FR3153162A1 - IMPROVED LIGHT GUIDE SYSTEM AND NEAR-EYE DISPLAY DEVICE COMPRISING SUCH A SYSTEM - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif d’extraction de lumière pour système optique, comportant au moins un élément de guide optique de sortie (3) s’étendant selon une direction longitudinale z de propagation de la lumière, ledit élément de guide optique de sortie présentant une section sensiblement rectangulaire selon un plan x,y et orthogonale à la direction longitudinale z, l’élément du guide optique de sortie (3) présentant une zone d’entrée (6) configurée pour l’injection de lumière L sous forme d’ondes planes, l’élément du guide optique de sortie (3) présentant une zone de sortie (8) comprenant plusieurs miroirs d’extraction (9). Le dispositif d’extraction comprend au moins une série de plusieurs miroirs d’extraction (9) parallèles, présentant une réflectance d’au moins 0,01% et une inclinaison déterminée de 10° à 80°, l’élément du guide optique de sortie (3) étant associé à un élément démultiplicateur de lumière. Figure pour l’abrégé : [Fig 3a] The invention relates to a light extraction device for an optical system, comprising at least one output optical guide element (3) extending along a longitudinal light propagation direction z, said output optical guide element having a substantially rectangular section along an x,y plane and orthogonal to the longitudinal direction z, the output optical guide element (3) having an input zone (6) configured for injecting light L in the form of plane waves, the output optical guide element (3) having an output zone (8) comprising several extraction mirrors (9). The extraction device comprises at least one series of several parallel extraction mirrors (9), having a reflectance of at least 0.01% and a determined inclination of 10° to 80°, the output optical guide element (3) being associated with a light multiplier element. Figure for abstract: [Fig 3a]
Description
La présente invention se rapporte au domaine technique général des dispositifs et/ou systèmes optiques utilisés en réalité virtuelle ou augmentée. L’invention se rapporte notamment au domaine médical, au domaine éducatif et culturel, au domaine des jeux.The present invention relates to the general technical field of optical devices and/or systems used in virtual or augmented reality. The invention relates in particular to the medical field, the educational and cultural field, and the field of games.
L’invention trouve son application notamment dans des systèmes de navigation, de sécurité, de transport ou de prototypage dans l’industrie.The invention finds its application in particular in navigation, security, transport or prototyping systems in industry.
Le système optique conforme à l’invention fonctionne avec toute lumière polychromatique ou monochromatique, notamment dans le domaine du visible.The optical system according to the invention operates with any polychromatic or monochromatic light, particularly in the visible range.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d’extraction de lumière et un système de guide optique, utilisé dans des appareillages, accessoires ou autres instruments présentant un affichage près de l’œil, appelé également NED (Near Eye Display), du genre casques ou lunettes spéciales.The present invention relates more particularly to a light extraction device and an optical guide system, used in devices, accessories or other instruments having a display near the eye, also called NED (Near Eye Display), such as helmets or special glasses.
Les dispositifs d’affichage près de l’œil connus, notamment ceux présentant une propagation des rayons lumineux à l’air libre, présentent des inconvénients non négligeables. En effet, dans ces dispositifs, les miroirs utilisés présentent des dimensions importantes contribuant ainsi à augmenter l’encombrement desdits dispositifs. Le poids de ces dispositifs est également un inconvénient. De tels dispositifs sont notamment décrits dans les documents US 2012/0212400 A1 ou FR 2 941 786 A1.Known near-eye display devices, particularly those with light rays propagating in the open air, have significant drawbacks. In these devices, the mirrors used have large dimensions, thus contributing to increasing the size of said devices. The weight of these devices is also a drawback. Such devices are described in particular in documents US 2012/0212400 A1 or FR 2 941 786 A1.
On connait également par l’intermédiaire du document FR 2 983 976 un guide optique à éléments de guidage superposés. Les éléments de guidage, de forme lamellaire, sont jointifs à l’une de leur face et séparés par un revêtement semi-réfléchissant sur au moins une partie de leur longueur. Un positionnement précis du revêtement semi-réfléchissant rend la fabrication de tels guides optiques complexe et coûteuse. En outre, l’assemblage jointif des deux éléments de guidage doit être dépourvu d’irrégularités dimensionnelles ou de poches à air pour assurer le parfait fonctionnement du guide optique.Also known from document FR 2 983 976 is an optical guide with superimposed guide elements. The guide elements, of lamellar shape, are joined on one of their faces and separated by a semi-reflective coating over at least part of their length. Precise positioning of the semi-reflective coating makes the manufacture of such optical guides complex and expensive. In addition, the joint assembly of the two guide elements must be free of dimensional irregularities or air pockets to ensure the perfect functioning of the optical guide.
Il est par ailleurs difficile de maîtriser les pertes que subissent les signaux optiques se propageant à travers de tels guides optiques.It is also difficult to control the losses suffered by optical signals propagating through such optical guides.
Les systèmes optiques connus, notamment ceux comportant de tels guides optiques, procurent souvent un champ de vision restreint dans au moins une direction, typiquement un champ de vision de 26° (direction horizontale) x 20° (direction verticale). Ceci est très souvent un inconvénient majeur dans leurs domaines d’utilisation.Known optical systems, especially those with such optical guides, often provide a restricted field of view in at least one direction, typically a field of view of 26° (horizontal direction) x 20° (vertical direction). This is very often a major drawback in their areas of use.
Lorsque l’on cherche à élargir le champ de vision de façon notable, on est confronté à un autre inconvénient majeur, à savoir l’apparition de bandes noires dans le champ visuel. Ces bandes noires sont liées au fait que les systèmes optiques connus ne sont pas en mesure de remplir toute la pupille de l’utilisateur. Tous les champs objets en sortie de guide ne peuvent pas être couplés dans la pupille de l’œil, présentant un diamètre d’environ 2 mm à 8 mm, typiquement d’environ 4 ou 5 mm. Ce phénomène se traduit par des champs objets manquants au niveau de la surface image correspondant à la rétine de l’œil. Les champs objets manquants se traduisent en des zones noires correspondant à une absence de couplage ou des zones grises correspondant à un couplage inefficace.When trying to significantly expand the field of vision, another major drawback is the appearance of black bands in the visual field. These black bands are linked to the fact that known optical systems are not able to fill the user's entire pupil. Not all object fields at the output of the guide can be coupled into the pupil of the eye, which has a diameter of about 2 mm to 8 mm, typically about 4 or 5 mm. This phenomenon results in missing object fields at the image surface corresponding to the retina of the eye. The missing object fields result in black areas corresponding to a lack of coupling or gray areas corresponding to ineffective coupling.
On connait également, par exemple par l’intermédiaire du document US 11,125,927 B1, un guide d’onde rectangulaire comprenant un ensemble de miroirs d’extraction, parallèles, qui couplent la lumière dans l’œil de l’utilisateur. La position particulière des miroirs d’extraction et leurs coefficients de réflexion permettent de recouvrir les projections des rayons de lumière perçus par l’utilisateur et par conséquent un perception des champs images par l’utilisateur. Le problème d’apparition de bandes noires n’est aucunement résolu dans ce document. En outre la fabrication de tels guides d’ondes est complexe.Also known, for example through document US 11,125,927 B1, is a rectangular waveguide comprising a set of parallel extraction mirrors which couple the light into the user's eye. The particular position of the extraction mirrors and their reflection coefficients make it possible to cover the projections of the light rays perceived by the user and consequently a perception of the image fields by the user. The problem of the appearance of black bands is not resolved in this document. Furthermore, the manufacture of such waveguides is complex.
L’objet de la présente invention vise par conséquent à pallier les inconvénients de l’art antérieur et de fournir un nouveau dispositif d’extraction de lumière permettant d’élargir substantiellement le champ de vision tout en en minimisant l’apparition de défauts optiques du genre bandes noires et en améliorant et en homogénéisant la qualité de l’image.The object of the present invention therefore aims to overcome the drawbacks of the prior art and to provide a new light extraction device making it possible to substantially widen the field of vision while minimizing the appearance of optical defects such as black bands and improving and homogenizing the quality of the image.
L’objet de la présente invention vise également à pallier les inconvénients de l’art antérieur et de fournir un nouveau système de guide optique permettant d’élargir substantiellement le champ de vision tout en minimisant l’apparition de défauts optiques du genre bandes noires et en améliorant et en homogénéisant la qualité de l’image.The object of the present invention also aims to overcome the drawbacks of the prior art and to provide a new optical guide system making it possible to substantially widen the field of vision while minimizing the appearance of optical defects such as black bands and improving and homogenizing the quality of the image.
Un autre objet de la présente invention vise à fournir un nouveau système de guide optique plus compact et moins lourd.Another object of the present invention is to provide a new optical guide system which is more compact and less heavy.
Un autre objet de la présente invention vise à fournir un nouveau système de guide optique ou un nouveau dispositif d’extraction de lumière, lequel peut être fabriqué de façon simple, par exemple par injection.Another object of the present invention is to provide a new optical guide system or a new light extraction device, which can be manufactured in a simple manner, for example by injection.
Les objets assignés à l’invention sont atteints à l’aide de dispositif d’extraction de lumière pour système optique, comportant au moins un élément de guide optique de sortie s’étendant selon une direction longitudinale z de propagation de la lumière, défini dans un repère cartésien orthogonal direct x,y,z ledit élément de guide optique de sortie présentant une section sensiblement rectangulaire dans un plan x,y sur au moins une partie de sa longueur, l’axe y étant dirigé vers un système récepteur, l’élément du guide optique de sortie présentant une zone d’entrée pour recevoir une lumière L d’une source lumineuse sous forme d’ondes planes, l’élément du guide optique de sortie présentant une zone de sortie comprenant plusieurs miroirs d’extraction, caractérisé en ce que la zone de sortie comprend au moins une série de plusieurs miroirs d’extraction parallèles, les miroirs d’extraction d’une série présentant d’une part une réflectance d’au moins 0,01% et d’autre part un angle d’inclinaison α déterminé, correspondant à un angle de rotation par rapport à l’axe x du repère cartésien orthogonal direct x,y,z, compris entre 10° et 80° et de préférence entre 25° et 65° dans un plan y,z, l’élément de guide optique de sortie étant associé à un élément démultiplicateur de lumière pour générer à partir d’un signal lumineux, des signaux lumineux identiques ou similaires selon des chemins optiques différents.The objects assigned to the invention are achieved using a light extraction device for an optical system, comprising at least one output optical guide element extending in a longitudinal direction z of propagation of the light, defined in a direct orthogonal Cartesian reference frame x,y,z, said output optical guide element having a substantially rectangular section in an x,y plane over at least part of its length, the y axis being directed towards a receiving system, the output optical guide element having an input zone for receiving light L from a light source in the form of plane waves, the output optical guide element having an output zone comprising several extraction mirrors, characterized in that that the output zone comprises at least one series of several parallel extraction mirrors, the extraction mirrors of a series having on the one hand a reflectance of at least 0.01% and on the other hand a determined inclination angle α, corresponding to an angle of rotation relative to the x axis of the direct orthogonal Cartesian reference frame x,y,z, between 10° and 80° and preferably between 25° and 65° in a y,z plane, the output optical guide element being associated with a light multiplier element to generate from a light signal, identical or similar light signals along different optical paths.
Selon un exemple de réalisation, les miroirs d’extraction d’une série sont agencés dans la zone de sortie pour qu’un miroir d’extraction est d’aplomb avec le miroir d’extraction suivant dans un plan y,z.According to an exemplary embodiment, the extraction mirrors of a series are arranged in the output zone so that an extraction mirror is plumb with the following extraction mirror in a y,z plane.
Selon un autre exemple de réalisation, les miroirs d’extraction d’une série sont agencés dans la zone de sortie pour qu’un miroir d’extraction recouvre partiellement le miroir d’extraction suivant dans un plan y,z.According to another exemplary embodiment, the extraction mirrors of a series are arranged in the output zone so that an extraction mirror partially covers the following extraction mirror in a y,z plane.
Selon un autre exemple de réalisation, les miroirs d’extraction d’une série sont agencés dans la zone de sortie pour qu’un miroir d’extraction présente avec le miroir d’extraction suivant, un écartement em, de sorte que l’écartement emest supérieur à une valeur lm.sin(α), lmétant la longueur des miroirs dans un plan y,z.According to another exemplary embodiment, the extraction mirrors of a series are arranged in the output zone so that an extraction mirror has with the following extraction mirror, a spacing e m , so that the spacing e m is greater than a value l m .sin(α), l m being the length of the mirrors in a y,z plane.
Selon un autre exemple de réalisation, les miroirs d’extraction d’une série sont agencés dans la zone de sortie pour qu’un miroir d’extraction présente avec le miroir d’extraction suivant, un décalage dxdans la direction x et/ou un décalage dydans direction y.According to another exemplary embodiment, the extraction mirrors of a series are arranged in the output zone so that an extraction mirror has, with the following extraction mirror, an offset d x in the x direction and/or an offset d y in the y direction.
Selon un exemple de réalisation, les miroirs d’extraction d’une même série comportent chacun des zones présentant une réflectance différente.According to an exemplary embodiment, the extraction mirrors of the same series each comprise zones presenting a different reflectance.
Selon un exemple de réalisation, les miroirs d’extraction d’une même série présentent une réflectance différente d’un miroir d’extraction à un autre.According to an exemplary embodiment, the extraction mirrors of the same series have a different reflectance from one extraction mirror to another.
Selon un exemple de réalisation, la réflectance des miroirs d’extraction d’une même série augmente lorsque l’on passe d’un miroir d’extraction au suivant, dans le sens de propagation de la lumière.According to an exemplary embodiment, the reflectance of the extraction mirrors of the same series increases when moving from one extraction mirror to the next, in the direction of propagation of the light.
Selon un exemple de réalisation, les extrémités supérieures et/ou inférieures des miroirs d’extraction d’une série sont disjoints respectivement d’une face supérieure et/ou d’une face inférieure de l’élément de guide de sortie.According to an exemplary embodiment, the upper and/or lower ends of the extraction mirrors of a series are respectively disjointed from an upper face and/or a lower face of the output guide element.
Selon un exemple de réalisation, la zone de sortie comprend au moins deux séries superposées de miroirs d’extraction.According to an exemplary embodiment, the output zone comprises at least two superimposed series of extraction mirrors.
Selon un exemple de réalisation, l’élément de démultiplication comprend au moins une lame de couplage partiellement réfléchissante, s’étendant dans l’élément de guide optique de sortie.According to an exemplary embodiment, the gearing element comprises at least a partially reflective coupling blade, extending into the output optical guide element.
Selon un exemple de réalisation, l’élément de démultiplication comprend au moins un bloc additionnel associé à au moins une lame de couplage partiellement réfléchissante, ledit bloc additionnel étant fixé sur au moins une partie d’une face dudit élément de guide optique de sortie.According to an exemplary embodiment, the multiplication element comprises at least one additional block associated with at least one partially reflective coupling blade, said additional block being fixed on at least part of a face of said output optical guide element.
Les objets assignés à l’invention sont atteints également à l’aide d’un système de guide optique pour dispositif d’affichage près de l’œil comprenant :
- un élément de guide optique d’entrée présentant une zone d’entrée configurée pour être associée à un système d’injection de lumière,
- au moins un dispositif d’extraction de lumière tel que présenté ci-dessus,
- l’élément de guide optique d’entrée étant superposé à au moins un élément de guide optique de sortie en présentant un espacement mutuel de manière à délimiter un milieu d’indice optique différent entre lesdits éléments de guide,
- l’espacement mutuel s’étendant entre d’une part une première extrémité longitudinale des éléments de guide optique d’entrée et de sortie et d’autre part un bloc de transition, les éléments de guide formant à leur autre extrémité longitudinale une continuité de matière avec le bloc de transition,
- le bloc de transition comportant une extrémité libre globalement cylindrique recouverte d’un miroir cylindrique ou globalement cylindrique et formant ainsi un système de couplage optique entre l’élément de guide optique d’entrée et au moins un élément de guide optique de sortie,
- le bloc de transition étant associé à au moins un élément démultiplicateur.The objects assigned to the invention are also achieved using an optical guide system for a near-eye display device comprising:
- an input optical guide element having an input zone configured to be associated with a light injection system,
- at least one light extraction device as presented above,
- the input optical guide element being superimposed on at least one output optical guide element, presenting a mutual spacing so as to delimit a medium of different optical index between said guide elements,
- the mutual spacing extending between on the one hand a first longitudinal end of the input and output optical guide elements and on the other hand a transition block, the guide elements forming at their other longitudinal end a continuity of material with the transition block,
- the transition block comprising a generally cylindrical free end covered with a cylindrical or generally cylindrical mirror and thus forming an optical coupling system between the input optical guide element and at least one output optical guide element,
- the transition block being associated with at least one multiplier element.
Selon un exemple de réalisation, l’élément démultiplicateur comporte au moins une lame de couplage plane et parallèle à la face d’extraction et traverse au moins en partie ledit bloc de transition.According to an exemplary embodiment, the multiplier element comprises at least one coupling blade which is flat and parallel to the extraction face and passes at least partly through said transition block.
Selon un exemple de réalisation, la lame de couplage comporte une portion en saillie sur le bloc de transition, ladite portion en saillie pénétrant dans l’élément de guide optique de sortie à une hauteur intermédiaire située entre une face supérieure et une face inférieure dudit élément de guide optique de sortie, jusqu’au voisinage du premier miroir d’extraction.According to an exemplary embodiment, the coupling blade comprises a portion projecting from the transition block, said projecting portion penetrating into the output optical guide element at an intermediate height located between an upper face and a lower face of said output optical guide element, up to the vicinity of the first extraction mirror.
Les objets assignés à l’invention sont atteints également à l’aide d’un système de guide optique pour dispositif d’affichage près de l’œil comprenant :
- un élément de guide optique d’entrée présentant une zone d’entrée configurée pour être associée à un système d’injection de lumière,
- au moins un dispositif d’extraction de lumière tel que présenté ci-dessus,
- l’élément de guide optique d’entrée étant superposé à au moins un élément de guide optique de sortie en présentant un espacement mutuel de manière à délimiter un milieu d’indice optique différent entre lesdits éléments de guide,
- l’espacement mutuel s’étendant entre d’une part une première extrémité longitudinale des éléments de guide optique d’entrée et de sortie et d’autre part un bloc de transition, les éléments de guide formant à leur autre extrémité longitudinale une continuité de matière avec le bloc de transition,
- le bloc de transition comportant une extrémité libre globalement cylindrique recouverte d’un miroir globalement cylindrique et formant ainsi un système de couplage optique entre l’élément de guide optique d’entrée et au moins un élément de guide optique de sortie,
- l’élément du guide optique de sortie est superposé à au moins un élément de guide optique de sortie complémentaire en présentant un espacement mutuel additionnel de manière à délimiter un milieu d’indice optique différent entre l’élément de guide optique de sortie et l’élément de guide optique de sortie complémentaire,
- le bloc de transition comporte une partie supérieure dans le prolongement de l’élément du guide optique d’entrée et de l’élément de guide optique de sortie,
- le bloc de transition comporte une partie inférieure dans le prolongement d’élément de guide optique de sortie complémentaire,
- la partie supérieure étant reliée à la partie inférieure par un bloc de transition intermédiaire, lequel est associé à au moins un élément démultiplicateur,
- le bloc de transition intermédiaire s’étendant dans le prolongement de l’espacement mutuel additionnel.The objects assigned to the invention are also achieved using an optical guide system for a near-eye display device comprising:
- an input optical guide element having an input zone configured to be associated with a light injection system,
- at least one light extraction device as presented above,
- the input optical guide element being superimposed on at least one output optical guide element, presenting a mutual spacing so as to delimit a medium of different optical index between said guide elements,
- the mutual spacing extending between on the one hand a first longitudinal end of the input and output optical guide elements and on the other hand a transition block, the guide elements forming at their other longitudinal end a continuity of material with the transition block,
- the transition block comprising a generally cylindrical free end covered with a generally cylindrical mirror and thus forming an optical coupling system between the input optical guide element and at least one output optical guide element,
- the output optical guide element is superimposed on at least one complementary output optical guide element by having an additional mutual spacing so as to delimit a medium of different optical index between the output optical guide element and the complementary output optical guide element,
- the transition block has an upper part in the extension of the input optical guide element and the output optical guide element,
- the transition block has a lower part in the extension of the complementary output optical guide element,
- the upper part being connected to the lower part by an intermediate transition block, which is associated with at least one multiplier element,
- the intermediate transition block extending in the extension of the additional mutual spacing.
Selon un exemple de réalisation, le bloc de transition intermédiaire est en saillie sur le bloc de transition.According to an exemplary embodiment, the intermediate transition block projects from the transition block.
Selon un exemple de réalisation, les miroirs d’extraction de l’élément de guide optique de sortie complémentaire présentent un angle d’inclinaison α1par rapport à l’axe x du repère cartésien orthogonal direct x,y,z, différent de l’angle d’inclinaison α.According to an exemplary embodiment, the extraction mirrors of the complementary output optical guide element have an inclination angle α 1 relative to the x axis of the direct orthogonal Cartesian reference frame x,y,z, different from the inclination angle α.
Selon un exemple de réalisation, l’élément de guide optique d’entrée présente une face supérieure et une face inférieure laquelle délimite en partie l’espacement mutuel, les faces inférieure et supérieure présentant une inclinaison mutuelle d’un angle β compris entre - 10° et + 10°.According to an exemplary embodiment, the input optical guide element has an upper face and a lower face which partly delimits the mutual spacing, the lower and upper faces having a mutual inclination of an angle β between - 10° and + 10°.
Selon un exemple de réalisation, l’extrémité libre globalement cylindrique du bloc de transition et le miroir cylindrique ou globalement cylindrique présentent un axe de symétrie incliné par rapport à une direction orthogonale à une face de l’élément de guide optique d’entrée.According to an exemplary embodiment, the generally cylindrical free end of the transition block and the cylindrical or generally cylindrical mirror have an axis of symmetry inclined relative to a direction orthogonal to a face of the input optical guide element.
Les objets assignés à l’invention sont atteints également à l’aide d’un système optique d’affichage près de l’œil du genre casque ou lunettes intelligentes, de réalité virtuelle, augmentée, mixte ou étendue, comprenant au moins un dispositif d’extraction de lumière tel que présenté ci-dessus et un système d’injection de lumière sous forme d’ondes planes, comportant au moins un affichage en tant que source lumineuse.The objects assigned to the invention are also achieved using an optical system for displaying near the eye, such as a headset or smart glasses, for virtual, augmented, mixed or extended reality, comprising at least one light extraction device as presented above and a system for injecting light in the form of plane waves, comprising at least one display as a light source.
Les objets assignés à l’invention sont atteints également à l’aide d’un système optique d’affichage près de l’œil du genre casque ou lunettes intelligentes, de réalité virtuelle, augmentée, mixte ou étendue, comprenant un système de guide optique tel que présenté ci-dessus et un système d’injection de lumière sous forme d’ondes planes, comportant au moins un affichage en tant que source lumineuse.The objects assigned to the invention are also achieved using an optical system for displaying near the eye, such as a headset or smart glasses, for virtual, augmented, mixed or extended reality, comprising an optical guide system as presented above and a system for injecting light in the form of plane waves, comprising at least one display as a light source.
Dans la présente, les termes « élément démultiplicateur » doivent être compris de manière large comme étant un élément optique dont la fonction est de générer à partir d’un signal lumineux, des signaux lumineux identiques ou similaires selon des chemins optiques différents. La pluralité de signaux lumineux obtenue est ensuite recombinée en une seule image dans un système récepteur, lequel peut être un œil d’un utilisateur ou un système comportant un capteur optique.As used herein, the term "multiplier element" should be understood broadly as an optical element whose function is to generate, from a light signal, identical or similar light signals along different optical paths. The plurality of light signals obtained is then recombined into a single image in a receiving system, which may be a user's eye or a system comprising an optical sensor.
Les termes « source lumineuse » ou « source de lumière » doivent être compris comme étant un ensemble de pixels ou d’éléments d’images qui émet une lumière monochromatique ou polychromatique. A titre d’exemple, on peut citer un affichage ou un micro-affichage.The terms "light source" or "light source" should be understood as a set of pixels or image elements that emit monochromatic or polychromatic light. An example of this is a display or micro-display.
En outre, le fait de pouvoir utiliser des ondes planes, permet de simplifier la configuration du dispositif d’extraction de lumière et du système de guide optique et par conséquent de réduire leur coût.Furthermore, the ability to use plane waves simplifies the configuration of the light extraction device and the optical guide system and therefore reduces their cost.
Le système optique conforme à l’invention est avantageusement intégré à un casque de réalité virtuelle ou augmentée.The optical system according to the invention is advantageously integrated into a virtual or augmented reality headset.
Le système de guide optique conforme à l’invention présente également l’énorme avantage d’être très compact et léger. Pour une compacité similaire à celle d’un système optique connu, le champ de vision est substantiellement augmenté.The optical guide system according to the invention also has the enormous advantage of being very compact and lightweight. For a compactness similar to that of a known optical system, the field of vision is substantially increased.
Un avantage remarquable du guide optique conforme à l’invention réside dans l’obtention d’un champ de vision élargi. En effet, le champ de vision maximal obtenu, exprimé dans l’air, est au moins de 20° en direction horizontale et au moins de 40° en direction verticale, augmentant ainsi de façon substantielle le champ de vision, notamment dans la direction verticale et ce en évitant l’apparition de bandes noires dans le champ de vision.A remarkable advantage of the optical guide according to the invention lies in obtaining an enlarged field of vision. Indeed, the maximum field of vision obtained, expressed in the air, is at least 20° in the horizontal direction and at least 40° in the vertical direction, thus substantially increasing the field of vision, in particular in the vertical direction and avoiding the appearance of black bands in the field of vision.
Le système optique conforme à l’invention permet par exemple d’augmenter la zone de déplacement du système récepteur, typiquement l’œil de l’utilisateur et garantir ainsi une détection acceptable. Cette zone, appelée « eyebox » varie selon les exemples de réalisation conformes à l’invention, typiquement de 15 mm (H : horizontalement) x 12 mm (V : verticalement), pour une pupille d’un diamètre de 4 mm, en utilisant un guide d’extraction de lumière.The optical system according to the invention makes it possible, for example, to increase the displacement zone of the receiving system, typically the user's eye, and thus guarantee acceptable detection. This zone, called "eyebox", varies according to the embodiments according to the invention, typically 15 mm (H: horizontally) x 12 mm (V: vertically), for a pupil with a diameter of 4 mm, using a light extraction guide.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows, a description made with reference to the appended drawings given as illustrative and non-limiting examples, in which:
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A titre de comparaison, la
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Le dispositif d’extraction comporte un élément de guide optique de sortie 3 s’étendant selon une direction longitudinale z de propagation du signal lumineux. L’espace est avantageusement repéré par un repère cartésien orthogonal direct x, y, z. L’axe z correspond à une direction de propagation dans un sens ou dans l’autre, dans ledit élément de guide optique de sortie 3, des champs optiques émis par une source lumineuse. L’axe y correspond alors à la direction d’extraction du signal lumineux de l’élément de guide optique de sortie 3.The extraction device comprises an output optical guide element 3 extending in a longitudinal direction z of propagation of the light signal. The space is advantageously identified by a direct orthogonal Cartesian reference frame x, y, z. The z axis corresponds to a direction of propagation in one direction or the other, in said output optical guide element 3, of the optical fields emitted by a light source. The y axis then corresponds to the direction of extraction of the light signal from the output optical guide element 3.
L’élément de guide optique de sortie 3 présente une section sensiblement rectangulaire selon un plan x,y orthogonal à la direction longitudinale z. L’élément de guide optique présente une face supérieure 4 et une face inférieure 5, sensiblement planes. La face inférieure 5 constitue par exemple la face d’extraction de la lumière dans le plan z,x.The output optical guide element 3 has a substantially rectangular section along an x,y plane orthogonal to the longitudinal direction z. The optical guide element has an upper face 4 and a lower face 5, which are substantially planar. The lower face 5 constitutes, for example, the light extraction face in the z,x plane.
L’élément du guide optique de sortie 3 présente une zone d’entrée 6 pour recevoir une lumière L sous forme d’ondes planes. Cette injection de lumière est obtenue par l’intermédiaire d’un système d’injection de lumière 7 associé, monté ou fixé sur la zone d’entrée 6.The element of the output optical guide 3 has an input zone 6 for receiving light L in the form of plane waves. This injection of light is obtained by means of an associated light injection system 7, mounted or fixed on the input zone 6.
L’élément du guide optique de sortie 3 présente en outre une zone de sortie 8 comprenant plusieurs miroirs d’extraction 9. Les termes « miroir d’extraction » doivent être compris comme étant un élément ou organe au moins partiellement réfléchissant, c’est-à-dire transparent ou partiellement transparent pour au moins une partie du spectre des longueurs d’ondes utilisées, allant par exemple de 400 nm à 800 nm.The element of the output optical guide 3 further has an output zone 8 comprising several extraction mirrors 9. The terms “extraction mirror” must be understood as being an element or member that is at least partially reflective, that is to say transparent or partially transparent for at least part of the spectrum of wavelengths used, ranging for example from 400 nm to 800 nm.
Dans l’exemple de réalisation montré à la
Les miroirs d’extraction 9 présentent par exemple une réflectance d’au moins 0,01%, de préférence comprise entre 0,1% et 95% et plus préférentiellement comprise entre 1% et 20%. De manière remarquable et inattendue, l’utilisation de miroirs d’extraction 9 pouvant présenter une réflectance extrêmement faible, permet d’atteindre des performances satisfaisantes pour le dispositif d’extraction.The extraction mirrors 9 have, for example, a reflectance of at least 0.01%, preferably between 0.1% and 95% and more preferably between 1% and 20%. Remarkably and unexpectedly, the use of extraction mirrors 9 which can have an extremely low reflectance makes it possible to achieve satisfactory performance for the extraction device.
Les miroirs d’extraction 9 présentent un angle d’inclinaison α déterminé. Ce dernier est l’angle de rotation par rapport à l’axe x du repère cartésien orthogonal direct x,y,z. Dans un exemple de réalisation, illustré notamment aux
L’élément de guide optique de sortie 3 est associé à un élément démultiplicateur de lumière pour générer à partir d’un signal lumineux, une pluralité de signaux lumineux identiques ou similaires selon des chemins optiques différents. L’élément démultiplicateur de lumière est par exemple une lame de couplage 10, partiellement réfléchissante, s’étendant dans l’élément de guide optique de sortie 3.The output optical guide element 3 is associated with a light multiplying element for generating, from a light signal, a plurality of identical or similar light signals along different optical paths. The light multiplying element is, for example, a partially reflective coupling plate 10 extending into the output optical guide element 3.
Selon un exemple de réalisation la lame de couplage 10 s’étend de l’extrémité ou du voisinage de l’extrémité de la zone d’entrée 6, jusqu’au voisinage du ou d’un premier miroir d’extraction 9. Par voisinage, il faut comprendre un écartement compris entre 0 μm et 20 mm.According to an exemplary embodiment, the coupling blade 10 extends from the end or the vicinity of the end of the entry zone 6, to the vicinity of the or a first extraction mirror 9. By vicinity, it is necessary to understand a spacing of between 0 μm and 20 mm.
Selon un autre exemple de réalisation, l’élément de démultiplicateur de lumière peut comporter plusieurs lames de couplage 10. La lame de couplage 10 est par exemple métallique.According to another exemplary embodiment, the light multiplier element may comprise several coupling blades 10. The coupling blade 10 is for example metallic.
La lame de couplage 10 comprend par exemple au moins une couche métallique d’épaisseur de préférence inférieure à quelques dizaines de nanomètres et/ou au moins une couche de matériau diélectriques d’épaisseur de préférence comprise entre quelques dizaines de nanomètres et quelques dizaines de micromètres.The coupling blade 10 comprises, for example, at least one metal layer with a thickness preferably less than a few tens of nanometers and/or at least one layer of dielectric material with a thickness preferably between a few tens of nanometers and a few tens of micrometers.
A titre d’exemple, la lame de couplage 10 comprend au moins une couche métallique d’épaisseur de préférence inférieure à 20 nanomètres et/ou au moins une couche de matériau diélectriques d’épaisseur de préférence comprise entre quelques 50 nanomètres et 10 micromètres.By way of example, the coupling blade 10 comprises at least one metal layer with a thickness preferably less than 20 nanometers and/or at least one layer of dielectric material with a thickness preferably between a few 50 nanometers and 10 micrometers.
L’élément démultiplicateur de lumière présente avantageusement une réflectance comprise entre 20% et 70% et de préférence comprise entre 40% et 50%. Cette réflectance peut être obtenue en ajustant l’épaisseur de la lame de couplage 10 et/ou en choisissant un matériau donné ou des couches de matériaux donnés pour réaliser la lame de couplage 10.The light multiplying element advantageously has a reflectance of between 20% and 70% and preferably of between 40% and 50%. This reflectance can be obtained by adjusting the thickness of the coupling blade 10 and/or by choosing a given material or layers of given materials to produce the coupling blade 10.
La lame de couplage 10 peut aussi, selon un autre mode de réalisation, présenter des zones de réflectance nulle et des zones de réflectance égale à ou proche de 100%, dont les dimensions respectives sont déterminées pour obtenir une réflectance déterminée pour ladite l’intégralité de la lame de couplage 10. La lame de couplage 10 se présente par exemple sous la forme d’un damier. La valeur de la réflectance peut aussi être modulée d’une zone à une autre.The coupling blade 10 may also, according to another embodiment, have zones of zero reflectance and zones of reflectance equal to or close to 100%, the respective dimensions of which are determined to obtain a determined reflectance for said entirety of the coupling blade 10. The coupling blade 10 is for example in the form of a checkerboard. The value of the reflectance may also be modulated from one zone to another.
A titre d’exemple de réalisation, l’élément démultiplicateur comprend au moins une lame de couplage 10 partiellement réfléchissante, laquelle s’étend dans l’élément de guide optique de sortie 3 du voisinage d’une extrémité de la zone d’entrée 6, jusqu’au voisinage d’un premier miroir d’extraction 9.As an exemplary embodiment, the multiplier element comprises at least one partially reflective coupling blade 10, which extends in the output optical guide element 3 from the vicinity of one end of the input zone 6, to the vicinity of a first extraction mirror 9.
Selon un exemple de réalisation, les miroirs d’extraction 9 d’une série sont agencés dans la zone de sortie 6 pour qu’un miroir d’extraction 9 présente avec le miroir d’extraction 9 suivant, un écartement em, de sorte que emest supérieur à une valeur lm.sin(α), lmétant la longueur des miroirs d’extraction 9 dans un plan y,z. Il n’y a donc pas de recouvrement, même partiel, des miroirs d’extraction 9 d’une même série dans le plan y,z. L’écartement empour un élément de guide optique de sortie 3 présentant une épaisseur de 4 mm et une valeur lm.sin(α) de 3 mm, est par exemple compris entre 3 mm et 7 mm.According to an exemplary embodiment, the extraction mirrors 9 of a series are arranged in the output zone 6 so that an extraction mirror 9 has, with the following extraction mirror 9, a spacing e m , such that e m is greater than a value l m .sin(α), l m being the length of the extraction mirrors 9 in a y,z plane. There is therefore no overlap, even partial, of the extraction mirrors 9 of the same series in the y,z plane. The spacing e m for an output optical guide element 3 having a thickness of 4 mm and a value l m .sin(α) of 3 mm, is for example between 3 mm and 7 mm.
Selon un autre exemple de réalisation, les miroirs d’extraction 9 d’une série sont agencés dans la zone de sortie 8 pour qu’un miroir d’extraction 9 est d’aplomb avec le miroir d’extraction 9 suivant dans un plan y,z.According to another exemplary embodiment, the extraction mirrors 9 of a series are arranged in the output zone 8 so that an extraction mirror 9 is plumb with the following extraction mirror 9 in a y,z plane.
Selon encore un autre exemple de réalisation, les miroirs d’extraction 9 d’une série sont agencés dans la zone de sortie 8 pour qu’un miroir d’extraction 9 recouvre au moins partiellement le miroir d’extraction 9 suivant dans un plan y,z. L’écartement emest alors inférieur à la valeur lm.sin(α). A titre d’exemple, pour un élément du guide optique de sortie 3 présentant une épaisseur de 4 mm et une valeur lm.sin(α) de 3 mm, l’écartement emest compris entre 0,1 mm et 3 mm.According to yet another exemplary embodiment, the extraction mirrors 9 of a series are arranged in the output zone 8 so that an extraction mirror 9 at least partially covers the following extraction mirror 9 in a y,z plane. The spacing e m is then less than the value l m .sin(α). For example, for an element of the output optical guide 3 having a thickness of 4 mm and a value l m .sin(α) of 3 mm, the spacing e m is between 0.1 mm and 3 mm.
Selon un autre exemple de réalisation, les miroirs d’extraction 9 d’une série sont agencés dans la zone de sortie 8 pour qu’un miroir d’extraction 9 présente avec le miroir d’extraction 9 suivant, un décalage dxdans la direction x et/ou un décalage dydans la direction y. avantageusement, le décalage dxet/ou le décalage dyest compris par exemple entre 50 μm et 2 mm. Les dimensions en longueur et en largeur des miroirs d’extraction 9 sont choisies de manière à permettre de tels décalages dans l’élément de guide de sortie 3. Les extrémités supérieures et/ou inférieures des miroirs d’extraction 9 d’une série, sont par exemple disjoints respectivement de la face supérieure 4 ou de la face inférieure 5.According to another exemplary embodiment, the extraction mirrors 9 of a series are arranged in the output zone 8 so that an extraction mirror 9 has, with the following extraction mirror 9, an offset d x in the x direction and/or an offset d y in the y direction. Advantageously, the offset d x and/or the offset d y is for example between 50 μm and 2 mm. The length and width dimensions of the extraction mirrors 9 are chosen so as to allow such offsets in the output guide element 3. The upper and/or lower ends of the extraction mirrors 9 of a series are for example disjointed respectively from the upper face 4 or from the lower face 5.
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A titre d’exemple, les miroirs d’extraction 9 de la première série présentent un angle d’inclinaison α déterminé par rapport à l’axe x du repère cartésien orthogonal direct x,y,z.For example, the extraction mirrors 9 of the first series have an inclination angle α determined relative to the x axis of the direct orthogonal Cartesian reference frame x,y,z.
La deuxième série de miroirs d’extraction 9 présentent un angle d’inclinaison α1déterminé par rapport à l’axe x du repère cartésien orthogonal direct x,y,z. L’angle α1est l’angle de rotation par rapport à l’axe x du repère cartésien orthogonal direct x,y,z.The second series of extraction mirrors 9 have an inclination angle α 1 determined with respect to the x axis of the direct orthogonal Cartesian reference frame x,y,z. The angle α 1 is the rotation angle with respect to the x axis of the direct orthogonal Cartesian reference frame x,y,z.
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Selon un exemple de réalisation, le bloc additionnel 11 s’étend du voisinage d’une extrémité de la zone d’entrée 6 jusqu’au niveau d’un premier miroir d’extraction 9. L’interface du bloc additionnel 11 et de la face d’extraction comprend une lame de couplage 10.According to an exemplary embodiment, the additional block 11 extends from the vicinity of one end of the entry zone 6 to the level of a first extraction mirror 9. The interface of the additional block 11 and the extraction face comprises a coupling blade 10.
Selon un exemple de réalisation, le bloc additionnel 11 comporte au moins une face revêtue d’une couche absorbante et/ou inclinée d’un angle proche ou identique à un angle d’inclinaison α ou α1des miroirs d’extraction 9.According to an exemplary embodiment, the additional block 11 comprises at least one face coated with an absorbent layer and/or inclined at an angle close to or identical to an inclination angle α or α 1 of the extraction mirrors 9.
A titre d’exemple de réalisation, une seconde lame de couplage 10 peut être intégrée dans le bloc additionnel 11.As an example of embodiment, a second coupling blade 10 can be integrated into the additional block 11.
Le matériau constitutif du bloc additionnel 11 est par exemple identique au matériau constitutif de l’élément de guide de sortie 3.The material constituting the additional block 11 is for example identical to the material constituting the output guide element 3.
Le bloc additionnel 11 est avantageusement fixé sur la face inférieure 5 de l’élément de guide de sortie 3. L’interface du bloc additionnel 11 et de l’élément de guide de sortie 3, plus précisément de la face inférieure 5 comporte avantageusement la lame de couplage 10 partiellement réfléchissante.The additional block 11 is advantageously fixed on the lower face 5 of the output guide element 3. The interface of the additional block 11 and the output guide element 3, more precisely of the lower face 5, advantageously comprises the partially reflective coupling blade 10.
Selon un autre exemple de réalisation, la ou une autre lame de couplage 10 peut être intégrée dans le bloc additionnel 11, à une hauteur intermédiaire.According to another exemplary embodiment, the or another coupling blade 10 can be integrated into the additional block 11, at an intermediate height.
Le bloc additionnel 11 peut également intégrer deux ou plusieurs lames de couplage 10 disposées entre la face inférieure et la face supérieure dudit bloc additionnel 11, à des hauteurs intermédiaires différentes.The additional block 11 can also integrate two or more coupling blades 10 arranged between the lower face and the upper face of said additional block 11, at different intermediate heights.
Selon un autre exemple de réalisation, une ou plusieurs lames de couplage 10 peuvent être intégrées dans l’élément de guide optique de sortie 3 au niveau de la zone d’entrée 6. Le bloc additionnel 11, avec ou sans lames de couplage 10 peut par ailleurs être fixé sur l’une quelconques des faces de l’élément de guide optique de sortie 3. Le bloc additionnel 11 peut par exemple être positionné sur la face inférieure 5 à différentes positions.According to another exemplary embodiment, one or more coupling blades 10 can be integrated into the output optical guide element 3 at the input zone 6. The additional block 11, with or without coupling blades 10, can also be fixed to any of the faces of the output optical guide element 3. The additional block 11 can, for example, be positioned on the lower face 5 at different positions.
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Les éléments de guide de sortie 3 et 3a présentent sur une partie de leur longueur selon l’axe z et de leur largeur selon l’axe x, un écart, pour délimiter un espace 3b formant une fine couche d’air ou rempli d’un matériau d’indice optique différent de celui desdits éléments de guide optique de sortie 3 et 3a. L’élément démultiplicateur comprend ainsi le bloc additionnel 11 associé à une lame de couplage 10. Cette dernière est avantageusement localisée à l’interface du bloc additionnel 11 de l’élément de guide optique de sortie 3.The output guide elements 3 and 3a have, over a part of their length along the z axis and their width along the x axis, a gap, to delimit a space 3b forming a thin layer of air or filled with a material with an optical index different from that of said output optical guide elements 3 and 3a. The multiplier element thus comprises the additional block 11 associated with a coupling blade 10. The latter is advantageously located at the interface of the additional block 11 of the output optical guide element 3.
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Les éléments de guide de sortie 3 et 3a présentent sur l’intégralité de leur longueur selon l’axe z et de leur largeur selon l’axe x, un écart pour délimiter un espace 3b formant une fine couche d’air ou rempli d’un matériau d’indice optique différent de celui desdits éléments de guide optique de sortie 3 et 3a. L’élément démultiplicateur comprend alors un jeu de miroirs semi-réfléchissants M1 et M2 disposés respectivement dans les éléments de guide optique de sortie 3 et 3a. Les miroirs semi-réfléchissants M1 et M2 sont par exemple superposés et présentent une inclinaison respective α2et α3.The output guide elements 3 and 3a have, over their entire length along the z axis and their width along the x axis, a gap to delimit a space 3b forming a thin layer of air or filled with a material with an optical index different from that of said output optical guide elements 3 and 3a. The multiplier element then comprises a set of semi-reflecting mirrors M1 and M2 arranged respectively in the output optical guide elements 3 and 3a. The semi-reflecting mirrors M1 and M2 are for example superimposed and have a respective inclination α 2 and α 3 .
Selon un autre exemple de réalisation, le miroir M2 est totalement réfléchissant pour éviter une déperdition de lumière.According to another embodiment, the mirror M2 is totally reflective to avoid loss of light.
Selon un exemple de réalisation, les inclinaisons α2et α3respectives des miroirs semi-réfléchissants M1 et M2 sont différentes des inclinaisons α et α1des séries de miroirs d’extraction 9 situées en aval (dans le sens de la propagation de la lumière) dans l’élément de guide optique de sortie 3 ou 3a correspondant. A titre d’exemples, les valeurs pour α2et α3, sont respectivement 60° et 68°.According to an exemplary embodiment, the respective inclinations α 2 and α 3 of the semi-reflecting mirrors M1 and M2 are different from the inclinations α and α 1 of the series of extraction mirrors 9 located downstream (in the direction of propagation of the light) in the corresponding output optical guide element 3 or 3a. As examples, the values for α 2 and α 3 are respectively 60° and 68°.
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Le système de guide optique comprend un élément de guide optique d’entrée 12 présentant une extrémité longitudinale d’entrée 13, laquelle est destinée à être associée à un système d’injection de lumière 7, non représenté. Le système de guide optique comprend également au moins un dispositif d’extraction de lumière tel que décrit ci-dessus.The optical guide system comprises an input optical guide element 12 having a longitudinal input end 13, which is intended to be associated with a light injection system 7, not shown. The optical guide system also comprises at least one light extraction device as described above.
L’élément de guide optique d’entrée 12 est superposé à l’élément de guide optique de sortie 3 en présentant un espacement mutuel 14, de manière à délimiter une fine couche d’air entre lesdits éléments de guide optique d’entrée 12 et de sortie 3. Cet espacement peut également délimiter un espace comblé par un matériau présentant un indice optique différent de celui des éléments de guide optique d’entrée 12 et de sortie 3.The input optical guide element 12 is superimposed on the output optical guide element 3, having a mutual spacing 14, so as to delimit a thin layer of air between said input optical guide elements 12 and output 3. This spacing can also delimit a space filled by a material having an optical index different from that of the input optical guide elements 12 and output 3.
L’espacement mutuel 14 s’étend entre, d’une part une extrémité longitudinale 13 des éléments de guide optique d’entrée 12 et de sortie 3 et d’autre part un bloc de transition 15 situé à une autre extrémité longitudinale desdits éléments de guide optique d’entrée 12 et de sortie 3. Les éléments de guide optique d’entrée 12 et de sortie 3 forment avantageusement à leur autre extrémité longitudinale une continuité de matière avec le bloc de transition 15. Le bloc de transition 15 et les éléments de guide optique d’entrée 12 et de sortie 3 sont par exemple réalisés d’une seule pièce ou assemblés, par exemple par collage.The mutual spacing 14 extends between, on the one hand, a longitudinal end 13 of the input 12 and output 3 optical guide elements and, on the other hand, a transition block 15 located at another longitudinal end of said input 12 and output 3 optical guide elements. The input 12 and output 3 optical guide elements advantageously form, at their other longitudinal end, a continuity of material with the transition block 15. The transition block 15 and the input 12 and output 3 optical guide elements are, for example, made from a single piece or assembled, for example by gluing.
Le bloc de transition 15 comporte une extrémité libre globalement cylindrique recouverte d’un miroir cylindrique 16 ou globalement cylindrique et forme ainsi un système de couplage optique entre l’élément de guide optique d’entrée 12 et au moins l’élément de guide optique de sortie 3. Une forme cylindrique ou globalement cylindrique, notamment pour le miroir cylindrique 16 ou pour le bloc de transition 15, signifie que la forme cylindrique peut présenter localement des déformations qui permettent de corriger d’éventuelles aberrations. Les termes « globalement cylindrique » doivent être aussi compris comme englobant le cas échéant une forme cylindrique parfaite ou quasi parfaite ou dépourvue de déformations.The transition block 15 has a generally cylindrical free end covered with a cylindrical mirror 16 or generally cylindrical and thus forms an optical coupling system between the input optical guide element 12 and at least the output optical guide element 3. A cylindrical or generally cylindrical shape, in particular for the cylindrical mirror 16 or for the transition block 15, means that the cylindrical shape can locally have deformations which make it possible to correct any aberrations. The terms “generally cylindrical” must also be understood as including, where appropriate, a perfect or almost perfect cylindrical shape or one devoid of deformations.
Le bloc de transition 15 est avantageusement associé à au moins un élément démultiplicateur. A titre d’exemple, le bloc de transition 15 intègre au moins un élément démultiplicateur, par exemple sous la forme d’une lame de couplage 10. La lame de couplage 10 est partiellement réfléchissante et sa réflectance est comprise entre 20% et 70% et de préférence comprise entre 40% et 50%.The transition block 15 is advantageously associated with at least one demultiplier element. For example, the transition block 15 integrates at least one demultiplier element, for example in the form of a coupling blade 10. The coupling blade 10 is partially reflective and its reflectance is between 20% and 70% and preferably between 40% and 50%.
La lame de couplage 10 est par exemple plane et parallèle aux faces inférieure 15a et supérieure 15b du bloc de transition 15 ou parallèle au moins à la face inférieure 5 et à la face supérieure 4 de l’élément de guide optique de sortie 3. On évite ainsi l’apparition d’images fantômes.The coupling blade 10 is for example flat and parallel to the lower 15a and upper 15b faces of the transition block 15 or parallel at least to the lower 5 and upper 4 faces of the output optical guide element 3. This avoids the appearance of ghost images.
La lame de couplage 10 s’étend avantageusement jusqu’à une zone située au voisinage du miroir globalement cylindrique 16 avec une extrémité longitudinale, son extrémité longitudinale opposée 10a s’étendant par exemple jusqu’à l’extrémité 15c du bloc de transition 15. La lame de couplage 10 est par exemple continue ou discontinue en présentant des lacunes.The coupling blade 10 advantageously extends to an area located in the vicinity of the generally cylindrical mirror 16 with a longitudinal end, its opposite longitudinal end 10a extending for example to the end 15c of the transition block 15. The coupling blade 10 is for example continuous or discontinuous, having gaps.
Selon un exemple de réalisation du système de guide optique, la lame de couplage 10 comporte une portion en saillie sur l’extrémité 15c du bloc de transition 15. Cette portion en saillie, pénètre dans l’élément de guide optique de sortie 3 à une hauteur intermédiaire située entre la face supérieure 4 et la face inférieure 5 dudit élément de guide optique de sortie 3. Son extrémité longitudinale opposée 10a s’étend jusqu’au voisinage du premier miroir d’extraction 9.According to an exemplary embodiment of the optical guide system, the coupling blade 10 comprises a projecting portion on the end 15c of the transition block 15. This projecting portion penetrates into the output optical guide element 3 at an intermediate height located between the upper face 4 and the lower face 5 of said output optical guide element 3. Its opposite longitudinal end 10a extends to the vicinity of the first extraction mirror 9.
L’élément de guide optique d’entrée 12, par exemple de section transversale rectangulaire, présente une face supérieure 17 et une face inférieure 18. La face inférieure 18, laquelle délimite en partie l’espacement mutuel 14, présente par exemple par rapport à ladite face supérieure 17 une inclinaison d’un angle β compris entre -10° et +10°. Lorsque l’angle β est nul, les faces supérieure 17 et inférieure 18 sont parallèles. Le choix de l’angle β permet d’optimiser le couplage optique obtenu par le bloc de transition 15 associé au miroir cylindrique 16.The input optical guide element 12, for example of rectangular cross-section, has an upper face 17 and a lower face 18. The lower face 18, which partly delimits the mutual spacing 14, has for example with respect to said upper face 17 an inclination of an angle β of between -10° and +10°. When the angle β is zero, the upper 17 and lower 18 faces are parallel. The choice of the angle β makes it possible to optimize the optical coupling obtained by the transition block 15 associated with the cylindrical mirror 16.
Selon un exemple de réalisation, l’extrémité libre cylindrique du bloc de transition 15 et le miroir cylindrique 16, présentent un axe de symétrie incliné par rapport à une direction D, orthogonale à la face supérieure 17 ou inférieure 18 de l’élément de guide optique d’entrée 12. Cette inclinaison présente avantageusement un angle θ compris entre -10° et +10°. Le choix de l’angle θ peut par exemple être utilisé pour décaler des images fantômes ou des reflets hors du champ de vision.According to an exemplary embodiment, the cylindrical free end of the transition block 15 and the cylindrical mirror 16 have an axis of symmetry inclined relative to a direction D, orthogonal to the upper face 17 or lower face 18 of the input optical guide element 12. This inclination advantageously has an angle θ of between -10° and +10°. The choice of the angle θ can for example be used to shift ghost images or reflections out of the field of vision.
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Le système de guide optique comprend un élément de guide optique d’entrée 12 et au moins un dispositif d’extraction de lumière tels que décrits ci-dessus. L’élément de guide optique de sortie 3 est avantageusement superposé à au moins un élément de guide optique de sortie complémentaire 19 en présentant un espacement mutuel additionnel 20 de manière à délimiter un milieu d’indice optique différent, par exemple une fine couche d’air ou de gaz ou d’un matériau solide, entre l’élément de guide optique de sortie 3 et l’élément de guide optique de sortie complémentaire 19. L’espacement mutuel additionnel 20 est donc délimité par la face inférieure 5 de l’élément de guide optique de sortie 3 et par une face supérieure 21 de l’élément de guide optique de sortie complémentaire19. Ce dernier présente également une face inférieure 22, constituant la face d’extraction de lumière, en regard de la pupille 1.The optical guide system comprises an input optical guide element 12 and at least one light extraction device as described above. The output optical guide element 3 is advantageously superimposed on at least one complementary output optical guide element 19 by having an additional mutual spacing 20 so as to delimit a medium of different optical index, for example a thin layer of air or gas or a solid material, between the output optical guide element 3 and the complementary output optical guide element 19. The additional mutual spacing 20 is therefore delimited by the lower face 5 of the output optical guide element 3 and by an upper face 21 of the complementary output optical guide element 19. The latter also has a lower face 22, constituting the light extraction face, facing the pupil 1.
Le bloc de transition 15 comporte une partie supérieure 15d située dans le prolongement de l’élément du guide optique d’entrée 12 et de l’élément de guide optique de sortie 3. Le bloc de transition 15 comporte également une partie inférieure 15e située dans le prolongement d’élément de guide optique de sortie complémentaire 19.The transition block 15 comprises an upper part 15d located in the extension of the input optical guide element 12 and the output optical guide element 3. The transition block 15 also comprises a lower part 15e located in the extension of the complementary output optical guide element 19.
La partie supérieure 15d est reliée à la partie inférieure 15e par un bloc de transition intermédiaire 23. Le bloc de transition intermédiaire 23 est associé à au moins un élément démultiplicateur. L’élément démultiplicateur comprend par exemple une lame de couplage 10.The upper part 15d is connected to the lower part 15e by an intermediate transition block 23. The intermediate transition block 23 is associated with at least one gearing element. The gearing element comprises, for example, a coupling blade 10.
L’interface du bloc de transition intermédiaire 23 et du bloc de transition supérieur 15d est avantageusement constituée, au moins en partie, par la lame de couplage 10. L’épaisseur du bloc de transition intermédiaire 23, revêtu par la lame de couplage 10, correspond à l’épaisseur de l’espacement mutuel additionnel 20, lequel est situé dans le prolongement dudit bloc de transition intermédiaire 23.The interface of the intermediate transition block 23 and the upper transition block 15d is advantageously constituted, at least in part, by the coupling blade 10. The thickness of the intermediate transition block 23, coated by the coupling blade 10, corresponds to the thickness of the additional mutual spacing 20, which is located in the extension of said intermediate transition block 23.
Le bloc de transition intermédiaire 23 et la lame de couplage 10 associée sont avantageusement en saillie sur les parties supérieure 15d et inférieure 15e du bloc de transition 15.The intermediate transition block 23 and the associated coupling blade 10 advantageously protrude from the upper 15d and lower 15e parts of the transition block 15.
La lame de couplage 10 recouvre par exemple l’intégralité de la face supérieure du bloc de transition intermédiaire 23. Selon un autre exemple de réalisation, la lame de couplage 10 recouvre une partie de la face supérieure du bloc de transition intermédiaire 23.The coupling blade 10 covers, for example, the entire upper face of the intermediate transition block 23. According to another exemplary embodiment, the coupling blade 10 covers a portion of the upper face of the intermediate transition block 23.
La face libre 23a du bloc de transition intermédiaire 23 et l’extrémité libre correspondante de la lame de couplage 10, délimitent longitudinalement l’espacement mutuel additionnel 20. La face libre 23a du bloc de transition intermédiaire 23 et l’extrémité libre correspondante de la lame de couplage 10 présentent par exemple un rayon de courbure identique au ou proche du rayon du miroir cylindrique 16.The free face 23a of the intermediate transition block 23 and the corresponding free end of the coupling blade 10 longitudinally delimit the additional mutual spacing 20. The free face 23a of the intermediate transition block 23 and the corresponding free end of the coupling blade 10 have, for example, a radius of curvature identical to or close to the radius of the cylindrical mirror 16.
Selon un autre exemple de réalisation, la face libre 23a est plane et inclinée d’un angle proche ou identique à un angle d’inclinaison α ou α1des miroirs d’extraction 9.According to another exemplary embodiment, the free face 23a is flat and inclined at an angle close to or identical to an angle of inclination α or α 1 of the extraction mirrors 9.
La face libre 23a et l’extrémité libre de la lame de couplage comportent avantageusement un revêtement absorbant.The free face 23a and the free end of the coupling blade advantageously comprise an absorbent coating.
Selon un autre exemple de réalisation, au moins une lame de couplage 10 complémentaire peut être intégrée au bloc de transition intermédiaire 23 et/ou à la partie inférieure 15e et/ou à la partie 15d du bloc de transition 15.According to another exemplary embodiment, at least one complementary coupling blade 10 can be integrated into the intermediate transition block 23 and/or into the lower part 15e and/or into the part 15d of the transition block 15.
Les miroirs d’extraction 9 de l’élément de guide optique de sortie complémentaire 19 présentent par exemple un angle d’inclinaison α1, différent de l’angle d’inclinaison α dans l’élément de guide optique de sortie 3. Selon un autre exemple de réalisation préférentiel, les angles α et α1 sont identiques.The extraction mirrors 9 of the complementary output optical guide element 19 have, for example, an inclination angle α 1 , different from the inclination angle α in the output optical guide element 3. According to another preferred embodiment, the angles α and α1 are identical.
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De manière évidente, l’invention ne se limite pas aux modes de réalisation préférentiels décrits précédemment et représentés sur les différentes figures, l’homme du métier pouvant y apporter de nombreuses modifications et imaginer d’autres variantes sans sortir ni de la portée, ni du cadre de l’invention définis par les revendications.Obviously, the invention is not limited to the preferred embodiments described above and shown in the various figures, and those skilled in the art can make numerous modifications and imagine other variants without departing from the scope or framework of the invention defined by the claims.
Claims (22)
- un élément de guide optique d’entrée (12) présentant une zone d’entrée configurée pour être associée à un système d’injection de lumière (7),
- au moins un dispositif d’extraction de lumière conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 10,
- l’élément de guide optique d’entrée (12) étant superposé à au moins un élément de guide optique de sortie (3) en présentant un espacement mutuel (14) de manière à délimiter un milieu d’indice optique différent entre lesdits éléments de guide (12, 3),
- l’espacement mutuel (14) s’étendant entre d’une part une première extrémité longitudinale des éléments de guide optique d’entrée (12) et de sortie (3) et d’autre part un bloc de transition (15), les éléments de guide (12, 3) formant à leur autre extrémité longitudinale une continuité de matière avec le bloc de transition (15),
- le bloc de transition (15) comportant une extrémité libre globalement cylindrique recouverte d’un miroir cylindrique (16) ou globalement cylindrique et formant ainsi un système de couplage optique entre l’élément de guide optique d’entrée (12) et au moins un élément de guide optique de sortie (3),
- le bloc de transition (15) étant associé à au moins un élément démultiplicateur.Optical guide system for near-eye display device comprising:
- an input optical guide element (12) having an input zone configured to be associated with a light injection system (7),
- at least one light extraction device according to any one of claims 1 to 10,
- the input optical guide element (12) being superimposed on at least one output optical guide element (3) while having a mutual spacing (14) so as to delimit a medium of different optical index between said guide elements (12, 3),
- the mutual spacing (14) extending between on the one hand a first longitudinal end of the input (12) and output (3) optical guide elements and on the other hand a transition block (15), the guide elements (12, 3) forming at their other longitudinal end a continuity of material with the transition block (15),
- the transition block (15) comprising a generally cylindrical free end covered with a cylindrical mirror (16) or generally cylindrical and thus forming an optical coupling system between the input optical guide element (12) and at least one output optical guide element (3),
- the transition block (15) being associated with at least one multiplier element.
- un élément de guide optique d’entrée (12) présentant une zone d’entrée configurée pour être associée à un système d’injection de lumière (7),
- au moins un dispositif d’extraction de lumière conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 10,
- l’élément de guide optique d’entrée (12) étant superposé à au moins un élément de guide optique de sortie (3) en présentant un espacement mutuel (14) de manière à délimiter un milieu d’indice optique différent entre lesdits éléments de guide (12, 3),
- l’espacement mutuel (14) s’étendant entre d’une part une première extrémité longitudinale des éléments de guide optique d’entrée (12) et de sortie (3) et d’autre part un bloc de transition (15), les éléments de guide (12, 3) formant à leur autre extrémité longitudinale une continuité de matière avec le bloc de transition (15),
- le bloc de transition (15) comportant une extrémité libre globalement cylindrique recouverte d’un miroir cylindrique (16) ou globalement cylindrique et formant ainsi un système de couplage optique entre l’élément de guide optique d’entrée (12) et au moins un élément de guide optique de sortie (3),
- l’élément du guide optique de sortie (3) est superposé à au moins un élément de guide optique de sortie complémentaire (19) en présentant un espacement mutuel additionnel (20) de manière à délimiter un milieu d’indice optique différent entre l’élément de guide optique de sortie (3) et l’élément de guide optique de sortie complémentaire (19),
- le bloc de transition (15) comporte une partie supérieure (15d) dans le prolongement de l’élément du guide optique d’entrée (12) et de l’élément de guide optique de sortie (3),
- le bloc de transition (15) comporte une partie inférieure (15e) dans le prolongement de l’élément de guide optique de sortie complémentaire (19),
- la partie supérieure (15d) étant reliée à la partie inférieure (15e) par un bloc de transition intermédiaire (23), lequel est associé à au moins un élément démultiplicateur,
- le bloc de transition intermédiaire (23) s’étendant dans le prolongement de l’espacement mutuel additionnel (20).Optical guide system for near-eye display device comprising:
- an input optical guide element (12) having an input zone configured to be associated with a light injection system (7),
- at least one light extraction device according to any one of claims 1 to 10,
- the input optical guide element (12) being superimposed on at least one output optical guide element (3) while having a mutual spacing (14) so as to delimit a medium of different optical index between said guide elements (12, 3),
- the mutual spacing (14) extending between on the one hand a first longitudinal end of the input (12) and output (3) optical guide elements and on the other hand a transition block (15), the guide elements (12, 3) forming at their other longitudinal end a continuity of material with the transition block (15),
- the transition block (15) comprising a generally cylindrical free end covered with a cylindrical mirror (16) or generally cylindrical and thus forming an optical coupling system between the input optical guide element (12) and at least one output optical guide element (3),
- the output optical guide element (3) is superimposed on at least one complementary output optical guide element (19) by having an additional mutual spacing (20) so as to delimit a medium of different optical index between the output optical guide element (3) and the complementary output optical guide element (19),
- the transition block (15) comprises an upper part (15d) in the extension of the input optical guide element (12) and the output optical guide element (3),
- the transition block (15) comprises a lower part (15e) in the extension of the complementary output optical guide element (19),
- the upper part (15d) being connected to the lower part (15e) by an intermediate transition block (23), which is associated with at least one multiplier element,
- the intermediate transition block (23) extending in the extension of the additional mutual spacing (20).
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