EP2845046A1 - Viseur tête haute compact a faible consommation d'énergie - Google Patents

Viseur tête haute compact a faible consommation d'énergie

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Publication number
EP2845046A1
EP2845046A1 EP13723842.4A EP13723842A EP2845046A1 EP 2845046 A1 EP2845046 A1 EP 2845046A1 EP 13723842 A EP13723842 A EP 13723842A EP 2845046 A1 EP2845046 A1 EP 2845046A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical
subscreens
sub
equal
length
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13723842.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Umberto Rossini
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2845046A1 publication Critical patent/EP2845046A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0149—Head-up displays characterised by mechanical features
    • G02B2027/015—Head-up displays characterised by mechanical features involving arrangement aiming to get less bulky devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display, also called head-up display, head-up collimator or head-up display system, compact and having a large exit pupil. More particularly, the present invention relates to such a viewfinder whose energy consumption is reduced.
  • the head-up displays also known as the HUD, of the English Head-Up Display
  • HUD augmented reality display systems
  • Such systems can be placed in the visor of a helmet, in the cockpit of an aircraft or within the cabin of a vehicle. They are thus positioned at a small distance from the eyes of the user, for example a few centimeters or tens of centimeters.
  • Figure 1 illustrates, schematically, the operation of such a device.
  • a semi-transparent plate 10 is placed between the eye of the user 12 and a scene to be observed 14.
  • the objects of the scene to be observed are generally located at infinity or at an angle important distance from the observer.
  • a projection system is planned.
  • This system comprises an element for displaying an image 16, for example a screen, located at the focal point object of an optical system 18.
  • the image displayed on the screen is thus infinitely collimated by the optical system 18. The user does not have to make an effort of accommodation, which limits the visual fatigue of the latter.
  • the projection system is placed perpendicular to the axis between the scene and the observer so that the beam from the optical system 18 reaches the semi-transparent plate perpendicular to this axis.
  • the beam from the optical system 18 thus reaches the semi-transparent plate 10 at an angle of 45 ° with respect to its surface.
  • the semi-transparent plate 10 combines the image of the scene 14 and the image resulting from the projection system 16-18, from which
  • the observer 12 displays an image comprising the projected image superimposed on the image of the scene 14.
  • the observer's eye In order to visualize the image projected by the projection system 16-18, the observer's eye must be placed in the reflection zone of the beam coming from the optical system 18 on the plate 10.
  • An important constraint to be respected is to hold account possible movements of the head of the user in front of the projector, and therefore to provide a beam output of the optical system 18 as wide as possible. In other words, it is necessary to provide an optical system 18 whose output pupil is large, for example between a few centimeters and a few tens of centimeters, so that the head movements of the observer do not imply a loss of light. projected information.
  • Another constraint of head-up systems is to provide a relatively compact device. Indeed, significant space constraints weigh on these devices ⁇ sitifs, especially when used in aircraft cockpits or car interiors of limited volume. To limit the size of head-up systems, it is necessary to provide devices whose focal length is reduced.
  • An object of an embodiment of the present invention is to provide a compact head-up viewfinder having a large exit pupil.
  • An object of an embodiment of the present invention is to provide such a device whose power consumption is reduced.
  • an embodiment of the present invention provides a head-up viewfinder comprising a set of subscreens (together defining an image to be displayed, each subscreen being associated with an optical subsystem, the subscreens being placed in the focal plane object of the optical subsystems, the subscreens being defined at the surface of a substrate and being disjoint, each subscreen having an extent less than that of the optical subsystem with which it is associated, the positions and the dimensions of the subscreens being defined according to the length of the optical path and a maximum amplitude of movement allowed in a plane perpendicular to the optical axis and located at a distance equal to the length of the optical path, so that the image projected by all subscreens is viewed over the entire range of motion allowed.
  • the positions and the dimensions of the subscreens are further defined according to the average deviation between the two eyes of a person.
  • the optical subsystems are regularly distributed in a plane perpendicular to the main optical axis of the viewfinder.
  • the maximum authorized amplitude is zero and the view of the observer is monocular, the subscreens being placed symmetrically on either side of the optical axis.
  • main viewfinder each subscreen having a length in the direction equal to fL / D, the subscreens being spaced edge to edge by a distance equal to L, f and L being, respectively, the focal distance and the width optical subsystems, where D is the optical path length.
  • the device comprises a number Q of optical subsystem and sub-projectors, the sub-screens being placed symmetrically on either side of the main optical axis of the viewfinder, the centers of the sub-screens being placed at a distance from each other equal to fL / D + L, each sub-screen presenting a length in the direction equal to f / D (L + B), within the limit of an area of a dimension equal to QfL / D centered on the optical axis of the associated optical subsystem, f and L being, respectively, the focal length and width of the optical subsystems, where D is the length of the optical path.
  • the maximum authorized amplitude is zero and the view of the observer is binocular, the subscreens being placed symmetrically on either side of the optical axis.
  • main viewfinder each subscreen having a length in the direction equal to fL / D, except the sub-screens farthest from the main optical axis that have a length equal to f / D (L + y / 2) , the subscreens being spaced edge to edge by a distance equal to L, f and L being, respectively, the focal length and the width of the optical subsystems, where D is the length of the optical path.
  • the maximum authorized amplitude is equal to an average difference between the two eyes of a person and the view of the observer is binocular, the sub-screens being placed symmetrically on either side of the main optical axis of the viewfinder, each subscreen having a length in the direction equal to fL / D, the subscreens being distant edge-to-edge by a distance equal to L, f and L are, respec tively ⁇ , the focal length and the width of the optical subsystems, where D is the optical path length.
  • the maximum authorized amplitude is greater than an average difference between the two eyes of a person
  • the view of the observer is binocular and the device comprises a number Q subsystems being placed symmetrically on either side of the main optical axis of the viewfinder, the centers of the subscreens being placed at a distance from each other equal to fL / D + L, each sub-screen having a length in the direction equal to f / D (L + By), within the limit of an area of a dimension equal to QfL / D centered on the optical axis of associated optical subsystem, f and L being, respectively, the focal length and width of the optical subsystems, where D is the length of the optical path.
  • each sub-screen consists of a matrix of organic light-emitting diode cells.
  • Figure 1 previously described, illustrates the principle of operation of a head-up display
  • Figure 2 illustrates the principle of operation of a head-up display according to an embodiment of the present invention
  • FIGS 3 to 5 illustrate different observations made using the devices of Figures 1 and 2;
  • Figures 6 to 8 illustrate optical structures for determining geometric rules for designing a screen of an improved head-up display
  • FIGS 9 and 10 illustrate the subscreen distribution according to one embodiment of the present invention.
  • a compact HUD that is to say comprising a projection system having a Encom ⁇ BREMENT less than a few tens of centimeters and presen ⁇ as a large exit pupil, is provided to separate the system projection into several elementary projection subsystems, each projection subsystem operating in the same way and projecting a portion of an image to be superimposed on a real image.
  • Figure 2 shows a head-up viewfinder according to one embodiment.
  • the device comprises a semitransparent plate 10 which is placed between the observer 12 and a scene to be observed 14.
  • the surface of the semi-transparent plate 10 forms an angle, for example of 45.degree. axis between the scene and the observer, and does not disturb the arrival of rays from the scene to the observer.
  • the semitransparent plate can be replaced by an interference filter performing the same function as a semi-transparent plate.
  • a projection system of an image to be superimposed on the image of the scene is planned. It comprises an image source 24, for example a screen, associated with an optical system 26.
  • the projection system is placed here perpendicularly to the axis between the scene and the observer and the beam that comes from the optical system 26 reaches the semi-transparent plate perpendicular to this axis.
  • the semi-transparent plate 10 combines, i.e. superimposes, the image of the scene 14 and the projected image from the optical system 26, whereby the observer views the superimposed projected image to the real image of the scene 14.
  • the system of Figure 2 operates in the same way as the system of Figure 1.
  • the optical system 26 comprises a set of identical optical subsystems 26A, 26B and 26C.
  • the image source 24 is placed at a distance from the optical system 26 equal to the object focal distance of each of the optical subsystems 26A to 26C.
  • three sub-screens 24A, 24B and 24C are shown. Note that this number may be more or less important.
  • Each sub-screen 24A, 24B and 24C is associated with an optical subsystem 26A, 26B, 26C. Contrary to what is shown, the subscreens can be shifted from the optical axes of the associated optical subsystems, as will be seen below.
  • the projection system therefore comprises a plurality of sub-projectors.
  • each optical subsystem has an opening, called elemental, "moderate".
  • the elementary aperture of an optical subsystem is defined as the ratio of its own focal distance to the size of its own exit pupil.
  • the parallel association of the sub-projectors thus makes it possible to obtain an optical system whose opening is particularly weak insofar as, for the same distance between screen and projection optics, a large total exit pupil is obtained. , equal to the sum of the exit pupils of each optical subsystem.
  • the optical system thus has a small opening while being formed of simple elementary optical structures. The compactness of the complete device is thus ensured.
  • 24A, 24B, 24C displays some of the information, the complete information being recombined by the brain of the observer. For this, the image that we want to project in augmented reality is divided into blocks that are distributed over the different subscreens.
  • the screen 24 may be comprised of a cell array comprising organic light emitting diodes ⁇ (English OLED, Organic Light-Emitting Diode) or a matrix of LCD sub-screens or picture .
  • organic light emitting diodes ⁇ English OLED, Organic Light-Emitting Diode
  • a matrix of LCD sub-screens or picture a cell array comprising organic light emitting diodes ⁇ (English OLED, Organic Light-Emitting Diode) or a matrix of LCD sub-screens or picture .
  • OLED Organic Light-Emitting Diode
  • one or more layers of organic materials are formed between two conductive electrodes, the assembly extending on a substrate.
  • the upper electrode is transparent or semi-transparent and is usually made of a thin layer of silver whose thickness may be of the order of a few nanometers. When a suitable voltage is applied between the two electrodes, a phenomenon of electroluminescence appears in the organic layer.
  • FIGS 3 to 5 illustrate different observations made using the devices of Figures 1 and 2.
  • FIG. 3 an image 30 which is displayed on a screen such as the screen 16 of Figure 1 (so with a single-pupil optics).
  • a frame 32 which surrounds the image 30, schematically represents the exit pupil of the projection device 18 of FIG. 1.
  • the exit pupil 32 is slightly wider than the image displayed by the screen 30.
  • the observer observes all the information contained in the image 30, as long as the head of the observer remains in what is called the " eye box "of the device (in English eye-box or head motion box).
  • This "eye box” is defined as the space where one observer can move his head while receiving one inte ⁇ graléclairage of the projected information. In other words, as long as the observer's head remains in the eye box, he receives all the projected information.
  • FIG. 4 illustrates the view of the information by an observer, in the case where the head-up viewfinder comprises a single-pupillary optics (case of FIG. 1), when the head of the observer leaves the eye box. .
  • the exit pupil 34 portion seen by the observer
  • the image 30 which implies that only a portion 30 'of the image 30 is seen by the observer.
  • Figure 5 is illustrated the vision of the information by an observer, in the case where the head-up viewfinder has a multi-pupil optical (Figure 2), when the head of the observer out of the eye box.
  • the exit pupil 36 seen by the observer is shifted with respect to the image 30, which implies that only a portion 30 "of the image 30 is accessible to the observer.
  • the portion 30 is viewed in a fragmented manner.
  • each sub-projector has its own eye box.
  • the observer leaves the global eye box of the device, it also leaves the eye box of each of the projectors, which causes a frag ⁇ tation of the image seen by the observer.
  • the final image seen by the observer consists of a set of vertical bands 30 "(in the case of a lateral displacement of the observer's head) of portions of the image 30.
  • the positioning and the size of the sub-screens of a head-up viewfinder with multi-pupil optics must be adapted according to a predefined desired eye box.
  • the projected image filling the whole of the surface of the exit pupil.
  • Figures 6 to 8 illustrate optical structures for determining geometric rules for enhanced placement of OLED subscreens.
  • the goal is to determine the area of each subscreen useful when the observer closes an eye (monocular vision), that is to say the portion of each subscreen seen by the eye, if the eye is placed on the main optical axis of the device at a distance D from the optical system 26.
  • the distance D between the optical subsystems 26 ] _ and 262 and the observer is called the optical path.
  • the optical path corresponds to the light path between the optical subsystems. 26 ] _ and 262 and the observer, for example through the semi-reflective plate 10.
  • a device comprising three sub-projectors consisting of three sub-screens 24 ' ] _, 24 * 2 and 24 * 3 formed on a substrate 40 associated with three optical subsystems 26' ] _, 26 * 2 and 26 * 3.
  • the substrate 40 is placed in the object focal plane of the optical subsystems 26 '], 26 * 2 and 26 * 3.
  • the central sub-projector (24 '2, 26 * 2) has its optical axis coincident with the main optical axis of the device and the peripheral sub-projectors extend symmetrically with respect to the main optical axis of the device.
  • the portion 42 'of a peripheral sub-screen accessible in monocular vision by an eye placed on the main optical axis of the device, at a distance D from the optical system 26.
  • the surface of this sub-screen visible by an eye (vision monocular) placed on the main optical axis of the device is equal to fL / D.
  • FIG. 8 shows the case of FIG. 6 with a projector comprising two sub-projectors each consisting of a sub-screen 24], 242 and an optical subsystem 26]. to the subscreen region which is accessible to an observer in binocular vision.
  • the two eyes of the observer R and L are placed on either side of the main optical axis of the device, at a distance y / 2 of this main optical axis (y being thus the gap between the two eyes of the observer).
  • the right eye R respectively the left eye L
  • the useful surface of the sub-screen 24 ] that is to say the surface of the screen 24 which is seen at least by one eye of the user, has a width equal to fL / D + fy / 2D.
  • each of the subscreens in operation it must be taken into account that the head of the observer is likely to move, according to a maximum amplitude that is predefined. Note that, vertically, the head of an observer is less subject to movement and vision is considered to be monocular. However, the following teachings apply as much to authorized vertical movement of the head as to lateral movement.
  • B will then be called the maximum amplitude in motion of the accepted head (equal to the size of the eye box in a first direction).
  • Subscreen positioning rules are defined below so that, if the observer's head moves in a direction of a distance less than or equal to B / 2, or in an opposite direction by a distance less than or equal to B / 2, the vision of the information given by the set subscreens are always integer, that is to say that each pixel of each sub-screen is seen at least by one of the two eyes of the observer.
  • the sizing and positioning rules of each of the subscreens vary according to whether we wish a permissible amplitude in motion B zero or not, and that we place our in vision binocular or monocular (eg binocular vision horizontally, monocular vertically).
  • vision binocular or monocular eg binocular vision horizontally, monocular vertically.
  • the inventor has shown that the reasoning leading to the sizing of the sub-screens in a direction in which the vision is monocular with a non-zero eye box also applies to the case where the vision is binocular with an eye box B is greater than the distance between the two eyes y of the observer.
  • Figures 9 and 10 illustrate rules for positioning and sizing sub-screens on a substrate according to one embodiment.
  • the sub-screens 24] _ 245 are placed in the object focal plane of the optical subsystems 26] _ 265 so that, in monocular vision, the reconstructed image fills the entire exit pupil.
  • the eye box has a dimension B zero (the slightest movement of the head of the observer implies a loss of information).
  • a simple calculation makes it possible to obtain that the subscreens have a length in the plane of the figures equal to fL / D and are separated by a distance equal to the size of the optical subsystems L. If we want a non-zero eye box (so that the observer can move in the plane of the figures without losing the projected information), the portion of each sub-screen visible from any position of the eye decreases.
  • the size of each of the subscreens can be reduced. It is also possible to shift the sub-screens of the optical axis, or bring them closer, according to the desired amplitude B (the reduction of the size of the sub-screens having a lower limit).
  • the sub-screens are more or less offset from the optical axis of the associated optical subsystem, as a function of their distance from the main optical axis of the projection system.
  • regions 50j to 5 ⁇ 5 which are placed in the object focal plane of the optical subsystems 26j_ to 265 and which are centered on the optical axis of the optical subsystems 26j_ to 265.
  • Each region 50j_ to 5 ⁇ 5 has a length equal to QfL / D, in this case 5fL / D.
  • each sub-screen 24 ] _ to 245 is placed opposite a portion of the region 50j_ to 5 ⁇ 5 corresponding to its rank, that is to say that the subscreens at the ends of the device are placed at the ends of the regions 50j_ to 5 ⁇ 5 on both sides of the device.
  • the illustration of the regions 50j_ to 5 ⁇ 5 makes it possible to represent the part of the image that the corresponding sub-screen must display: the sub-screens at the periphery thus display a peripheral portion of the image.
  • an eye box is desired to obtain, always by monocular vision at a distance D of the projection device, a dimension equal to B] _ relatively low.
  • the solid lines delimit the zone of the visible focal plane when the eye moves to the left in the figure (by a distance B ] _ / 2) and the dashed lines delimit the zone of the visible focal plane when the 'eye moves right in the figure (from a distance B ] _ / 2).
  • the subscreen must be positioned and sized to match the field of view of visible regions at both ends of the eye box .
  • the sub-displays must be magnified a distance fB / 2D sides of the sub-screen.
  • an eye box still in monocular vision at a distance D from the projection device, a dimension equal to E> 2 relatively large.
  • the solid line delimits the limit of the visible focal plane when the eye moves to the left in the figure (by a distance B2 / 2) and the dashed line delimits the limit of the visible focal plane when the eye moves to the right in the figure (from a distance B2 / 2).
  • each sub-screen has a dimension greater than fL / D.
  • the image to be superimposed on the real image is in these two cases distributed over portions of each of the subscreens of dimensions equal to fL / D.
  • the information displayed on the rest of the subscreens is redundant with the neighboring subscreens, which ensures the dimensions of the desired eye boxes.
  • Figures 9 and 10 provide the following sizing and positioning rules. It is chosen to form a matrix of QxQ 'sub-projectors, Q and Q' which can be odd or even. In both directions of the projector, the sub-projectors are arranged symmetrically with respect to the main optical axis of the projector.
  • the sub-screens are placed symmetrically with respect to the main optical axis of the device, exhibit dimensions equal to fL / D and are spaced edge-to-edge by a distance L (the centers of the subscreens are thus distant by a distance equal to L + fL / D).
  • the subscreens have dimensions equal to f / D (L + B).
  • the edge to edge of the subscreens is then less than L.
  • the magnification of the subscreens is made so as not to leave an area of a dimension equal to QfL / D centered on the optical axis of the subset. the associated optical system, where Q is the number of sub-projectors in the direction considered.
  • the peripheral sub-screens have a dimension equal to (L + y / 2) f / D, where y is the difference between the two eyes of a person.
  • y the difference between the two eyes of a person.
  • all the subscreens have dimensions equal to fL / D and are spaced edge to edge by a distance L.
  • the centers of the subscreens are thus distant by a distance equal to L + fL / D.
  • the subscreens are centered in the same way as above (the centers of the subscreens are placed at a distance from each other). the others are equal to fL / D + L but are larger by (By) f / 2D on both sides, so the subscreens have a dimension equal to (L + By) f / D. subscreens is therefore smaller than L.
  • the subscreen magnification occurs so as not to exceed an area of QfL / D dimension centered on the optical axis of the associated optical subsystem, where Q is the number of sub-projectors in the direction considered.
  • the formation of screens consisting of sub-screens whose dimensions and positioning are defined in the above manner reduces the consumption of the device, since only useful portions of a screen, or only small screens, are powered.
  • the distributions of the proposed sub-screens above can lay corre- directly to achieving practical Su regards electrodes ⁇ EXTERIOR OLED screens, which can be powered by conductive tracks (not shown) adapted to the sizes transmission of a power supply current of high amperage.

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Abstract

L'invention concerne un viseur tête haute, comprenant un ensemble de 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 amplitude de mouvement maximale autorisée (B1) 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 l'amplitude de mouvement autorisée.

Description

VISEUR TETE HAUTE COMPACT A FAIBLE CONSOMMATION D ' ENERGIE
Domaine de 1 ' 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 1 ' 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 1 ' infini ou à une 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'observateur 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
11 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. Une autre contrainte des systèmes tête haute est de prévoir un dispositif relativement compact. En effet, des contraintes d'encombrement importantes pèsent sur ces dispo¬ sitifs, 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 dispo¬ sitif 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 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 prévoit un viseur tête haute comprenant un ensemble de sous- écrans (définissant ensemble une image à afficher, chaque sous- écran étant associé à un sous-système optique, les sous-écrans étant placés dans le plan focal objet des sous-systèmes optiques, les sous-écrans étant définis en surface d'un substrat et étant disjoints, chaque sous-écran ayant une étendue inférieure à celle du sous-système optique auquel il est associé, les positions et les dimensions des sous-écrans étant définies en fonction de la longueur du trajet optique et d'une amplitude de mouvement maximale autorisée dans un plan perpendiculaire à l'axe optique et situé à une distance égale à la longueur du trajet optique, de sorte que l'image projetée par l'ensemble des sous-écrans soit vue sur toute l'amplitude de mouvement autorisée.
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, les sous-systèmes optiques sont répartis régulièrement dans un plan perpendiculaire à l'axe optique principal du viseur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, selon une première direction, l'amplitude maximale autorisée 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 dans la direction 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, selon une première direction, l'amplitude maximale autorisée 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 dans la direction 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.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, selon une première direction, l'amplitude maximale autorisée 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 dans la direction 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.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, selon une première direction, l'amplitude maximale autorisée 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 une longueur dans la direction égale à fL/D, les sous-écrans étant distants bord à bord d'une distance égale à L, f et L étant, respec¬ tivement, 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, selon une première direction, l'amplitude maximale autorisée 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-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 dans la direction 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, 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 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 ;
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 ;
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 ; et
les figures 9 et 10 illustrent la répartition de sous- écrans selon un mode de réalisation de la présente invention.
Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été 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 1 ' échelle .
Description détaillée
Pour obtenir un viseur tête haute compact, c'est-à- dire comprenant un système de projection présentant un encom¬ brement inférieur à quelques dizaines de centimètres et présen¬ tant 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 un viseur tête haute selon un mode de réalisation.
En figure 2, le dispositif comprend une lame semi- transparente 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 semi- transparente 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- systèmes optiques 26A, 26B et 26C identiques. La 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 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- 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.
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.
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 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 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 complète étant recombinée par le cerveau de l'observateur. Pour 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 électro¬ luminescentes organiques (en anglais OLED, Organic Light- Emitting 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 du sous-écran, il est nécessaire d'atteindre une luminance en sortie de l'écran de l'ordre de 20000 Cd/m^. Pour obtenir une telle luminance, il est nécessaire d'envoyer des courants importants dans l'électrode supérieure de la structure OLED, typiquement de 1 ' 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 .
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 1 ' observateur peut bouger la tête tout en recevant 1 ' inté¬ gralité 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 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 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 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 multi-pupillaire, l'image étant projetée par un ensemble de 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 24]_ et 242 placés, sur un même substrat 40, en regard de deux sous-systèmes optiques 26]_ 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 24]_ et 242 et ^-es sous-systèmes optiques 26]_ 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 de chaque sous-écran utile lors que 1 ' 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 26]_ et 262 et l'observateur est appelée trajet optique. On notera que, dans le 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 26]_ 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 24]_ 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 24]_ 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 24]_) . Cette idée est à la base du dimensionnement des sous-écrans proposé ici.
La portion 42 du sous-écran 24]_ accessible par l'oeil a une dimension fL/D, L étant le diamètre du sous-système optique 26]_, le bord de la portion 42 étant situé à une distance 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']_, 24*2 et 24*3 formés sur un substrat 40 associés à trois sous-systèmes optiques 26']_, 26*2 et 26*3. Le substrat 40 est placé dans le plan focal objet des sous-systèmes optiques 26']_, 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 1 ' axe optique principal du 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- écran 24']_ périphérique accessible à l'oeil a une dimension égale à fL/D, L étant le diamètre du sous-système optique 26']_, 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']_, 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 24]_, 242 et d'un sous-système optique 26]_, 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 24]_ 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 24]_, 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 considérée comme étant monoculaire. Cependant, les 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 l'amplitude maximale en mouvement de la tête acceptée (égale à la taille de la boîte à oeil dans une première direction) . 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 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.
Comme on le verra ci-après, les règles de dimension- nement et de positionnement de chacun des sous-écrans varient en fonction que l'on souhaite une amplitude en mouvement autorisée B nulle ou non, et que l'on se place en vision binoculaire ou monoculaire (par exemple vision binoculaire 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 une boîte à oeil B de valeur supérieure à la distance entre les deux yeux y de 1 ' 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.
Dans ces deux figures, on prévoit un dispositif comprenant un nombre Q = 5 de sous-écrans 24]_ à 245 placés en regard de cinq sous-systèmes optiques 26]_ à 265.
Dans ces figures, les sous-écrans 24]_ à 245 sont placés dans le plan focal objet des sous-systèmes optiques 26]_ à 265 de façon que, en vision monoculaire, l'image reconstituée 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. Si on souhaite une boîte à oeil non nulle (donc que l'observateur puisse bouger dans le plan des figures sans perdre l'information projetée), la portion de chaque sous-écran visible depuis n'importe quelle position de l'oeil diminue. Ainsi, pour que l'information sur l'écran soit complètement reçue par l'observateur quelle que soit sa position, la taille de chacun des sous-écrans peut être réduite. On peut également prévoir de décaler les sous-écrans de l'axe optique, ou les rapprocher, en fonction de l'amplitude B désirée (la réduction de la taille des sous-écrans présentant une limite inférieure) .
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 50j_ à 5Ο5 qui sont placées dans le plan focal objet des sous-systèmes optiques 26j_ à 265 et qui sont centrées sur l'axe optique des sous-systèmes optiques 26j_ à 265. Chaque région 50j_ à 5Ο5 présente une longueur égale à QfL/D, dans notre cas 5fL/D. On voit dans ce cas que chaque sous-écran 24]_ à 245 est placé en regard d'une portion de la région 50j_ à 5Ο5 correspondant à son rang, c'est- à-dire que les sous-écrans situés aux extrémités du dispositif sont placés aux extrémités des régions 50j_ à 5Ο5 de part et d'autre du dispositif. En outre, l'illustration des régions 50j_ à 5Ο5 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 B]_ 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 B]_/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 B]_/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 positionné et dimensionné de façon à correspondre au champ de recouvrement des régions visibles aux deux extrémités de la boîte à oeil. Cependant, pour éviter les phénomènes de fragmen¬ tation 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 .
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 E>2 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 prévoit d'augmenter la taille des sous-écrans de chaque côté de fB/2D, 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 24 -j_ dépassant de la région 50 correspondante étant inutile. Ainsi, les sous-écrans périphériques (dans notre cas les sous-écrans 24]_ 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 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 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 être pairs ou impairs. Dans les deux directions du projecteur, les sous-projecteurs sont disposés de façon symétrique par rapport à l'axe optique principal du projecteur.
En vision monoculaire, par exemple dans la direction verticale 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 dans la direction horizontale 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 ymQy entre les deux yeux d'une personne est compris entre 60 et 70 mm, typiquement de l'ordre de ymQy = 65 mm. Ainsi, en pratique, on pourra prendre y = ym0y
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 dimensions égales à fL/D et sont distants bord à bord d'une 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 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 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 dans la direction considérée.
Avantageusement, la formation d'écrans constitués de 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 corres- pondre directement à la réalisation pratique d'électrodes supé¬ rieures 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.
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 s'applique également à des systèmes de projection dans lesquels les écrans sont constitués d'éléments différents 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 variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de 1 ' art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive.

Claims

REVENDICATIONS
1. Viseur tête haute, comprenant un ensemble de sous- écrans (24]_, 242, ···/ 245) définissant ensemble une image à afficher, chaque sous-écran (24]_, 242, ···' 245) étant associé à un sous-système optique (26]_, 262, ···, 265), les sous-écrans étant placés dans le plan focal objet des sous-systèmes optiques, les sous-écrans (24]_, 242, ···' 245) étant définis en surface d'un substrat (40) et étant disjoints, chaque sous-écran ayant une étendue inférieure à celle du sous-système optique auquel il est associé, les positions et les dimensions des sous- écrans étant définies en fonction de la longueur du trajet optique (D) et d'une amplitude de mouvement maximale autorisée (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'image projetée par l'ensemble des sous-écrans soit vue sur toute l'amplitude de mouvement autorisée.
2. Viseur selon la revendication 1, dans lequel les positions et les dimensions des sous-écrans (24]_, 242, ···' 245) sont en outre définies en fonction de l'écart moyen entre les deux yeux (y) d'une personne.
3. Viseur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les sous-systèmes optiques (26]_, 262, ···, 265) sont répartis régulièrement dans un plan perpendiculaire à 1 ' axe optique principal du viseur.
4. Viseur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, selon une première direction, ladite amplitude maximale autorisée (B) 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 dans ladite direction 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.
5. Viseur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, selon une première direction, ladite amplitude maximale autorisée (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 dans ladite direction 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 .
6. Viseur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, selon une première direction, ladite amplitude maximale autorisée (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 dans ladite direction 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 .
7. Viseur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, selon une première direction, ladite amplitude maximale autorisée (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 dans ladite direction 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 .
8. Viseur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, selon une première direction, ladite amplitude maximale autorisée (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- 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 dans ladite direction 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 .
9. Viseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel chaque sous-écran (24]_, 242, ···' 245) est constitué d'une matrice de cellules à diodes électro¬ luminescentes organiques.
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