Brevet FR2700467A1 — publié le 19940722

La présente invention concerne un dispositif pour permettre d'observer l'environnement sans l'utilisation de la vue. Pour cela l'invention comporte une caméra, un système de contrôle et une plaque tactile. Chacun des éléments de cet ensemble a été conçu pour s'adapter tout particulièrement aux problèmes rencontrés dans cette application. Sans donner une image comparable à celle offerte par les yeux, l'invention offre ainsi, dans de bonnes conditions de confort, un aperçu suffisamment efficace pour permettre au cerveau d'intégrer les informations apportées et façonner une représentation permettant à l'utilisateur d'appréhender son environnement, voire d'y évoluer, sans autres moyens. La reconnaissance de la proximité s'est traditionnellement effectuée par la canne progressivement équipée de roues testeur, et autres dispositifs. Des dispositifs utilisant les ondes sonores pour observer ou reproduire le paysage ont été aussi proposés (voir par exemple les Brevets européens N0 008120, 008455. 0326129, 410045 ou le Brevet français N0 2158166). D'autres dispositifs (par exemple les Brevets français N0 2593060, N0 2396979, ou le Brevet européen N0 EP 338997) demandent des équipements disposés dans le paysage qui devient ainsi actif et des équipements complémentaires sur la personne s'y déplaçant. Cela ne peut concerner que des zones ou des parcours bien limité. D'autres dispositifs consistent à une aide à la lecture de texte et d'images produits par terminal qui sont stockés puis partiellement reproduits et destinés à la sensation tactile du bout des doigts, par exemple par une souris informatique adaptée (Brevet français N0 2645434) ou destinés à l'ouïe (par exemple le Brevet français N0 2221057). D'autres dispositifs (par exemple le Brevet français N0 1515175) comportent une caméra de télévision vidéo connectée à une plaque tactile à matrice de pistons qui sont positionnés de façon à former un relief particulier représentant l'image captée, ou qui sont soumis à une vibration de fréquence fixe. Il a été également-proposé (par exemple les Brevets français N0 2062164, N0 2040963, ou le Brevet mondial N0 WO 81/01512) de relier les signaux obtenus directement au nerf optique voire au centre de vision du cerveau.L'interface entre l'utilisateur et la caméra s'est pour l'instant limité à des études de poignées, de prise en main ou de boutons de commande ergonomiques, de bandeau frontal permettant de maintenir une petite caméra dont la direction de prise de vue est fonction de la position de la tête. D'autres dispositifs pour appareil photo, utilisés pour la sélection de l'objet sur lequel sera effectuée une mise au point automatique, comporte un balayage de la surface de l'oeil par un rayon infrarouge. Entres autres contraintes, ceci nécessite que l'oeil soit trés prés du dispositif d'analyse. Les caméras vidéo comprennent en général un objectif à lentilles, éventuellement de petite taille, mais au détriment de la qualité.Les derniers dispositifs (par exemple le Brevet européen EP 0343366) concernent la production d'image de moiré grâce à une grille posée sur un capteur CCD, inexploitables pour obtenir une image acceptable de l'environnement. D'autres caméras ( décrites par exemple par le Brevet français FR 2625332), plus spécialement destinées à la détection des rayonnements X et gamma, disposent de collimateurs et scintillateurs non adaptés au traitement des ondes optiques. Ces systèmes offrent donc plusieurs inconvénients: les caméras bien souvent volumineuses manquent de pratique et ne sont pas adaptées à la vie courante; les plaques tactiles sont d'une efficacité réduite et difficilement interprétables; quant à la connexion directe des cellules nerveuses, elle n'est qu'au stade expérimental. La présente invention a pour objet d'apporter à l'utilisateur les moyens d'une autonomie dans l'observation de son environnement, sans que celui-ci n'ait aucun équipement particulier, et de lui permettre même de s'y déplacer. Les mains de l'utilisateur restent libres. L'invention utilise des moyens non apparents ou des objets de la vie quotidienne (type lunettes) et fait appel aux capacités de transposition du cerveau apres une période d'assimilation. La première amélioration concerne la caméra. Afin d'en réduire l'encombrement et permettre la miniaturisation, l'objectif est supprimé. La camera est divisée en une grande quantité de petits capteurs, chacun ayant la tâche de recevoir et de traiter une petite zone, voire un pixel, à la façon de l'oeil d'un insecte. Elle est composée d'un ensemble de tubes ouverts sur l'extérieur. A leur base se trouve un ou des capteurs sensibles à la lumière. Ces capteurs peuvent, dans des applications spécialisées, être sensibles aux ondes électromagnétiques non visibles (notamment infrarouge, ultraviolet). Les tubes peuvent être enchâssés dans une plaque dont la forme ou le rayon de courbure est pilotable afin de faire varier l'angle du champ de prise de vue. Ce rayon peut être modifié par l'action d'une force en son centre (dans le cas d'une plaque élastique). Dans cette configuration chaque tube peut être constitué par une perforation de la plaque. Il est possible de commander le niveau de réflexion de la lumière de certains matériaux. Une plaque fabriquée avec un matériau de ce type permettra de piloter les propriétés optiques de la caméra. L'angle du champ peut également être modifié par une variation de l'angle entre les tubes, par commande de leur écartement à une de leurs extrémités. Cet écartement est notamment réalisé par un ensemble de tiges ou tuyaux entrecroisés pouvant se dilater, se gonfler, pivoter, s'écarter ou se rapprocher les uns des autres, se déplacer le long des tubes de forme appropriée (notamment en partie conique), par l'action sur les tubes d'un champ électrostatique ou magnétique ou par leur dilatation progressive vers leur extrémité. En maintenant les tubes par deux plaques il est aussi possible de modifier l'angle du champ en étirant ou contractant chacune des plaques de façon indépendante. Ces variations dimensionnelles peuvent être notamment produites par l'application de forces de sens opposé sur une plaque élastique ou par la dilatation thermique de l'une des plaques dû à un potentiel électrique. Avec ce montage il est possible également de modifier la direction de prise de vue par le déplacement parallèle des plaques l'une par rapport à l'autre. Toutes ces actions peuvent se combiner pour obtenir une modification simultanée de l'angle de champ et de la direction de vision. Une amélioration au dispositif à deux plaques consiste à remplacer les tubes par des perforations de formes appropriées (en particulier en double cônes inversés). Les plaques peuvent alors être conjointes et les contraintes éventuelles sur les tubes sont supprimées. La possibilité de commander ainsi, par mouvement relatif des plaques entre elles, la direction de vue permet la mise en place d'un dispositif visant à supprimer les tremblements ou bouges non voulus de l'utilisateur. Pour cela des détails significatifs dans l'image seront repérés par un dispositif de contrôle et la direction de vue sera asservie afin que ces détails soient captés en permanence par le même tube ou groupe de tubes. Afin d'éviter toute obstruction non souhaitée, le tube peut être rempli d'un matériau transparent. Par exemple on pourra réaliser le tube avec de la fibre optique. Pour piloter la quantité de lumière admise dans le tube, il sera utilise un matériau transparent dont l'indice d'absorption est pilotable. Le tube peut comporter une lentille de convergence ou de divergence. Cette lentille peut être constituée par le matériau transparent lui-même. La mesure de la largeur de la représentation des zones observées, à une distance donnée de la lentille, permet d'en déterminer leur éloignement. Cette mesure peut être confiée aux capteurs. Afin de permettre une mesure fine de cette largeur les capteurs pourront être placés le long d'un biais dans la zone de mesure. Ce biais peut être constitué par l'accès aux différentes couches sensibles d'un circuit intégré au moyen par exemple d'un évidement ménagé à cet effet. Le capteur situé à la base de chaque tube peut être notamment constitué par une plaque ou une pellicule photographique, un matériau translucide, par les éléments d'un circuit intégré. Dans ce dernier cas on confiera utilement le traitement des rayons reçus, la reconstitution et le traitement de l'image globale, au circuit intégré. Cette caméra est utilisée dans le dispositif destiné à l'observation de l'environnement sans utilisation de la vue. Pour cela elle est montée à la place des verres correcteurs de lunettes de vue. La direction de vision de la caméra est asservi à la position de l'oeil de l'utilisateur par l'intermédiaire d'un dispositif d'analyse des mouvements du globe oculaire. A cette fin, la face interne des verres de la lunette comporte un ensemble de tubes réglés de façon à être dirigés vers le centre des globes oculaires, Les tubes sont répartis entre émetteurs (notamment rayon infrarouge) et récepteurs qui permettent de déterminer leur éloignement de la surface de l'oeil.Les variations de distances entre l'oeil et chaque tube sont interprétées par un dispositif de contrôle de façon à déterminer la direction de l'oeil par la position du renflement dû au cristallin et relever la fermeture des paupières. La reproduction de l'image captée s'effectue par l'intermédiaire d'une plaque tactile. Cette plaque reproduisant la scène reçue par la caméra est plaquée contre la peau à un endroit non visible (par exemple sur la poitrine, sur le ventre ...). L'invention fait appel à la totalité des domaines couverts par le sens du toucher pour en combiner l'effet et ses modifications, notamment ceux des caractéristiques des éléments superficiels de la plaque à matrice, donc de son relief, de la pression exercée sur la peau, par des déplacements perpendiculaires et parallèles à la peau, des variations du volume de chacun des éléments, de leur température, ou potentiel électrique. A cet effet la plaque porte en superficie des éléments susceptibles de transmettre à l'utilisateur les informations reçues.Peuvent être notamment pris en compte des tiges mues par électroaimant selon 3 axes, des particules susceptibles de se dilater, de se déformer ou de changer de température sur commande électrique, des électrodes susceptibles de transmettre un courant électrique inoffensif. La plaque peut également comporter une surface pouvant se dilater, se déformer, sur commande électrique. L'oeil, pour permettre au cerveau d'appréhender correctement son environnement, est sans cesse en mouvement. De la même façon les doigts se déplacent en permanence sur les caractères en braille ou sur les objets observés pour permettre leur compréhension. Une autre caractéristique de l'invention est au contraire de ne pas nécessiter de mouvements entre la plaque et la peau. Pour cela la localisation de l'excitation est assurée par une modulation de l'action exercée à travers sa fréquence et son amplitude fonction des caractéristiques de la donnée reçue. Cette particularité sera employée en particulier lors de l'observation de paysage ne se modifiant pas. Ceci pourra être complété par une variation de cette modulation de l'excitation le long des changements de couleur, de contraste, ou d'éloignement. Dans une autre réalisation les domaines représentés peuvent être dissociés et plusieurs plaques sont ainsi utilisées : en particulier la première peut être sollicitée par les niveaux de gris et de couleur d'un plan général, les autres par l'éloignement, par les ruptures d'éloignement, par un agrandissement de la partie centrale de la vue reproduite par la première plaque. Ces plaques sont consacrées à l'observation du même environnement mais elles peuvent en transcrire des vues différentes prises par plusieurs caméras. Un apprentissage adéquat permettra également à l'utilisateur d'intégrer les différentes informations reçues. Dans une autre réalisation un traitement de l'image produite par la caméra, en particulier en fonction des descriptions ci-dessus, est réalisé par le dispositif de contrôle avant reproduction par chaque plaque. La figure 1 représente une partie des tubes (1) constitutifs de la caméra. La figure 2 représente une coupe sur un tube (1) avec son ou ses capteurs (2). La figure 3 représente la façon dont une variation de la courbure de la plaque (3) peut modifier l'angle de champ. La figure 4 représente la façon dont deux plaques (4) permettent par leur déplacement relatif de modifier la direction de prise de vue. La figure 5 représente la façon dont la variation dimensionnelle d'une des plaques (4) modifiera l'angle de champ. La figure 6 représente deux plaques contiguës (5) avec des perforations (6) permettant le libre parcours du rayon lumineux même lors du déplacement relatif des plaques ou de variation dimensionnelle. La figure 7 représente la façon dont l'éloignement des zones observées (F1 et F2) est déterminé par mesure de leur représentation (D1 et D2) sur le capteur (2) après passage au travers d'une lentille (7). La figure 8 représente la façon de maîtriser l'écart des extrémités des tubes (1) par des tiges entrecroisées (8). La figure 9 représente la façon dont l'écartement des extrémités des tubes (1) est maîtrisée par la rotation de tiges de forme ovoïde (9). La figure 10 représente la façon dont l'écartement des extrémités des tubes (1) est maîtrisée par le déplacement des tiges (8) le long de tubes de forme appropriée (1). La figure 11 représente le dispositif avec la caméra (10) captant l'environnement et le transmettant à la plaque de reproduction (11). Les figures 12 et 13 représentent en perspective deux réalisations particulières des éléments de la plaque avec une tige (12) dont les mouvements sont commandes par des électroaimants (13). L'ensemble du dispositif est particulièrement destiné aux personnes désirant évoluer dans un environnement inconnu sans l'aide de la vue. Toutefois les différents constituants du dispositif peuvent trouver des applications autonomes. La caméra peut être utilisée en particulier à des fins de miniaturisation, baisse des coûts par diminution des parties mécaniques et optiques, intégration et fabrication en série. La plaque tactile et son dispositif de reproduction peuvent être utilisés à des fins de compléments à la vue dans des situations spécifiques. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'aide à la perception de l'environnement caractérisé en ce qu'il comporte une caméra composée d'un ensemble de tubes (1) ayant à l'une de leur extrémité un ou des capteurs sensibles à la lumière (2), I'autre extrémité étant ouverte sur l'extérieur (fig. 2). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'angle entre les tubes, définissant l'angle de champ, est commandé par des variations de leur écartement entre leurs extrémités. 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que cet écartement est réalisé par un ensemble de tiges ou tuyaux (8) entrecroisés (fig. 8) pouvant se dilater, se gonfler, pivoter (fig. 9), s'écarter ou se rapprocher les uns des autres, se déplacer le long des tubes de forme appropriée (1) (fig. 10), par l'action sur les tubes d'un champ électrostatique ou magnétique ou par leur dilatation progressive vers leur extrémité. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (1) est enchâssé, ou est constitué par une perforation, dans une plaque (3) qui peut être en matériau dont le niveau de réflexion de la lumière est pilotable et dont la courbure de la plaque est commandée par l'application d'une force sur sa face non ouverte sur l'extérieur (fig. 3). 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tubes (1) sont pris entre 2 plaques (4) ayant la particularité de pouvoir être déplacées parallèlement l'une à l'autre (fig. 4) ou de s'étirer ou se contracter de façon indépendante et sur commande (fig. 5). 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les plaques sont conjointes (5) et les tubes sont constitués par des perforations (6) dans les plaques, perforations d'une forme permettant le correct passage du rayon lumineux (fig. 6 ). 7) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le mouvement relatif des plaques entre elles est asservi à la réception d'un détail de l'image par l'un des tubes ou un groupe de tubes. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (1) est constitué par une fibre optique ou contient un matériau transparent à l'indice d'absorption pilotable ou une lentille de convergence ou de divergence (7) permettant la mesure de la largeur de la représentation de la zone observée à l'aide des capteurs (2) afin d'en déterminer l'éloignement (fig. 7). 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les capteurs sont constitués par des éléments d'un circuit intégré, qui peut être par ailleurs charge de traiter les rayons reçus afin de mesurer la largeur du faisceau lumineux ou d'en reconstituer et traiter l'image globale, par une plaque photographique, une pellicule, ou un matériau translucide. 10) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que l'ensemble est monté à la place des verres de correction de lunettes et que le déplacement des plaques est commandé par un dispositif examinant la direction de l'oeil de l'utilisateur. 11) Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que la face interne des verres de la lunette comporte un ensemble de tubes réglés de façon à être dirigés vers le centre des globes oculaires, répartis entre émetteurs (notamment rayon infrarouge) et récepteurs qui permettent de déterminer leur éloignement de la surface de l'oeil et dans lequel les variations de distance entre l'oeil et chaque tube sont interprétées par un dispositif de contrôle de façon à déterminer la direction de l'oeil par la position du renflement dû au cristallin et relever la fermeture des paupières. 12) Dispositif selon la revendication 10 ou l'une quelconque des autres revendications caractérisé en ce que la caméra est reliee à une plaque ayant superficiellement un ensemble d'éléments changeant individuellement de caractéristiques ( tels que volume, position, température, ou potentiel électrique) , ou dont la plaque est constituée d'un matériau composite déformable localement par excitation électrique, grâce à une modulation de l'excitation par une fréquence et une amplitude fonction du signal reçu et reproduisant ainsi instantanément l'environnement capté 13) Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que la fréquence, l'amplitude ou la nature de l'excitation des éléments superficiels de la plaque varie le long des changement de couleur, de contraste ou d'éloignement.