres des sous-écrans sont ainsi distants d'une distance égale à L+fL/D).

Si l'on souhaite une boîte à oeil non nulle (B 0), les sous-écrans sont placés symétriquement et sont centrés de la même façon que dans le cas d'une boîte à oeil nulle (les centres des sous-écrans sont placés à une distance les uns des autres égale à fL/D+L), mais présentent des dimensions augmentées de fB/2D de chaque côté par rapport au cas où B = 0. Ainsi, les sous-écrans présentent des dimensions égales à f/D(L+B). La distance bord à bord des sous-écrans est alors inférieure à L. Le grossissement des sous-écrans est réalisé de façon à ne pas sortir d'une zone d'une dimension égale à QfL/D centrée sur l'axe optique du sous-système optique associé, Q étant le nombre de sous-projecteurs dans la direction considérée. En vision binoculaire, par exemple suivant l'axe horizontal de l'observateur, si l'on souhaite une boîte à oeil nulle (B = 0), les sous-écrans présentent des dimensions égales à fL/D et sont distants bord à bord d'une distance L. Ainsi, les centres des sous-écrans sont distants d'une distance égale à L+fL/D. Les sous-écrans périphériques ont quant à eux une dimension égale à (L+y/2)f/D, y étant l'écart entre les deux yeux d'une personne. On notera que, dans la littérature, l'écart moyen ymoy entre les deux yeux d'une personne est compris entre 60 et 70 mm, typiquement de l'ordre de ymoy = 65 mm. Ainsi, en pratique, on pourra prendre y = ymoy. Si l'on souhaite une boîte à oeil égale à la distance y entre les yeux de l'observateur, tous les sous-écrans ont des 35 dimensions égales à fL/D et sont distants bord à bord d'une B11570 - DD13412JBD 19 distance L. Ainsi, les centres des sous-écrans sont ainsi distants d'une distance égale à L+fL/D. Si l'on souhaite une boîte à oeil supérieure à la distance y entre les yeux de l'observateur, les sous-écrans sont 5 centrés de la même façon que ci-dessus (les centres des sous-écrans sont placés à une distance les uns des autres égale à fL/D+L mais grossissent de (B-y)f/2D de part et d'autre. Les sous-écrans présentent donc une dimension égale à (L+B-y)f/D. La distance bord à bord des sous-écrans est donc inférieure à L. Le 10 grossissement des sous-écrans se produit de façon à ne pas dépasser d'une zone d'une dimension QfL/D centrée sur l'axe optique du sous-système optique associé, Q étant le nombre de sous-projecteurs suivant l'axe de mouvement considéré. Avantageusement, la formation d'écrans constitués de 15 sous-écrans dont les dimensions et le positionnement sont définis de la façon ci-dessus permet de réduire la consommation du dispositif, puisque seulement des portions utiles d'un écran, ou seulement de petits écrans, sont alimentées. En outre, les répartitions des sous-écrans proposées ci-dessus peuvent 20 correspondre directement à la réalisation pratique d'électrodes supérieures d'écrans OLED, qui peuvent être alimentées par des pistes conductrices (non représentées) de tailles adaptées à la transmission d'un courant d'alimentation de fort ampérage. En outre, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du 25 centre optique, chaque sous-écran 24i, 24'i voit son sous-système optique 26i, 26'i associé selon un angle de plus en plus fermé. Il en résulte que la composition de l'image, visualisée par l'observateur, se fait avec un dégradé de luminance qui est décroissant du centre vers le bord de l'image. En effet, de 30 nombreux écrans, et notamment les écrans à base d'OLED, ne sont pas des sources lumineuses Lambertiennes qui assurent, quel que soit le point d'observation de l'écran, la réception d'une même luminance. Il est donc nécessaire de prendre en compte ce phénomène.

B11570 - DD13412JBD 20 La figure 11 illustre un sous-écran 24'i décentré par rapport à l'axe optique principal du dispositif (représenté en pointillés), associé à un sous-système optique 26'i de dimension égale à L et de distance focale f (le sous-écran est situé à une 5 distance f du sous-système optique). Le dispositif comprend un nombre impair de sous-projecteurs. Le sous-écran 24'i est le sous-écran de rang i d'un côté de l'axe optique principal du dispositif (i=1 pour le sous-projecteur central). Dans cette figure, on appelle a'i l'angle formé entre un premier faisceau 10 partant du centre du sous-écran 24'i et atteignant une première extrémité du sous-système optique 26'i, et un deuxième faisceau partant du centre du sous-écran 24'i et atteignant une deuxième extrémité, opposée à la première extrémité, du sous-système optique 26'i. D étant la longueur du trajet optique jusqu'à 15 l'observateur, l'angle a'i est défini par : cCi = arctan((i - 1)1, L arctan((i - 1)1, L D 2f) D 2f) Le flux traversant la lentille 26'i varie proportionnellement à la valeur 21-1(1-cos(c0i/2)). Le ratio de flux entre le sous-système optique central (i = 1) et le sous-système 20 optique de rang i est donc : (a, I 1 - cos 1 = avec a'i tel que défini ci-dessus. ( 1 - cos On prévoit ici de corriger l'intensité de chaque sous- écran en augmentant celle-ci de ce ratio, en fonction du rang du sous-écran dans le dispositif.

25 La figure 12 est une courbe du ratio r'i en fonction du rang i du sous-système optique dans le dispositif, de part et d'autre de l'axe optique principal du dispositif. Dans cette courbe, on voit notamment que, pour un sous-écran de rang 5, l'intensité d'éclairement de ce sous-écran 30 doit être au moins égale à 1,5 fois l'intensité d'éclairement du sous-écran central. 2) B11570 - DD13412JBD 21 On notera que, pour un dispositif comprenant un nombre pair de sous-projecteurs suivant un axe considéré, le ratio ri est alors défini par rapport au sous-système optique de rang 1 par : 1 - cos = 1 - cos oei 10 avec ai l'angle tel que défini en figure 8 optique arctan supérieurs premier compensées pour le ième sous- écran de part et d'autre de l'axe du système de projection égal à : (( (( ainsi par part ai = arctan i - - L i - - L Les sous-écrans 2)L 2) leurs intensités d'éclairement rapport au sous-écran D 2f D 2f de rangs à 1 ont de rang 1 (le de ce ratio sous-écran de et d'autre de l'axe optique principal du système de projection). Ainsi, outre le dimensionnement des sous-écrans 15 proposé en relation avec les figures 9 et 10, on prévoit une alimentation de ceux-ci adaptée à leurs positions dans le dispositif pour que l'intensité lumineuse qu'ils fournissent implique une luminance reçue par l'observateur uniforme en provenance de tous les sous-écrans.

20 Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, on notera que l'on a présenté ici l'invention avec des sous-écrans constitués par exemple d'OLED, mais on comprendra que l'invention 25 s'applique également à des systèmes de projection dans lesquels les écrans sont constitués de sources non Lambertiennes différentes de diodes OLED, tant que les dimensions de chacun des sous-écrans proposées ci-dessus sont respectées. En outre, divers modes de réalisation avec diverses 30 variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de ri B11570 - DD13412JBD 22 l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Viseur tête haute, comprenant des sous-écrans (241, 242, ..., 245) dont les positions et les dimensions sont définies en fonction de la longueur du trajet optique (D) et d'une longueur de mouvement maximal autorisé (B) dans un plan perpendiculaire à l'axe optique et situé à une distance égale à la longueur du trajet optique de sorte que l'information projetée par l'ensemble des sous-écrans soit vue sur toute la longueur de mouvement autorisé, caractérisé en ce que les sous-écrans présentent une intensité lumineuse croissante en fonction de leur éloignement de l'axe optique principal du viseur.
2. 2. Viseur selon la revendication 1, dans lequel les positions et les dimensions des sous-écrans (241, 242, ..., 245) sont en outre définies en fonction de l'écart moyen entre les deux yeux (y) d'une personne.
3. 3. Viseur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque sous-écran (241, 242, ..., 245) est associé à un sous-système optique (261, 262, ..., 265), les sous-écrans étant placés dans le plan focal objet des sous-systèmes optiques.
4. 4. Viseur selon la revendication 3, dans lequel les 20 sous-systèmes optiques (261, 262, ..., 265) sont répartis régulièrement dans un plan perpendiculaire à l'axe optique principal du viseur.
5. 5. Viseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'information projetée est une image qui est 25 répartie sur l'ensemble des sous-écrans (241, 242, ..., 245).
6. 6. Viseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les sous-écrans (241, 242, ..., 245) sont définis en surface d'un substrat (40).
7. 7. Viseur selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 6, dans lequel les sous-écrans (241, 242, ..., 245) sont disjoints.
8. 8. Viseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel, suivant un premier axe, ladite longueur de mouvement maximal autorisé (B) est nulle et la vision deB11570 - DD13412JBD 24 l'observateur est monoculaire, les sous-écrans étant placés symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du viseur, chaque sous-écran présentant une longueur suivant ledit premier axe égale à fL/D, les sous-écrans étant distants bord à bord d'une distance égale à L, f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique.
9. 9. Viseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel, suivant un premier axe, ladite longueur de mouvement maximal autorisé (B) est non nulle, la vision de l'observateur est monoculaire et le dispositif comprend un nombre Q de sous-système optiques et de sous-projecteurs, les sous-écrans étant placés symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du viseur, les centres des sous-écrans étant placés à une distance les uns des autres égale à fL/D+L, chaque sous-écran présentant une longueur suivant ledit premier axe égale à f/D(L+B), dans la limite d'une zone d'une dimension égale à QfL/D centrée sur l'axe optique du sous-système optique associé, f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique.
10. 10. Viseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel, suivant un premier axe, ladite longueur en mouvement maximal autorisé (B) est nulle et la vision de l'observateur est binoculaire, les sous-écrans étant placés symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du viseur, chaque sous-écran présentant une longueur suivant ledit premier axe égale à fL/D, excepté les sous-écrans les plus éloignés de l'axe optique principal qui présentent une longueur égale à f/D(L+y/2), les sous-écrans étant distants bord à bord d'une distance égale à L, f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique.
11. 11. Viseur selon l'une quelconque des revendications 2 35 à 7, dans lequel, suivant un premier axe, ladite longueur enB11570 - DD13412JBD 25 mouvement maximal autorisé (B) est égale à un écart moyen entre les deux yeux (y) d'une personne et la vision de l'observateur est binoculaire, les sous-écrans étant placés symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du viseur, chaque sous-écran présentant une longueur suivant ledit premier axe égale à fL/D, les sous-écrans étant distants bord à bord d'une distance égale à L, f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique.
12. 12. Viseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel, suivant un premier axe, ladite longueur de mouvement maximal autorisé (B) est supérieure à un écart moyen entre les deux yeux (y) d'une personne, la vision de l'observateur est binoculaire et le dispositif comprend un nombre Q de sous-systèmes optiques et de sous-projecteurs, les sous-écrans étant placés symétriquement de part et d'autre de l'axe optique principal du viseur, les centres des sous-écrans étant placés à une distance les uns des autres égale à fL/D+L, chaque sous-écran présentant une longueur suivant ledit premier axe égale à f/D(L+B-y), dans la limite d'une zone d'une dimension égale à QfL/D centrée sur l'axe optique du sous-système optique associé, f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique.
13. 13. Viseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant un nombre impair de sous-écrans suivant ledit premier axe, l'intensité d'éclairement du sous-écran de rang i étant égale à l'intensité d'éclairement du sous-écran central (i = 1) multipliée par le facteur suivant : (12 1 - cos - 1)1, L D 2f) r'. = ( 2 1 ) ' avec a'i égal à : 1 - cos 1 cc'i = arctan/(i - 1)1, L + arctan D 2f)B11570 - DD13412JBD 26 f et L étant, respectivement, la distance focale et la largeur des sous-systèmes optiques, D étant la longueur du trajet optique. à 12,
14. 14. Viseur selon comprenant un l'une quelconque nombre pair de d'éclairement d'éclairement le facteur suivant sous-écrans des revendications suivant central premier étant (i = axe, l'intensité oel du : du sous-écran de rang 1 f et des égale à l'intensité 2) égal à : sous-écran L 2f ledit 1) multipliée par arctan 1" la largeur i 1 - cos la distance i L du trajet r. = 2) 1 - cos avec ai ai = arctan (OEi L étant, respectivement, /2) sous-systèmes optiques, (( 1_ i - - L 2)+ L D 2f focale D étant la longueur D et optique.
15. 15. Viseur selon l'une quelconque des revendications 1 15 à 14, dans lequel chaque sous-écran (241, 242, ..., 245) est constitué d'une matrice de cellules à diodes électroluminescentes organiques.