Brevet FR3119247A1 — publié le 20220729

Dispositif de génération d'une image de champ lumineux tridimensionelle L’invention concerne un dispositif (1) pour générer une image réelle tridimensionnelle (3D). Un panneau d'affichage (11) est divisé en plusieurs sous-zones pour émettre des scènes. Par l'intermédiaire d'une unité de réseau de lentilles de projection (12), les scènes entrent dans une unité de lentille de fusion (13) pour former une image réelle de champ lumineux à une position au-delà d’une barrière commune. Grâce à une unité d’oculaire, l'image est émise à un œil humain. Ainsi, la présente invention fournit un dispositif (1) pour une visualisation près de l’œil, qui réduit le conflit entre la vergence et l’accommodation (VAC) existant de l’œil humain dans la plupart des dispositifs de réalité augmentée et de réalité mixte. Dans celui-ci, l'affichage du champ lumineux près de l’œil est un processus de reproduction de champ lumineux, qui fusionne les scènes et réduit l'aberration. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 Dispositif de génération d'une image de champ lumineux tridimensionnelle Domaine technique de l’invention La présente invention concerne la génération d'un champ lumineux ; plus particulièrement, la visualisation près de l’œil, qui réduit le conflit entre la vergence et l’accommodation (VAC) existant pour l'œil humain dans la plupart des dispositifs de réalité augmentée (RA), de réalité virtuelle (RV) et de réalité mixte (RM). Description de l’état de la technique Ces dernières années, les dispositifs de réalité virtuelle (RV) ou de réalité augmentée (RA) comme Google Glass®, Vive®, Oculus Rift®, etc. sont tous basés sur le principe de la vision stéréo pour produire une perception tridimensionnelle (3D). L'une des raisons pour lesquelles il est difficile d'acquérir une certaine popularité est la distance par rapport aux dispositifs d’affichage. Avec un faible dégagement oculaire, l'œil humain ne serait pas à l'aise pour une visualisation à long terme. De même, comme la divergence naturelle des yeux ne change pas l'ajustement, cela conduit au bien connu conflit d'intégration. Cela signifie que le conflit entre la vergence et l’accommodation (VAC) donnera la nausée à l’observateur après l’utilisation du dispositif pendant une longue période. Un brevet américain US 2020/0166734 A1 propose un dispositif de visiocasque avec un dispositif d'affichage de champ lumineux près de l’œil. Le dispositif d'affichage de champ lumineux près de l’œil proposé est équipé d'une unité de lentille télécentrique double pour améliorer considérablement la qualité d'image du dispositif d'affichage de champ lumineux près de l’œil. Cependant, les tailles de son panneau et de son dispositif optique sont trop grandes pour être réalisées en conformité avec la taille d’ergonomie actuelle de la RV et de la RA. Un autre brevet américain US 7620309 B2 propose un appareil photo plénoptique, qui obtient un champ lumineux quadridimensionnel en insérant un réseau de microlentilles entre une lentille principale et un dispositif photosensible. Avant de collecter des rayons lumineux sur le dispositif photosensible, le réseau de microlentilles placé devant le dispositif photosensible peut séparer les trajets de déplacement des rayons lumineux. En l'absence d'un tel réseau de microlentilles, tous les rayons lumineux dans le champ lumineux seraient collectés et affichés sur le dispositif photosensible. Mais un processus de sommation perdrait les informations angulaires dans le champ lumineux pendant un processus d'échantillonnage d’appareil photo. Pour coopérer avec des projecteurs RV et avec le développement d'autres dispositifs visuels pour la version 4.0 d’une interface homme-machine industrielle, des applications d'affichage multi-champ de monde réel de l'expansion du pseudo-œil commencent à être développées alors que leurs échelles de marché décollent. Pour améliorer les applications d'imagerie par champ lumineux sur la rétine en RA et RV, les informations d'affichage complètes sur la rétine doit être davantage améliorées en ce qui concerne la qualité d'image immersive pour réaliser la faisabilité et la popularisation d’une vision par champ lumineux. Par conséquent, l'état antérieur de la technique ne répond pas à toutes les demandes des utilisateurs dans le cadre d'une utilisation réelle. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante du mode de réalisation préféré selon la présente invention, prise conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels est une vue structurale montrant le mode de réalisation préféré selon la présente invention ; est une vue montrant le trajet lumineux ; est une vue montrant la fonction de transfert de modulation (MTF) ; est une vue montrant l'aberration de troisième ordre ; est une vue structurale montrant l'application de réalité virtuelle (RV) de la présente invention ; est une vue montrant l'application RV ; et est une vue structurale montrant l'application de réalité augmentée (RA). Description du mode de réalisation préféré La description suivante du mode de réalisation préféré est fournie pour comprendre les caractéristiques et les structures de la présente invention. Se référer aux Figures 1 à 7, qui sont une vue structurale montrant un mode de réalisation préféré selon la présente invention ; une vue montrant un trajet lumineux ; une vue montrant la MTF ; une vue montrant l’aberration de troisième ordre ; une vue structurale montrant une application RV de la présente invention ; une vue montrant l'application RV ; et une vue structurale montrant une application RA. Comme le montrent les Figures, la présente invention est un dispositif de génération de champ lumineux 1, comprenant un panneau d'affichage 11, une unité de réseau de lentilles de projection 12 et une unité de lentille de fusion 13, des rayons lumineux étant affichés sur un plan d'imagerie 14. Dans celui-ci, le panneau d'affichage 11 est divisé en une pluralité de sous-zones pour émettre une pluralité de scènes. Par l'intermédiaire de l'unité de réseau de lentilles de projection 12, les scènes entrent dans l'unité de lentille de fusion 13 pour former une image réelle tridimensionnelle (3D) d’un champ lumineux à une position au-delà d’une barrière commune ; et l'image réelle est émise dans la pupille de l'œil à travers une unité d’oculaire. Pour vérifier la conception et contrôler la qualité de champ lumineux perçue par l'utilisateur, la présente invention utilise un logiciel de conception optique 'CodeV' pour mettre en pratique le dispositif de génération de champ lumineux 1 avec vérification du résultat de simulation. Le dispositif de génération de champ lumineux 1 de la fait en sorte que les principaux rayons lumineux à tous les angles de champ se rapprochent sur le plan d'imagerie 14 de la . Dans une simulation, la présente invention utilise plusieurs modèles d'œil et simule les déformations de l'oculaire en ajustant les paramètres des modèles d'œil pour une nouvelle mise au point. Pour vérifier la clarté du champ lumineux affiché, la présente invention analyse la fonction de transfert de modulation (MTF) de la . Selon les études de perception visuelle humaine utilisant des lettres comme modèles de test, la vision des lettres d’un œil humain est de 5 minutes d'arc (arcmin). Dans le mode de réalisation préféré, le diamètre de globe oculaire est d'environ 17 millimètres (mm), et la taille d'une image de 5 minutes d’arc sur la rétine est d'environ 25 microns (μm). Par conséquent, il faut au moins 20 cycles par millimètre (cycles/mm) pour résoudre une lettre. Dans la , sous 20 cycles/mm, la présente invention atteint 30 % de la MTF. Ainsi, le champ lumineux affiché a un effet de clarté, un effet de bonne distance et une focalisation de champ profonde. En outre, une analyse de l'aberration de troisième ordre est montrée sur la . En comparant les aberrations de troisième ordre de la présente invention et des modèles d’œil, on constate que l'unité d’oculaire réduit les aberrations du dispositif de génération de champ lumineux 1 à un niveau similaire à ceux des modèles d’œil, où seules des déformations existent dans divers angles de champ. On constate également sur la que les degrés de déformations sont relativement élevés en raison de la courbure de la rétine, où les déformations sont en fait un effet important de fusion de lumière. En d'autres termes, la présente invention permet d'obtenir de bons effets. Dans un état d'utilisation, la présente invention propose le dispositif de génération de champ lumineux 1 pour un affichage de champ lumineux près de l’œil, le dispositif de génération de champ lumineux 1 utilisant l'unité d’oculaire 2 comme lentille de champ lumineux avec sa structure représentée sur la et la . Le dispositif de génération de champ lumineux 1 comprend le panneau d'affichage 11, l'unité de réseau de lentilles de projection 12 et l'unité de lentille de fusion 13. Le panneau d'affichage 11 est divisé en une pluralité de sous-zones. L'unité de réseau de lentilles de projection 12 est un réseau de lentilles collimatrices, le réseau de lentilles collimatrices comprenant un réseau de lentilles collimatrices 121 ; le nombre de lentilles collimatrices 121 est lié au nombre de sous-zones du panneau d'affichage 11 ; et chacune des lentilles collimatrices 121 comprend une pluralité de lentilles. L'unité de lentille de fusion 13 est une unité de lentille qui fusionne et focalise des images. Ici, une distance entre le panneau d'affichage 11 et le réseau de lentilles collimatrices et une distance entre le réseau de lentilles collimatrices et l'unité de lentille de focalisation (c’est-à-dire, l’unité de lentille de fusion) sont liées à une longueur focale du réseau de lentilles collimatices et à une longueur focale de l'unité de lentille de focalisation ; et un nombre f (ou nombre d’ouverture) construit avec l'unité de réseau de lentilles de projection 12 et l'unité de lentille de fusion 13 est compris entre 2 et 10. Lors d’une application à la RA, la RV et la réalité mixte (RM), le dispositif de génération de champ lumineux 1 projette le champ lumineux ; et, après avoir traversé l'unité d’oculaire 2, un champ lumineux collimaté près de l’œil est montré à l'œil humain. Ici, chacune des sous-zones du panneau d'affichage 11 dans le dispositif de génération de champ lumineux 1 montre des informations du champ lumineux à chaque angle de champ. La lentille collimatrice 121 de l'unité de réseau de lentilles de projection 12 collimate les rayons lumineux émis en rayons lumineux parallèles en provenance du panneau d'affichage 11. L'unité de lentille de fusion 13 fait ensuite converger les rayons lumineux traversant l'unité de réseau de lentilles de projection 12 sur un plan d'imagerie 14. Dans l'état d'utilisation, l'une quelconque des sous-zones du panneau d'affichage 11 affiche une scène désignée parmi les scènes sur le plan d'imagerie 14. Les scènes des sous-zones du panneau d'affichage 11 sont affichées sur le plan d'imagerie 14 et se chevauchent mutuellement. Lorsque les images sur les sous-zones sont toutes identiques, les scènes émises sur le plan d'imagerie 14 se chevauchent et se rapprochent les unes des autres. En outre, le panneau d'affichage 11 peut être un dispositif de balayage à faisceau laser. Après avoir traversé l'unité d’oculaire 2 qui comprend une pluralité de lentilles 21, les rayons lumineux émis par le dispositif de génération de champ lumineux 1 entrent dans la pupille de l'œil 3, l'image projetée par le dispositif de génération de champ lumineux 1 étant projetée sur la rétine et perçue comme étant émise à partir d’un endroit quasiment infiniment éloigné. Le dispositif de génération de champ lumineux 1 proposé dans la présente invention peut être utilisé non seulement dans une application RV comme illustrée à la , mais également dans une application RA comme illustrée à la . Dans la , la présente invention propose le dispositif de génération de champ lumineux 1, qui est un dispositif multi-affichage pour la démonstration de RA près de l’œil et approprié pour afficher un champ lumineux près de l’œil. Le dispositif de génération de champ lumineux 1 utilise l'unité d’oculaire 2 comme lentille de champ lumineux. Cet état d'utilisation est conçu pour utiliser un verre plat dichroïque bidirectionnel à 45 degrés 4 pour réduire l'aberration de rayons lumineux sur axe et hors axe. Ainsi, la présente invention conçoit un dispositif de génération de champ lumineux pour une visualisation près de l’œil, qui réduit le conflit existant entre la vergence et l’accommodation (VAC) d’un œil humain. La présente invention considère l'affichage de champ lumineux près de l’œil comme un processus de reproduction de champ lumineux. Une unité d’oculaire fusionne des scènes délivrées par le dispositif et réduit l'aberration. En utilisant des modèles d’œil, les perceptions 3D des champs lumineux générés peuvent être vérifiées. Le dispositif proposé a été vérifié en ajustant la longueur focale d'une caméra, ce qui prouve qu'il est possible de rendre la RA sans VAC. En résumé, la présente invention est un dispositif de génération de champ lumineux, dans lequel un module de lentille de relais est utilisé pour reproduire un champ lumineux pour un dispositif d'affichage RV près de l’œil ; une unité d’oculaire est spécialement conçue pour un dispositif de génération de champ lumineux de façon à fusionner le champ lumineux capturé par un réseau de caméras et réduire au minimum les aberrations de rayons lumineux à l'intérieur et à l'extérieur de l'axe en même temps ; et le dispositif proposé a été vérifié en ajustant la longueur focale d'une caméra pour prouver la capacité à éviter le problème de VAC de l'œil humain pour réaliser la RA. Le mode de réalisation préféré divulgué ici n'est pas destiné à limiter inutilement le cadre de l'invention. Par conséquent, de simples modifications ou variations sont toutes incluses dans le cadre de la présente invention.  Dispositif de génération de champ lumineux (1), caractérisé par le fait que ledit dispositif (1) est configuré pour afficher un champ lumineux près d’un œil, ledit dispositif (1) comprenant : un panneau d'affichage (11), dans lequel ledit panneau d'affichage (11) est divisé en une pluralité de sous-zones ; et chacune desdites sous-zones est configurée pour afficher des informations de champ lumineux de sous-ensemble ; une unité de réseau de lentilles de projection (12), dans laquelle une pluralité de scènes sont émises à une position au-delà d’un diaphragme commun à partir desdites sous-zones dudit panneau d'affichage (11) à travers ladite unité de réseau de lentilles de projection (12) ; et une unité de lentille de fusion (13), dans laquelle des rayons lumineux traversant ladite unité de réseau de lentilles de projection (12) sont focalisés sur un plan d'imagerie (14) pour former une image réelle tridimensionnelle de champ lumineux, dans lequel ladite image réelle est émise dans la pupille de l'œil (3) à travers une unité d’oculaire (2) pour être affichée sur la rétine et perçue comme étant obtenue à partir d'un endroit quasiment infiniment éloigné. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'une quelconque desdites sous-zones dudit panneau d'affichage (11) est configurée pour afficher une scène désignée parmi lesdites scènes sur le plan d'imagerie (14). Dispositif (1) selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdites scènes desdites sous-zones dudit panneau d'affichage (11) sont affichées sur ledit plan d'imagerie (14) et se chevauchent mutuellement. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé par le fait que, avec toutes les images sur lesdites sous-zones dudit panneau d'affichage (11), lesdites scènes émises sur ledit plan d'imagerie (14) sont aptes à se chevaucher et à se rapprocher les unes des autres. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite unité de lentille de fusion (13) est une unité de lentille de focalisation ; et ladite unité de réseau de lentilles de projection (12) est un réseau de lentilles collimatrices (121) ; et dans lequel chacune desdites lentilles collimatrices (121) comprend une pluralité de lentilles ; et le nombre desdites lentilles collimatrices (121) est lié au nombre desdites sous-zones dudit panneau d'affichage (11). Dispositif (1) selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu’une distance entre le panneau d'affichage (11) et ledit réseau de lentilles collimatrices (121) et une distance entre ledit réseau de lentilles collimatrices (121) et ladite unité de lentille de focalisation sont liées à une longueur focale dudit réseau de lentilles collimatrices (121) et à une longueur focale de ladite unité de lentille de focalisation. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu’un nombre d’ouverture obtenu avec ladite unité de réseau de lentilles de projection (12) et ladite unité de lentille de fusion (13) est compris entre 2 et 10. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le panneau d’affichage (11) est un dispositif de balayage à faisceau laser.