Brevet FR2718855A1 — publié le 19951020

DESCRIPIION LUNETTES DE RÉALITE VIRTUELLE À MIROIR La présente invention concerne un dispositif opto-informatique permettant de réaliser des lunettes, un serre-tête ou un casque dits "de réalité virtuelle", présentant sur les dispositifs existants l'avantage d'être léger et de permettre à l'utilisateur de visualiser à sa convenance la réalité,le monde virtuel ou les deux simultanément, en superposition. Les lunettes ou les casques de réalité virtuelle actuellement commercialisés présentent les inconvénients d'être lourds, encombrants, et d'isoler visuellement l'utilisateur du monde réel. Le dispositif selon l'invention remédie à ces inconvénients. I1 se distingue par l'utilisation d'un ou plusieurs miroirs dans le chemin optique, rendant facultatif l'emploi de lentilles optiques. Le dispositif selon l'invention présente deux chemins optiques,un pour chaque oeil de l'utilisateur, et dont certains éléments peuvent être communs. I1 est caractérisé, pour chaque chemin optique, par un miroir convexe, dit miroir principal, situé à quelques centimètres en avant de l'oeil de l'observateur, et dont la forme est telle qu'elle permet de renvoyer vers l'oeil l'image collimatée à l'infini (ou à une grande distance),issue directement ou indirectement d'un écran de visualisation miniature et lumineux piloté par un calculateur ou un ensemble informatique. Selon des modes particuliers de réalisation : - Le miroir principal peut être fixe, mobile ou amovible. I1 peut être mono ou multicouche, avec certaines couches amovibles ou mobiles. - I1 peut être opaque ou semi-transparent ; dans ce dernier cas sa transparence peut être constante ou ajustable, et/ou varier selon l'éclairement. La réflexion peut être assurée par un une visière ou un cache amovible. - Le calculateur peut être intégré à l'ensemble, ou externe - L'image renvoyée par le miroir principal peut être l'image réelle affichée sur l'écran, ou bien une image virtuelle réfléchie par un second miroir. - I1 peut y avoir un unique écran (commun aux deux chemins optiques), ou bien deux écrans. - Une lentille ou un jeu de lentilles additionnelle(s) peu(ve)t permettre d'ajuster le dispositif à la vision de l'utilisateur, et/ou de modifier le grossissement de l'ensemble optique. - Un capteur de position de l'oeil peut être incorporé à l'ensemble. - un ou des capteurs de position et/ou d'orientation peu(ve)t être incorporé(s) à l'ensemble afin de renseigner le calculateur sur la position et/ou l'attitude de la tête de l'utilisateur. - Le miroir principal peut être commun aux deux chemins optiques Dans le cas où le miroir principal est semi-transparent, l'utilisateur perçoit à la fois le monde réel (par transparence ou réfraction) et le monde virtuel (par réflexion sur le miroir). Typiquement et de manière non limitative, le miroir principal fait environ cinq centimètres de largeur et/ou de hauteur, et l'écran a une surface utile de quelques centimètres carrés (la longueur du chemin optique est de l'ordre d'une dizaine de centimètres). Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente une coupe horizontale du dispositif dans l'une de ses variantes non limitative (écrans sur les cotés de la tête). La figure 2 représente une coupe verticale du dispositif dans l'une de ses variantes non limitatives (écran au dessus de l'oeil) La figure 3 illustre la possibilité de percevoir en même temps le monde réel et le monde virtuel, grace à la semi-transparence du miroir. La figure 4 illustre la possibilité d'utiliser deux miroirs, le miroir principal étant par exemple placé latéralement par rapport au miroir principal. Les figures 5, 6 et 7 montrent comment le dispositif peut être inséré dans des lunettes, ou un serre-tête (le montage dans un casque n'est pas illustré).Ces dessins sont des exemples non limitatifs. La figure 8 montre le schéma de principe de la partie électronique du dispositif. En référence à ces dessins le dispositif comporte pour chaque chemin optique (chaque oeil) un miroir (M, ou MG ou MD) convexe et généralement asymétrique, et un écran (E, ED, EG) de visualisation lumineux dont la partie électronique est située derrière. Les images issues de cet écran se réfléchissent sur le miroir princi pal et , dans la figure 4, sur un miroir auxiliaire M2 avant de frapper l'oeil (O, OG, OD) de l'utilisateur. Dans les figures 3 et 7, le miroir principal est suffisamment trans parent pour permettre l'observation simultanée du point réel P' et d'un point virtuel P se réfléchissant en R. Dans la figure 7, le miroir principal M est constitué d'une partie fixe transparente et d'une partie mobile ou amovible opaque assimila ble à une visière, de telle sorte que l'ensemble partie-fixe plus visière en place constitue un miroir parfait. L'observateur perçoit les deux mondes lorsque la visière est relevée, ou enlevée, mais uniquement le monde virtuel lorsque elle est en place (abaissée). Dans les figures 1 à 3, l'écran ou le système d'affichage E est nécessairement "plat" (écran à cristaux liquide, plasma, etc) en rai son de leur position proche de la tête de l'observateur qui ne permet pas de disposer de suffisamment de place pour un écran a tube catho dique. Dans la figure 4, l'utilisation du second miroir M2 permet de s' affranchir de ces contraintes et d'utiliser n'importe quelle tech nologie d'affichage. Dans la figure 8, on montre comment un calculateur (qui peut être mais n est pas nécessairement intégré au dispositif lui-même) com mande les deux écrans ED et EG affectés respectivement à l'oeil droit aF 1' 4en1 l'oeil gauobeA-l'utilisateur. Le capteur de position et/ou d'orientation de la tête C n'est pas nécessaire au fonctionnement, il est seulement optionnel. Son utilisation permet au calculateur de corréler les déplacements des objets virtuels avec les mouvements de la tête de l'observateur, renforçant ainsi l'illusion de la réalité. Ce, ou ces, capteurs sont particulièrement utiles dans le cas où l'observateur perçoit les deux mondes en superposition. Les applications envisagées pour ces dispositifs sont les jeux "vidéo", le pilotage ou le guidage des aéronefs ou d'autre véhicules, le contrôle de processus, la conception et fabrication assistée par ordinateur (CAO/DAO), etc. REVENDICATIONS 1) Dispositif opto-informatique permettant de réaliser des lunettes, un serre-tête ou un casque dits "de réalité virtuelle", présentant deux chemins optiques,un pour chaque oeil de l'utilisateur, et dont certains éléments peuvent être communs. I1 est caractérisé, pour chaque chemin optique, par un miroir convexe, dit miroir principal, situé à quelques centimètres en avant de l'oeil de l'observateur, et dont la forme est telle qu'elle permet de renvoyer vers l'oeil l'image collimatée à l'infini (ou à une grande distance),issue directement ou indirectement d'un écran de visualisation miniature et lumineux piloté par un calculateur ou un ensemble informatique. 2) Dispositif selon la revendication (1),caractérisé en ce que le miroir principal est semi-transparent et permet de voir simultanément le monde réel (par transparence ou réfraction) et le monde virtuel (par réflexion). }-3) Dispositif selon la revendication (2),caractérisé en ce que la transparence du miroir peut être modifiée : selon l'environnement (ex. miroir contenant ou revétu d'une matière photosensible) et/ou par une commande de l'utilisateur (ex : changement d'orientation de la polarisation d'une partie du miroir, cache amovible, ou encore miroir contenant ou revétu d'un matériau dont la transmission lumineuse peut être modifiée : cristal liquide, matière électrosensible, etc). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendication précédentes,caractérisé en ce qu'il existe en outre une lentille ou un jeu de lentilles optiques entre le miroir principal et l'oeil de l'observa- teur, et/ou entre entre l'écran et le miroir principal. Cette lentille ou ce jeu de lentille permet d'ajuster l'ensemble optique à la vision de l'observateur, et/ou de régler le grossissement. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce qu'il existe en outre un second miroir, non nécessairement plan, situé optiquement entre le miroir principal et l'é- cran dont la fonction est d'une part d'allonger le chemin optique, d'autre part de permettre de positionner l'écran à un endroit plus pratique étant donné son encombrement. Ce miroir peut également faciliter la fonction de collimatation du miroir principal. 6) Dispositif selon la revendication (4),caractérisé en ce que l'une des lentilles au moins est mobile et que le réglage de la position des lentilles permet d'ajuster le chemin optique à la vision de l'utilisateur 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux miroir principaux, correspondant aux deux chemins optiques associés aux deux yeux de l'observateur, sont confondus en un seul miroir. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un (ou plusieurs) capteur(s) de position de l'oeil est ajouté (par exemple un capteur CCD infrarouge solidaire du miroir principal). Ce(s) capteur(s) permet(tent) de repérer en temps réel la partie de l'image (virtuelle et/ou réelle) effectivement visée par l'oeil et donc regardée par l'observateur, et de piloter l'unité centrale informatique pour par exemple réaliser le déplacement d'un curseur, ajuster localement et dynamiquement la définition de l'image, etc 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes,caractérisé en ce qu'un capteur de position et/ou d'orientation est solidaire de et intégré à l'ensemble. Typiquement et de manière non limitative, la partie principale de ce capteur peut être un gyroscope, gyrolaser et/ou accéléromètre. Dans Le cas où le miroir principal est semi transparent, les informations issues de ce capteur peuvent être utilisées par le calculateur ou l'ensemble informatique pour générer les images virtuelles de telle façon qu'elles restent fixes par rapport au monde réel.