L’invention concerne le domaine des affichages transparents. Ces affichages sont souvent utilisés dans le cadre de la réalité augmentée. La réalité augmentée consiste à superposer des objets virtuels (images, vidéos) à des scènes réelles. L’utilisation de la réalité augmentée a fortement cru récemment, et ses applications se sont multipliées. En particulier, la réalité augmentée a trouvé nombre d’usages dans la culture et le patrimoine, dans le domaine militaire, en sciences, dans le médical, l’industrie ou le marketing.The invention relates to the field of transparent displays. These displays are often used in the context of augmented reality. Augmented reality consists of superimposing virtual objects (images, videos) on real scenes. The use of augmented reality has grown strongly recently, and its applications have multiplied. In particular, augmented reality has found many uses in culture and heritage, in the military, in science, in medicine, industry or marketing.
Les dispositifs de réalité augmentée sont généralement basés sur l’utilisation d’un écran qui reproduit une scène réelle sur laquelle des éléments de réalité augmentée sont ajoutés. Cela est par exemple réalisé au moyen de smartphones ou de casques de réalité augmentée. Ces dispositifs sont peu réalistes, ou peu pratiques à mettre en œuvre, ou les deux à la fois. En outre, ces dispositifs ne permettent pas d’observer directement la scène réelle, mais uniquement au travers d’un flux vidéo.Augmented reality devices are generally based on the use of a screen that reproduces a real scene on which augmented reality elements are added. This is achieved, for example, by means of smartphones or augmented reality headsets. These devices are impractical, or impractical to implement, or both. In addition, these devices do not allow direct observation of the real scene, but only through a video stream.
On connait également des dispositifs stéréoscopiques munis un guide d’onde partiellement cunéiforme couplés à un groupe de lentilles comprenant une lentille de Fresnel. Cependant, le groupe optique, et en particulier la lentille de Fresnel, ne sont pas transparents.Stereoscopic devices provided with a partially wedge-shaped waveguide coupled to a group of lenses comprising a Fresnel lens are also known. However, the optical group, and in particular the Fresnel lens, are not transparent.
On connait encore des dispositifs comprenant un élément optique holographique par réflexion éclairé à distance par une paire de projecteurs déportés. Cependant, les projecteurs déportés rendent la mise en place de ce dispositif lourde et empêchent de le déplacer facilement. En outre, les projecteurs déportés doivent avoir une ligne de vue dégagée jusqu’au reste du dispositif, ce qui contraint le déplacement des utilisateurs et rend le dispositif très encombrant.Devices comprising a holographic optical element by reflection illuminated at a distance by a pair of remote projectors are also known. However, the remote projectors make the installation of this device cumbersome and prevent it from being moved easily. In addition, remote projectors must have a clear line of sight to the rest of the device, which constrains the movement of users and makes the device very bulky.
Ces dispositifs présentent de nombreux désavantages, et viennent soit obstruer ou déformer la scène et donc nuire à l’effet de réalité augmentée, soit imposer des contraintes d’installation qui les rendent quasiment inutilisables dans la pratique. Enfin, la plupart des afficheurs stéréoscopiques connus nécessitent un suivi oculaire afin d’adapter les images au déplacement de l’œil ou l’utilisation de lunettes stéréoscopiques.These devices have many disadvantages, and either obstruct or distort the scene and therefore harm the augmented reality effect, or impose installation constraints that make them almost unusable in practice. Finally, most known stereoscopic displays require eye tracking in order to adapt the images to the movement of the eye or the use of stereoscopic glasses.
L’invention vient améliorer la situation. A cet effet, l’invention propose un dispositif optique comprenant :
- un guide d’onde transparent, présentant une première portion d’expansion comprenant une paroi d’entrée reliée à deux parois opposées sensiblement parallèles, et une deuxième portion d’expansion, sensiblement en forme de coin, reliée à la première portion d’expansion de sorte que le coin rétrécit à partir de la première portion d’expansion, la deuxième portion d’expansion comprenant une zone de sortie de guide et étant agencée de sorte qu’un rayonnement lumineux la pénétrant après avoir traversé la première portion d’expansion sort du guide d’onde au niveau de la zone de sortie de guide avec un angle supérieur à 74°,
- une source de rayonnements lumineux comprenant au moins deux sources lumineuses dirigées vers la paroi d’entrée du guide d’onde de manière à émettre un rayonnement lumineux respectif dans la première portion d’expansion, les sources lumineuses éclairant le guide d’onde transparent entre les deux parois de la première portion d’expansion,
- un élément optique holographique, disposé sur la deuxième portion d’expansion à la zone de sortie et agencé pour diffuser le rayonnement qui sort du guide d’onde de manière sensiblement orthogonale à la direction d’incidence de ce rayonnement sur ledit élément optique holographique.The invention improves the situation. To this end, the invention proposes an optical device comprising:
- a transparent waveguide, having a first expansion portion comprising an input wall connected to two substantially parallel opposite walls, and a second expansion portion, substantially wedge-shaped, connected to the first input portion expansion so that the wedge narrows from the first expansion portion, the second expansion portion comprising a guide exit zone and being arranged so that light radiation penetrating it after passing through the first portion of expansion leaves the waveguide at the level of the guide exit zone with an angle greater than 74°,
- a light radiation source comprising at least two light sources directed towards the input wall of the waveguide so as to emit respective light radiation in the first expansion portion, the light sources illuminating the transparent waveguide between the two walls of the first expansion portion,
- a holographic optical element, arranged on the second expansion portion at the exit zone and arranged to diffuse the radiation which leaves the waveguide in a manner substantially orthogonal to the direction of incidence of this radiation on said holographic optical element .
Ce dispositif est très avantageux de par sa transparence. L’avantage d’une telle transparence est double : la réalisation de la superposition d’images se fait sur une scène derrière l’afficheur, et, lorsque l’afficheur est éteint, celui-ci ne se voit presque pas.This device is very advantageous due to its transparency. The advantage of such transparency is twofold: the superimposition of images is done on a stage behind the display, and when the display is off, it is hardly visible.
Dans diverses variantes, le dispositif peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :In various variants, the device may have one or more of the following characteristics:
- les sources lumineuses sont disposées de sorte que l’élément optique holographique forme pour chaque rayonnement lumineux respectif une image en deux dimensions respective visible depuis une sous-zone de vue respective sensiblement parallèle à ladite zone de sortie de guide, les sous-zones de vue respectives ne présentant sensiblement pas de recouvrement ou d’espacement entre elles,- the light sources are arranged so that the holographic optical element forms for each respective light radiation a respective two-dimensional image visible from a respective view sub-zone substantially parallel to said guide exit zone, the respective view having substantially no overlap or spacing between them,
- les sous-zones de vue voisines sont séparées entre elles d’une distance environ égale à 3 cm, et de manière préférée comprise entre environ 2,8 cm et 3,3 cm,- the neighboring view sub-zones are separated from each other by a distance approximately equal to 3 cm, and preferably between approximately 2.8 cm and 3.3 cm,
- une source lumineuse donnée et la source lumineuse voisine de la source lumineuse voisine de la source lumineuse donnée projettent des images correspondant à deux points de vue d’une même scène en trois dimensions séparés d’une distance d’environ 6 cm, de manière préférée comprise entre environ 5,6 cm et 6,6 cm,- a given light source and the light source neighboring the light source neighboring the given light source project images corresponding to two viewpoints of the same three-dimensional scene separated by a distance of approximately 6 cm, so preferred between about 5.6 cm and 6.6 cm,
- au moins une source lumineuse projette des images définissant une séquence vidéo,- at least one light source projects images defining a video sequence,
- les sources lumineuses sont monochromatiques,- the light sources are monochromatic,
- les sources lumineuses sont polychromatiques,- the light sources are polychromatic,
- au moins une source lumineuse est un projecteur laser,- at least one light source is a laser projector,
- l’élément optique holographique est un élément optique holographique à transmission,- the holographic optical element is a transmission holographic optical element,
- l’élément optique holographique est en forme de dalle et est plaqué contre une paroi de la deuxième portion d’expansion.- the holographic optical element is in the form of a slab and is pressed against a wall of the second expansion portion.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés en détail dans la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will be set out in detail in the description below, made with reference to the appended drawings, in which:
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Les dessins annexés contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.The accompanying drawings contain, for the most part, elements of certain character. They may therefore not only be used to better understand the present invention, but also contribute to its definition, if necessary.
Il est fait référence aux figures 1, 2 et 3.Reference is made to figures 1, 2 and 3.
Afin de définir les orientations des éléments du dispositif selon l’invention, la figure 1 présente un repère. Pour la description des figures 2 et 3, les directions correspondent à celles de ce repère.In order to define the orientations of the elements of the device according to the invention, FIG. 1 presents a marker. For the description of FIGS. 2 and 3, the directions correspond to those of this mark.
Un dispositif optique 100 selon l’invention comprend un guide d’onde 102, une source de rayonnements lumineux 104 et un élément optique holographique 106.An optical device 100 according to the invention comprises a waveguide 102, a source of light radiation 104 and a holographic optical element 106.
Selon l’invention, le guide d’onde 102 est du type cunéiforme et est essentiellement transparent. Le guide d’onde 102 présente une première portion d’expansion 202 et une deuxième portion d’expansion 204.According to the invention, the waveguide 102 is of the wedge-shaped type and is essentially transparent. The waveguide 102 has a first expansion portion 202 and a second expansion portion 204.
La première portion d’expansion 202 présente sensiblement la forme d’un parallélépipède ouvert sur une de ses faces, dont la longueur s’étend selon la direction Y du repère de la figure 1 et la largeur selon la direction X du repère de la figure 1.The first expansion portion 202 has substantially the shape of a parallelepiped open on one of its faces, the length of which extends along the Y direction of the reference in FIG. 1 and the width along the X direction of the reference in FIG. 1.
La première portion d’expansion 202 présente ainsi une paroi d’entrée 206, une première paroi 208 et une deuxième paroi 210. La première paroi 208 et la deuxième paroi 210 sont opposées s’étendent sensiblement dans le plan (X ; Y). La paroi d’entrée 206 relie les parois parallèles 208 et 210, et la face ouverte du parallélépipède correspond à la face qui devrait être opposée à la paroi d’entrée 206. Les deux autres faces du parallélépipède sont référencées 207 et 209. En variante, les faces 207 et 209 ne sont pas des parallélogrammes et/ou ne sont pas parallèles entre elles. La première portion d’expansion 202 n’a alors plus une forme générale de parallélépipède, mais la première paroi 208 et la deuxième paroi 210 restent sensiblement planes et parallèles entre elles, et la paroi d’entrée 206 continue de les relier.The first expansion portion 202 thus has an inlet wall 206, a first wall 208 and a second wall 210. The first wall 208 and the second wall 210 are opposite each other and extend substantially in the plane (X; Y). The entrance wall 206 connects the parallel walls 208 and 210, and the open face of the parallelepiped corresponds to the face which should be opposite the entrance wall 206. The two other faces of the parallelepiped are referenced 207 and 209. Alternatively , the faces 207 and 209 are not parallelograms and/or are not mutually parallel. The first expansion portion 202 then no longer has the general shape of a parallelepiped, but the first wall 208 and the second wall 210 remain substantially flat and parallel to each other, and the inlet wall 206 continues to connect them.
La deuxième portion d’expansion 204 présente la forme d’un coin qui s’étend principalement selon la direction Y. La deuxième portion d’expansion 204 est reliée à la première portion d’expansion 202, de sorte que le coin rétrécit à partir de la première portion d’expansion 202. Dans l’exemple décrit ici, la deuxième portion d’expansion 204 est reliée à la première paroi 208 et à la deuxième paroi 210, de sorte que la première portion d’expansion 202 et la deuxième portion d’expansion 204 sont d’un seul tenant.The second expansion portion 204 has the shape of a wedge which extends mainly along the Y direction. The second expansion portion 204 is connected to the first expansion portion 202, so that the wedge narrows from of the first expansion portion 202. In the example described here, the second expansion portion 204 is connected to the first wall 208 and to the second wall 210, so that the first expansion portion 202 and the second expansion portion 204 are integral.
La deuxième portion d’expansion 204 présente une troisième paroi 212 et une quatrième paroi 214. La troisième paroi 212 et la quatrième paroi 214 forment le coin selon un angle de coin Acoin. La troisième paroi 212 est reliée à la première paroi 208 et forme un angle obtus avec celle-ci, tandis que la quatrième paroi 214 est reliée à la deuxième paroi 210 et s’exprime sensiblement dans le même plan que cette dernière. En variante, la troisième paroi 212et la quatrième paroi 214 peuvent toutes deux présenter une inclinaison respectivement par rapport à la première paroi 208 et à la deuxième paroi 210 dont la somme est égale à l’angle de coin Acoin.The second expansion portion 204 has a third wall 212 and a fourth wall 214. The third wall 212 and the fourth wall 214 form the corner at a corner angle Acoin. The third wall 212 is connected to the first wall 208 and forms an obtuse angle with the latter, while the fourth wall 214 is connected to the second wall 210 and is expressed substantially in the same plane as the latter. Alternatively, the third wall 212and the fourth wall 214 can both present an inclination respectively with respect to the first wall 208 and to the second wall 210 whose sum is equal to the corner angle Acoin.
Le guide d’onde 102 présente un indice de réfraction Nguide supérieur à celui du milieu dans lequel le guide 102 est plongé. Ce milieu est ici de l’air. La paroi d’entrée 206, la première paroi 208 et la deuxième paroi 210, la troisième paroi 212 et la quatrième paroi 214 forment des dioptres du guide d’onde 102.The waveguide 102 has a refractive index Nguide greater than that of the medium in which the guide 102 is immersed. This medium here is air. Entrance wall 206, first wall 208 and second wall 210, third wall 212 and fourth wall 214 form diopters of waveguide 102.
Dans ce qui suit, l’angle d’incidence d’un rayon lumineux sur un dioptre est défini par rapport à la normale à ce dioptre au point d’incidence.In what follows, the angle of incidence of a light ray on a diopter is defined with respect to the normal to this diopter at the point of incidence.
L’indice du milieu dans lequel se situe le guide d’onde 102 et l’indice de réfraction Nguide définissent ensemble un angle limite de réfraction Alimite tel qu’un rayon incident sur l’un des dioptres avec un angle d’incidence A est :The index of the medium in which the waveguide 102 is located and the refractive index Nguide together define a limit angle of refraction Alimite such that a ray incident on one of the diopters with an angle of incidence A is :
Lorsque le rayonnement lumineux est réfracté, il traverse le dioptre et sort de celui-ci dans une direction de sortie présentant un angle de sortie Asortie satisfaisant les lois de Snell-Descartes. Cet angle de sortie est d’autant plus proche de 90° que l’angle d’incidence A est proche de l’angle limite de réfraction Alimite.When the light radiation is refracted, it crosses the diopter and leaves the latter in an exit direction having an exit angle Aoutie satisfying the laws of Snell-Descartes. This exit angle is all the closer to 90° as the angle of incidence A is close to the limit angle of refraction Alimite.
La source de rayonnements lumineux 104 comprend plusieurs sources lumineuses, dirigées vers la paroi d’entrée 206. Ici, la source de rayonnement lumineux 104 comprend trois sources lumineuses 1081, 1082, 1083. Chaque source lumineuse 1081, 1082, 1083 est adaptée pour émettre un rayonnement lumineux respectif 2201, 2202, 2203. Dans l’exemple décrit ici, le nombre de projecteurs est de trois, à des fins de simplifier la description et les dessins. Cependant, la source de rayonnements lumineux 104 peut comprendre davantage de sources lumineuses.The light radiation source 104 comprises several light sources, directed towards the entrance wall 206. Here, the light radiation source 104 comprises three light sources 1081, 1082, 1083. Each light source 1081, 1082, 1083 is adapted to emit a respective light radiation 2201, 2202, 2203. In the example described here, the number of projectors is three, for the purpose of simplifying the description and the drawings. However, the light radiation source 104 may include more light sources.
Le guide d’onde 102 est apte à guider chaque rayonnement lumineux respectif 2201, 2202, 2203 à travers la première portion d’expansion 202 et la deuxième portion d’expansion 204.The waveguide 102 is able to guide each respective light radiation 2201, 2202, 2203 through the first expansion portion 202 and the second expansion portion 204.
Les sources lumineuses 1081, 1082, 1083 sont de préférence des sources de lumière laser. La lumière laser présente une grande cohérence spatiale, ce qui augmente la qualité de reconstruction d’un hologramme produit par l’élément optique holographique 106. Dans l’exemple décrit ici, les sources lumineuses sont des picoprojecteurs laser par balayage «focus free». Ce caractère «focus free» est facultatif, et permet que tous les projecteurs présentent une image nette au niveau de l’élément optique holographique 106.The light sources 1081, 1082, 1083 are preferably laser light sources. The laser light has a high spatial coherence, which increases the quality of reconstruction of a hologram produced by the holographic optical element 106. In the example described here, the light sources are “focus free ” scanning laser picoprojectors. This “focus free ” character is optional, and allows all the projectors to present a sharp image at the level of the holographic optical element 106.
Par souci de clarté, seule la source lumineuse 1081 et son rayonnement lumineux 2201 sont représentés sur les figures 2 et 3. Cependant, ce qui va être décrit s’applique à l’identique aux sources lumineuses 1082, 1083 et à leurs rayonnements lumineux 2202, 2203.For the sake of clarity, only the light source 1081 and its light radiation 2201 are represented in FIGS. 2 and 3. However, what will be described applies identically to the light sources 1082, 1083 and to their light radiation 2202 , 2203.
Le rayonnement lumineux 2201 est émis à travers la première portion d’expansion 202 avec un angle d’incidence A0 par rapport à la normale à la première paroi 208. Afin que le rayonnement lumineux 2201 ne sorte pas de la première portion d’expansion 202, l’angle d’émission A0 est choisi supérieur à l’angle limite de réfraction Alimite du guide d’onde 102. Comme la première paroi 208 et la deuxième paroi 210 sont parallèles, le rayonnement lumineux 2201 se propage le long de la première portion d’expansion 202 sans sortir de cette dernière et sans que l’angle d’incidence ne change sensiblement.The light radiation 2201 is emitted through the first expansion portion 202 with an angle of incidence A0 with respect to the normal to the first wall 208. So that the light radiation 2201 does not come out of the first expansion portion 202 , the emission angle A0 is chosen greater than the limit refraction angle Alimite of the waveguide 102. As the first wall 208 and the second wall 210 are parallel, the light radiation 2201 propagates along the first expansion portion 202 without leaving the latter and without the angle of incidence changing significantly.
Après plusieurs réflexions, le rayonnement lumineux 2201 atteint la face ouverte et pénètre la deuxième portion d’expansion 204. Le rayonnement lumineux 2201 subit une pluralité de réflexions successives contre la troisième paroi 212 et la quatrième paroi 214. Ici, du fait de l’angle entre la troisième paroi 212 et la quatrième paroi 214, l’angle d’incidence va progressivement diminuer avec chaque réflexion d’un incrément de réflexion égal à l’angle de coin Acoin.After several reflections, the light radiation 2201 reaches the open face and penetrates the second expansion portion 204. The light radiation 2201 undergoes a plurality of successive reflections against the third wall 212 and the fourth wall 214. Here, due to the angle between third wall 212 and fourth wall 214, the angle of incidence will gradually decrease with each reflection by a reflection increment equal to the corner angle Acoin.
Lorsque l’angle d’incidence du rayonnement lumineux 2201 devient inférieur à l’angle limite de réfraction Alimite, le rayonnement lumineux 2201 sort du guide d’onde 102 avec un angle de sortie Asortie.When the angle of incidence of the light radiation 2201 becomes less than the limiting angle of refraction Alimit, the light radiation 2201 leaves the waveguide 102 with an exit angle Aout.
L’angle d’incidence A0 et l’angle de coin Acoin sont choisis de sorte que le rayonnement lumineux 2201 sort toujours à travers la troisième paroi 212, dans une portion de la troisième paroi appelée zone de sortie de guide 216.The angle of incidence A0 and the corner angle Acoin are chosen so that the light radiation 2201 always exits through the third wall 212, in a portion of the third wall called the guide exit zone 216.
La première paroi 208 et la troisième paroi 212 du guide d’onde 102 sont légèrement bombées, comme décrit dans la demande de brevet WO 2003/013151. Cet aspect n’est pas représenté sur les figures, à des fins de lisibilité. Cela permet de forcer le rayonnement lumineux 2201 à sortir du côté de la troisième paroi 212. En effet, si les parois 208 et 212 étaient parfaitement planes, une partie des rayons sortiraient par la quatrième face 214, avec pour conséquence de former au niveau de l’élément optique holographique 106 une image striée présentant des zones sombres.The first wall 208 and the third wall 212 of the waveguide 102 are slightly curved, as described in patent application WO 2003/013151. This aspect is not shown in the figures, for readability purposes. This makes it possible to force the light radiation 2201 to exit from the side of the third wall 212. Indeed, if the walls 208 and 212 were perfectly flat, part of the rays would exit through the fourth face 214, with the consequence of forming at the level of the holographic optical element 106 a striped image having dark areas.
Du fait de la loi de Snell-Descartes, plus l’angle de coin Acoin est faible, plus la valeur minimale que l’angle de sortie Asortie peut prendre est grande, c’est-à-dire proche de 90°. Ainsi, plus l’angle de coin Acoin est faible, plus le rayonnement lumineux 2201 sort avec une incidence rasante par rapport à la zone de sortie de guide 216. En outre, plus l’angle de coin Acoin est faible, plus le rayonnement lumineux 2201 va subir un grand nombre de réflexions et parcourir une grande distance de propagation à travers le guide d’onde 102 avant d’en sortir.Due to the Snell-Descartes law, the lower the corner angle Acoin, the greater the minimum value that the exit angle Asortie can take, i.e. close to 90°. Thus, the lower the corner angle Acoin, the more the light radiation 2201 exits with a grazing incidence relative to the guide exit zone 216. In addition, the lower the corner angle Acoin, the greater the light radiation 2201 will undergo a large number of reflections and travel a large propagation distance through the waveguide 102 before leaving it.
Dans l’exemple décrit ici, l’angle de coin Acoin est compris entre 0 et 20°. De préférence, l’angle de coin Acoin est inférieur à 10°. Dans l’exemple représenté schématiquement sur les figures 1 à 3, l’angle de coin Acoin vaut 2°. Dans un prototype développé par la Demanderesse, le guide d’onde 102 est en polyméthacrylate de méthyle (PMMA), d’indice de réfraction 1,49 et l’angle de sortie minimum vaut 74° si la paroi de sortie était parfaitement plane, pour un angle de coin de 2°. Avec la paroi courbée du guide d’onde 102, l’angle de sortie minimum vaut en pratique environ entre 75° et 85°.In the example described here, the corner angle Acoin is between 0 and 20°. Preferably, the corner angle Acoin is less than 10°. In the example shown schematically in Figures 1 to 3, the corner angle Acoin is 2°. In a prototype developed by the Applicant, the waveguide 102 is made of polymethyl methacrylate (PMMA), with a refractive index of 1.49 and the minimum exit angle is 74° if the exit wall were perfectly flat, for a corner angle of 2°. With the curved wall of the waveguide 102, the minimum exit angle is in practice approximately between 75° and 85°.
L’élément optique holographique 106 est disposé au niveau de la zone de sortie de guide 216. L’élément optique holographique 106 est agencé pour dévier le rayonnement lumineux 2201 (ou les rayonnements 2202 et 2203) sortant au niveau de la zone de sortie de guide 216. Le rayonnement lumineux 2201 sort de l’élément optique holographique 106 dans une direction de sortie du dispositif optique 100 sensiblement orthogonale à la direction de sortie du guide d’onde 102.The holographic optical element 106 is arranged at the level of the guide exit zone 216. The holographic optical element 106 is arranged to deflect the light radiation 2201 (or the radiations 2202 and 2203) exiting at the level of the exit zone of guide 216. The light radiation 2201 leaves the holographic optical element 106 in an exit direction of the optical device 100 substantially orthogonal to the exit direction of the waveguide 102.
L’élément optique holographique 106 présente une figure d’interférence enregistrée en son intérieur. La figure d’interférence est associée à une fonction de transfert qui transforme par diffraction un front d’onde incident particulier en une image optique réelle en deux dimensions, laquelle image est produite dans l’espace au niveau d’une zone de vue où est situé un diffuseur lors de l’enregistrement.The holographic optical element 106 has an interference pattern recorded within it. The interference figure is associated with a transfer function which transforms by diffraction a particular incident wavefront into a real optical image in two dimensions, which image is produced in space at a zone of view where is located a diffuser when recording.
Ainsi, lorsqu’une image est projetée en entrée du guide d’onde 102 de sorte qu’elle éclaire la totalité de l’élément optique holographique 106, un utilisateur ayant un œil au niveau de la zone de vue observe l’image en deux dimensions qui est diffusée par l’élément optique holographique 106 et qui correspond à l’image projetée en entrée du guide d’onde 102.Thus, when an image is projected at the input of the waveguide 102 so that it illuminates the entirety of the holographic optical element 106, a user having one eye at the level of the viewing zone observes the image in two dimensions which is diffused by the holographic optical element 106 and which corresponds to the image projected at the input of the waveguide 102.
Comme on le verra plus bas, le dispositif optique 100 tire avantage du fait que l’élément optique holographique 106 produit une image optique réelle décalée lorsque la source lumineuse en entrée du guide d’onde n’est pas orientée selon la direction Y dans le plan (X ; Y).As will be seen below, the optical device 100 takes advantage of the fact that the holographic optical element 106 produces a shifted real optical image when the light source at the input of the waveguide is not oriented along the Y direction in the plane (X; Y).
Le fait que la source de rayonnement lumineux 104, le guide d’onde 102 et l’élément optique holographique 106 soient collés les uns aux autres rend le dispositif optique 100 compact et facilite sa fabrication. En effet, un dispositif dans lequel ces éléments seraient physiquement éloignés serait plus compliqué à monter et à calibrer.The fact that the light radiation source 104, the waveguide 102 and the holographic optical element 106 are glued together makes the optical device 100 compact and facilitates its manufacture. Indeed, a device in which these elements would be physically separated would be more complicated to assemble and to calibrate.
Dans le mode de réalisation décrit ici, l’élément optique holographique 106 a une forme de dalle. L’élément optique holographique est plaqué contre la troisième paroi 212 au niveau de la zone de sortie de guide 216. Cela permet que l’élément optique holographique 106 récupère le rayonnement lumineux 2201 dès sa sortie du guide d’onde 102, avant qu’il n’ait trop divergé.In the embodiment described here, the holographic optical element 106 has a slab shape. The holographic optical element is pressed against the third wall 212 at the level of the guide exit zone 216. This allows the holographic optical element 106 to collect the light radiation 2201 as soon as it leaves the waveguide 102, before it has diverged too much.
La figure d’interférence de l’élément optique holographique 106 diffracte le front d'onde d’un rayonnement lumineux incident en un autre front d’onde prédéterminé, ce par quoi il dévie de 90° ce rayonnement lumineux incident. L’élément optique holographique 106 est sélectif, c’est-à-dire qu’il ne dévie que des rayonnements lumineux incidents selon une plage angulaire prédéterminée et une plage de longueurs d’onde prédéterminée, ces plages définissant une plage de sélectivité connue sous le nom de sélectivité de Bragg.The interference pattern of the holographic optical element 106 diffracts the wavefront of an incident light radiation into another predetermined wavefront, whereby it deflects this incident light radiation by 90°. The holographic optical element 106 is selective, that is to say it only deflects incident light radiation according to a predetermined angular range and a predetermined wavelength range, these ranges defining a range of selectivity known as Bragg's selectivity name.
La plage de sélectivité présente un angle d’incidence optimal, appelé angle de Bragg, pour lequel l’efficacité de la diffraction en chaque point de l’élément optique holographique 106 est optimale. L’efficacité de la diffraction de l’élément optique holographique 106 décroit à mesure que la direction d’incidence d’un rayonnement lumineux diffère angulairement de la direction d’incidence optimale. Hors de la plage de sélectivité, il n’y a pas de diffraction au sein de l’élément optique holographique 106. En l’absence de diffraction, l’élément optique holographique 106 est transparent.The selectivity range has an optimum angle of incidence, called the Bragg angle, for which the diffraction efficiency at each point of the holographic optical element 106 is optimum. The diffraction efficiency of the holographic optical element 106 decreases as the direction of incidence of light radiation differs angularly from the optimum direction of incidence. Outside the selectivity range, there is no diffraction within the holographic optical element 106. In the absence of diffraction, the holographic optical element 106 is transparent.
La plage de sélectivité définit donc un cône dont le sommet est le centre de l’élément optique holographique 106 et dont l’axe est sensiblement selon la direction Y. Les rayons hors de la plage de sélectivité ne sont pas déviés. En particulier, la lumière provenant d’une direction orthogonale au plan de l’élément optique holographique 106 n’est pas déviée ou déformée par ce dernier.The selectivity range therefore defines a cone whose vertex is the center of the holographic optical element 106 and whose axis is substantially along the Y direction. The rays outside the selectivity range are not deflected. In particular, the light coming from a direction orthogonal to the plane of the holographic optical element 106 is not deviated or deformed by the latter.
L’élément optique holographique 106 présente dans l’exemple décrit une plage angulaire pour la plage de sélectivité de +/- 10°. Un élément optique holographique 106 avec une sélectivité trop importante limite l’espacement entre les sources lumineuses les plus éloignées entre elles, ce qui réduit le champ de vue du dispositif optique 100 dans la direction X.The holographic optical element 106 has in the example described an angular range for the selectivity range of +/- 10°. A holographic optical element 106 with too high a selectivity limits the spacing between the light sources farthest from each other, which reduces the field of view of the optical device 100 in the X direction.
L’élément optique holographique 106 est ainsi quasi-transparent. En effet, la plage de sélectivité implique une efficacité de diffraction quasi-nulle dans la direction Z, et donc une quasi-transparence.The holographic optical element 106 is thus quasi-transparent. Indeed, the selectivity range implies a quasi-zero diffraction efficiency in the Z direction, and therefore a quasi-transparency.
Le guide d’onde 102 étant lui-même transparent, le dispositif optique 100 est donc transparent hors de la plage de sélectivité. Par conséquent, la transparence du dispositif optique 100 est quasi-totale depuis un point de vue selon la direction Z. Lorsqu’on l’observe selon la direction Z, le dispositif optique 100 permet donc de voir une scène disposée physiquement derrière lui.The waveguide 102 being itself transparent, the optical device 100 is therefore transparent outside the selectivity range. Consequently, the transparency of the optical device 100 is almost total from a point of view in the direction Z. When it is observed in the direction Z, the optical device 100 therefore makes it possible to see a scene physically arranged behind it.
L’élément optique holographique 106 présente un comportement optique de type lentille convergente, avec une distance focale fixe entre l’élément optique holographique 106 et le foyer image. Dans l’exemple décrit ici, la distance focale est sensiblement égale à 25 cm, et le type de lentille équivalente est une lentille de Fresnel, car de grande dimension. Cependant, contrairement à une lentille de Fresnel, l’élément optique holographique est transparent lorsque vu dans la direction Z.The holographic optical element 106 exhibits a converging lens type optical behavior, with a fixed focal distance between the holographic optical element 106 and the image focal point. In the example described here, the focal length is substantially equal to 25 cm, and the type of equivalent lens is a Fresnel lens, because of its large size. However, unlike a Fresnel lens, the holographic optical element is transparent when viewed in the Z direction.
L’élément optique holographique 106 présente en outre un comportement de type diffuseur anisotropique. Le comportement de type diffuseur anisotropique permet à l’élément optique holographique 106 de diffuser chaque point de l’image holographique dans toute la zone de vue correspondante. L’image holographique est ainsi visible dans toute la zone de vue correspondante. Cette diffusion est ciblée, en ce sens que l’élément optique holographique 106 ne diffuse pas de lumière provenant de la plage de sélectivité hors des zones de vue.The holographic optical element 106 also exhibits an anisotropic diffuser-like behavior. The anisotropic diffuser-like behavior allows the holographic optical element 106 to diffuse each point of the holographic image throughout the corresponding viewing area. The holographic image is thus visible throughout the corresponding viewing area. This scattering is targeted, in the sense that the holographic optical element 106 does not scatter light from the selectivity range out of the view areas.
Dans l’exemple décrit ici, l’élément optique holographique 106 est du type élément optique holographique par transmission. Les éléments optiques holographiques par transmission présentent une sélectivité plus large que les éléments optiques holographiques par réflexion. Cela offre plus de liberté sur l’espacement des sources lumineuses ou leur nombre (à espacement fixé) qu’avec un élément optique holographique par réflexion. Néanmoins, un élément optique holographique par réflexion pourrait également être utilisé.In the example described here, the holographic optical element 106 is of the transmission holographic optical element type. Transmission holographic optical elements exhibit wider selectivity than reflection holographic optical elements. This offers more freedom on the spacing of the light sources or their number (with fixed spacing) than with a holographic optical element by reflection. However, a reflection holographic optical element could also be used.
La source lumineuse 1081 présente un axe d’illumination 3021. Cet axe présente une rotation d’angle X1 autour de l’axe X dans le plan (Y ; Z). L’angle X1 est complémentaire avec l’angle d’incidence A0. L’axe d’illumination 3021 et l’axe X définissent un axe 3101 perpendiculaire à l’axe 3021 dans le plan (Y ; Z) tel que l’axe d’illumination 3021, l’axe X et l’axe 3101 forment un repère orthonormé.The light source 1081 has an axis of illumination 3021. This axis has an angle rotation X1 around the axis X in the plane (Y; Z). The angle X1 is complementary with the angle of incidence A0. The illumination axis 3021 and the X axis define an axis 3101 perpendicular to the axis 3021 in the plane (Y; Z) such that the illumination axis 3021, the X axis and the axis 3101 form an orthonormal landmark.
Les sources lumineuses 1081, 1082 et 1083 sont séparées selon l’axe X d’une distance choisie. Dans l’exemple décrit ici, la distance entre deux sources lumineuses voisines est constante, et égale à 17 mm. Afin d’éclairer la même zone de l’élément optique holographique 106, la source lumineuse 1081 et la source lumineuse 1083 sont orientées à rotation par rapport à l’axe 3101. Cet angle dépend de la distance entre deux sources lumineuses voisines et de la distance entre la paroi d’entrée 206 et l’élément optique holographique 106.The light sources 1081, 1082 and 1083 are separated along the X axis by a chosen distance. In the example described here, the distance between two neighboring light sources is constant, and equal to 17 mm. In order to illuminate the same zone of the holographic optical element 106, the light source 1081 and the light source 1083 are oriented in rotation with respect to the axis 3101. This angle depends on the distance between two neighboring light sources and the distance between the entrance wall 206 and the holographic optical element 106.
Dans le plan (Y ; Z), la source lumineuse 1081 éclaire avec une première demi-largeur angulaire autour de l’axe d’illumination 3021 qui est référencée 3061 sur la figure 3. Dans le plan (X ; axe d’illumination 3021), la source lumineuse 1081 éclaire avec une deuxième demi-largeur angulaire autour de l’axe d’illumination 3021 qui n’est pas représentée sur les figures.In the plane (Y; Z), the light source 1081 illuminates with a first angular half-width around the axis of illumination 3021 which is referenced 3061 in FIG. 3. In the plane (X; axis of illumination 3021 ), the light source 1081 illuminates with a second angular half-width around the axis of illumination 3021 which is not shown in the figures.
Dans la première portion d’expansion 202, le rayonnement lumineux 2201 ne s’étend pas dans la direction Z, du fait des réflexions sur la première paroi 208 et la deuxième paroi 210. A l’inverse, il est libre de s’étendre dans la direction X.In the first expansion portion 202, the light radiation 2201 does not extend in the Z direction, due to the reflections on the first wall 208 and the second wall 210. Conversely, it is free to extend in the X direction.
Une fois dans la deuxième portion d’expansion 204, la situation diffère. En effet, l’amplitude de l’extension dans la direction X ne change pas par rapport à la première portion d’expansion 202. En revanche, l’angle de coin Acoin induit une extension dans la direction Y dont l’amplitude est très importante par rapport à celle dans la direction Z. En outre, l’angle de coin Acoin provoque une sortie progressive du rayonnement lumineux 2201.Once in the second portion of expansion 204, the situation is different. Indeed, the amplitude of the extension in the X direction does not change with respect to the first expansion portion 202. On the other hand, the corner angle Acoin induces an extension in the Y direction whose amplitude is very large compared to that in the Z direction. In addition, the corner angle Acoin causes a gradual exit of the light radiation 2201.
Ainsi, et en rapport avec l’image produite à 90° par rapport aux repères évoqués plus haut, l’expansion dans la première portion d’expansion 202 sera par la suite qualifiée d’horizontale (car elle vient influencer sur la direction X), et l’expansion dans la deuxième portion d’expansion 204 sera par la suite qualifiée de verticale (car elle vient influencer sur la direction Y après déviation par l’élément optique holographique 106). Plus la distance de propagation du rayonnement lumineux 2201 à travers le guide d’onde 102 est importante, plus les expansions verticale et horizontale sont importantes.Thus, and in relation to the image produced at 90° with respect to the reference marks mentioned above, the expansion in the first expansion portion 202 will subsequently be qualified as horizontal (because it influences the direction X) , and the expansion in the second expansion portion 204 will subsequently be qualified as vertical (because it influences the Y direction after deviation by the holographic optical element 106). The greater the propagation distance of the light radiation 2201 through the waveguide 102, the greater the vertical and horizontal expansions.
Comme évoqué plus haut, l’élément optique holographique 106 est agencé pour former une image en deux dimensions visible sensiblement au niveau d’une zone de vue 112 dans un plan de vue 110 du dispositif optique 100 à une distance de vue prédéterminée de l’élément optique holographique 106. Le plan de vue 110 du dispositif optique 100 est sensiblement parallèle à l’élément optique holographique 106 et à la troisième paroi 212. La distance de vue est intrinsèque à l’élément optique holographique 106.Dans l’exemple décrit ici, la distance de vue est d’environ 50 cm.As mentioned above, the holographic optical element 106 is arranged to form a two-dimensional image visible substantially at the level of a viewing zone 112 in a viewing plane 110 of the optical device 100 at a predetermined viewing distance from the holographic optical element 106. The viewing plane 110 of the optical device 100 is substantially parallel to the holographic optical element 106 and to the third wall 212. The viewing distance is intrinsic to the holographic optical element 106.In the example described here, the viewing distance is approximately 50 cm.
Dans l’exemple décrit ici, la source lumineuse 1082 est sensiblement orientée selon l’axe Y dans le plan (X ; Y), et l’image produite par l’élément optique holographique 106 correspond à une portion référencée 1142 de la zone de vue 112. La source lumineuse 1081 et la source lumineuse 1083 sont, comme on l’a vu, décalées par rapport à l’axe Y, de sorte que l’image produite par l’élément optique holographique 106 pour celles-ci correspond respectivement à une portion référencée 1141 et à une portion référencée 1143 de la zone de vue 112.In the example described here, the light source 1082 is substantially oriented along the Y axis in the plane (X; Y), and the image produced by the holographic optical element 106 corresponds to a portion referenced 1142 of the zone of view 112. The light source 1081 and the light source 1083 are, as we have seen, offset with respect to the Y axis, so that the image produced by the holographic optical element 106 for these respectively corresponds to a portion referenced 1141 and to a portion referenced 1143 of the view zone 112.
Pour une source lumineuse donnée, la largeur de l’image optique réelle produite, et la distance entre l’élément optique holographique 106 et la zone de vue 112 sont fixées par la figure d’interférence enregistrée sur l’élément optique holographique 106.For a given light source, the width of the real optical image produced, and the distance between the holographic optical element 106 and the viewing area 112 are fixed by the interference figure recorded on the holographic optical element 106.
Comme la largeur de l’image produite est fixée, il est aisé de placer les sources lumineuses afin de produire un continuum d’images. De plus, ces images ne dépendent que de la source lumineuse dont elles sont issues, de sorte que de nombreuses applications sont possibles. L’espacement entre les sources lumineuses 1081, 1082 et 1083 est choisi de sorte que les zones 1141, 1142 et 1143 sont sensiblement contiguës et sans recouvrement. Pour note, si deux sources lumineuses sont trop proches entre elles, alors leurs images respectives produites par l’élément optique holographique 106 présenteront un recouvrement. Inversement, si elles sont trop espacées, alors un vide existera entre les deux images produites dans la zone de vue 112.As the width of the image produced is fixed, it is easy to place the light sources in order to produce a continuum of images. Moreover, these images depend only on the light source from which they come, so that many applications are possible. The spacing between the light sources 1081, 1082 and 1083 is chosen so that the zones 1141, 1142 and 1143 are substantially contiguous and without overlap. As a note, if two light sources are too close together, then their respective images produced by the holographic optical element 106 will present an overlap. Conversely, if they are too far apart, then a gap will exist between the two images produced in view area 112.
Dans l’exemple décrit ici, comme les sources lumineuses 1081, 1082 et 1083 sont choisies de sorte que les zones 1141, 1142 et 1143 sont sensiblement contiguës et sans recouvrement dans la zone de vue 112, on peut considérer que celles-ci constituent une partition de la zone de vue 112. Pour cette raison, elles seront par la suite désignées en tant que sous-zones de vue 1141, 1142, 1143. Plus généralement, la zone de vue 112 peut être partitionnée en autant de sous-zones de vues qu’il y a de sources lumineuses, dans la direction X.In the example described here, as the light sources 1081, 1082 and 1083 are chosen so that the zones 1141, 1142 and 1143 are substantially contiguous and without overlap in the viewing zone 112, these can be considered to constitute a partition of the view zone 112. For this reason, they will subsequently be designated as view sub-zones 1141, 1142, 1143. More generally, the view zone 112 can be partitioned into as many sub-zones of views that there are of light sources, in the X direction.
Cette partition est ici réalisée de sorte que deux sous-zones de vue voisines dans la direction X soient séparées d’une demi-distance interpupillaire. Dans l’exemple décrit ici, la zone de vue 112 mesure 9 cm dans la direction X, et 10 cm dans la direction Y. Les sous-zones de vue 1141, 1142, 1143 mesurent ici chacune 3 cm de large dans la direction X. Ainsi, les sous-zones de vue extérieures 1141 et 1143 sont espacées d’une distance interpupillaire.This partition is here made so that two neighboring sub-areas of view in the X direction are separated by half the interpupillary distance. In the example described here, the view area 112 measures 9 cm in the X direction, and 10 cm in the Y direction. The view sub-areas 1141, 1142, 1143 here each measure 3 cm wide in the X direction Thus, the outer view sub-areas 1141 and 1143 are spaced apart by an interpupillary distance.
Chaque source lumineuse 1081 (respectivement 1082, 1083) produit donc une image en deux dimensions au niveau de la sous-zone de vue 1141 (respectivement 1142, 1143) qui est visible lorsqu’un utilisateur place ses deux yeux dans la zone de vue 112. En projetant des images au niveau de la source lumineuse 1081 et de la source lumineuse 1083 qui correspondent à deux points de vue d’une même scène en trois dimensions séparés d’une distance interpupillaire, ses yeux voient chacun une image distincte de la même scène, ce qui produit un effet de stéréoscopie. Cet effet est obtenu sans suivi oculaire ni équipement spécifique. Ainsi, le dispositif optique 100 produit un effet d’autostéréoscopie lorsque l’utilisateur place ses yeux au niveau des sous-zones de vue 1141 et 1143.Each light source 1081 (respectively 1082, 1083) therefore produces a two-dimensional image at the level of the sub-view area 1141 (respectively 1142, 1143) which is visible when a user places his two eyes in the view area 112 By projecting images at light source 1081 and light source 1083 that correspond to two viewpoints of the same three-dimensional scene separated by an interpupillary distance, his eyes each see a distinct image of the same scene, which produces a stereoscopic effect. This effect is obtained without eye tracking or specific equipment. Thus, the optical device 100 produces an autostereoscopy effect when the user places his eyes at the level of the view sub-zones 1141 and 1143.
La production de l’élément optique holographique 106 peut être réalisée comme suit. Tout d’abord, une figure d’interférence est enregistrée au sein d’un élément holographique appelé « maître » au moyen d’optiques spécifiques et selon une procédure relativement coûteuse. Ensuite, on utilise l’élément holographique maître pour produire l’élément optique holographique 106 en série. Cette dernière étape est relativement peu coûteuse, ce qui permet de produire en grand nombre des éléments optiques holographiques, une fois l’élément holographique maître produit. Ainsi, la production en série du dispositif optique selon l’invention est possible.The production of the holographic optical element 106 can be carried out as follows. First of all, an interference figure is recorded within a holographic element called "master" by means of specific optics and according to a relatively expensive procedure. Next, the master holographic element is used to produce the holographic optical element 106 in series. This last step is relatively inexpensive, which makes it possible to produce large numbers of holographic optical elements, once the master holographic element has been produced. Thus, mass production of the optical device according to the invention is possible.
L’image holographique peut être monochromatique ou polychromatique. Pour réaliser une image polychromatique, on enregistre dans l’élément optique holographique 106 la superposition d’une figure d’interférence pour une lumière rouge, pour une lumière verte et pour une lumière bleue. Cela est également appelé multiplexage en longueur d’onde, ou superposition d’hologramme. Les sources lumineuses 1081, 1082, 1083 éclairent ensuite l’élément optique holographique 106 chacune avec une lumière comprenant une composante rouge, une composante verte et une composante bleue. La lumière de chaque composante de couleur différente est diffractée indépendamment des deux autres et leur superposition forme une image polychromatique.The holographic image can be monochromatic or polychromatic. To produce a polychromatic image, the superposition of an interference figure for a red light, for a green light and for a blue light is recorded in the holographic optical element 106. This is also called wavelength division multiplexing, or hologram overlay. The light sources 1081, 1082, 1083 then illuminate the holographic optical element 106 each with light comprising a red component, a green component and a blue component. The light of each different color component is diffracted independently of the other two and their superposition forms a polychromatic image.
Si dans l’exemple décrit ici la source lumineuse 1082 est relativement peu utile, elle prend tout son intérêt lorsque le nombre de sources augmente. En effet, la Demanderesse a réalisé un prototype à 5 sources lumineuses, ce qui génère 3 points de vue autostéréoscopiques possibles, et considère pouvoir utiliser jusqu’à au moins 9 sources lumineuses, formant 7 points de vue autostéréoscopiques. La pluralité de points de vue autostéréoscopiques permet à un utilisateur se déplaçant autour de l’image holographique stéréoscopique de voir cette dernière sous un angle différent, toujours en relief et de manière stéréoscopique. Cela renforce l’immersion produite par le dispositif optique 100 en introduisant un effet de parallaxe horizontale.If in the example described here the light source 1082 is relatively useless, it takes all its interest when the number of sources increases. Indeed, the Applicant has produced a prototype with 5 light sources, which generates 3 possible autostereoscopic viewpoints, and considers being able to use up to at least 9 light sources, forming 7 autostereoscopic viewpoints. The plurality of autostereoscopic points of view allows a user moving around the stereoscopic holographic image to see the latter from a different angle, always in relief and in a stereoscopic way. This reinforces the immersion produced by the optical device 100 by introducing a horizontal parallax effect.
Dans l’exemple décrit ici, la distance entre deux les centres de sous-zones de vue voisines est de 3 cm dans la direction X, de sorte que deux sous-zones de vues ayant une sous-zone de vue voisine commune soient séparées d’une distance interpupillaire entre elles. Plus généralement, la distance interpupillaire moyenne variant entre 5,6 cm et 6,6 cm, cette distance pourra varier entre 2,8 cm et 3,3 cm.In the example described here, the distance between two centers of neighboring view sub-areas is 3 cm in the X direction, so that two view sub-areas having a common neighboring view sub-area are separated by an interpupillary distance between them. More generally, the average interpupillary distance varying between 5.6 cm and 6.6 cm, this distance may vary between 2.8 cm and 3.3 cm.
En variante, dans un dispositif optique avec N sources lumineuses, les centres de sous-zones de vue voisines peuvent être séparés d’une distance égale à 6 cm (respectivement entre 5,6 cm et 6,6 cm) divisé par un nombre entier M strictement inférieur à N. Lorsqu’un utilisateur dispose les yeux dans une des paires de sous-zones, celles-ci sont séparées par M-1 sous-zones. En projetant dans chaque sous-zone une fraction de scène correspondant au découpage en N points de vue, l’effet de stéréoscopie est alors amélioré lorsque l’utilisateur déplace ses yeux entre différentes paires de sous-zones, car il est rendu progressif. On peut par exemple réaliser un dispositif optique à 9 sources lumineuses où les centres des sous-zones de vue sont distants de 2 cm pour obtenir 6 vues stéréoscopiques.Alternatively, in an optical device with N light sources, the centers of neighboring view sub-areas can be separated by a distance equal to 6 cm (respectively between 5.6 cm and 6.6 cm) divided by an integer M strictly less than N. When a user places the eyes in one of the pairs of sub-zones, these are separated by M-1 sub-zones. By projecting in each sub-zone a fraction of the scene corresponding to the division into N points of view, the stereoscopy effect is then improved when the user moves his eyes between different pairs of sub-zones, because it is rendered progressive. It is for example possible to produce an optical device with 9 light sources where the centers of the view sub-zones are 2 cm apart to obtain 6 stereoscopic views.
Le nombre de sources lumineuses est contraint par le fait que l’angle de champ total des sources lumineuses doit être inférieur à la sélectivité de Bragg de l’élément optique holographique 106.The number of light sources is constrained by the fact that the total field angle of the light sources must be less than the Bragg selectivity of the holographic optical element 106.
En variante, les sources peuvent être groupées de manière à définir des groupes de sous-zones de vue séparés à distance les uns des autres de sorte que chaque groupe affiche une image holographique stéréoscopique via au moins deux sous-zones de vue. Les groupes de sous-zones de vue sont agencés de sorte que les sous-zones de vue de deux groupes distincts ne peuvent pas être perçues par la même personne. Les groupes sont en outre suffisamment espacés entre eux pour que deux personnes puissent simultanément observer chacune un groupe sans se gêner. Cela permet de réaliser un affichage autostéréoscopique multi-utilisateurs.Alternatively, the sources may be grouped to define separate view sub-area groups remotely from each other such that each group displays a stereoscopic holographic image via at least two view sub-areas. The view sub-area groups are arranged so that the view sub-areas of two separate groups cannot be viewed by the same person. The groups are also sufficiently spaced between them so that two people can simultaneously observe each group without getting in each other's way. This allows for a multi-user autostereoscopic display.
Le dispositif optique 100, par sa transparence au voisinage de la zone de sortie de guide 216, permet donc d’afficher un hologramme tout en étant transparent. Cela permet d’incruster un hologramme dans une scène réelle, visible à travers le dispositif optique 100, sans que des éléments visibles ne nuisent à l’immersion, ce qui ouvre des possibilités de mise en œuvre de réalité augmentée totalement nouvelles.The optical device 100, by its transparency in the vicinity of the guide exit zone 216, therefore makes it possible to display a hologram while being transparent. This makes it possible to embed a hologram in a real scene, visible through the optical device 100, without visible elements interfering with the immersion, which opens up entirely new possibilities for implementing augmented reality.
Un plus grand nombre de sources lumineuses, disposées de manière plus rapprochées et avec un élément optique holographique formant des zones de vue plus étroites, pourrait permettre de réaliser des transitions plus lisses au passage d'un point de vue stéréoscopique à l'autre. Ces transitions plus lisses renforcent l'immersion et la sensation que l'objet virtuel est réel.A greater number of light sources, arranged closer together and with a holographic optical element forming narrower viewing areas, could allow for smoother transitions from one stereoscopic viewpoint to another. These smoother transitions enhance immersion and the feeling that the virtual object is real.
Il est également possible d'avoir recours à un système opto-mécanique pour déplacer une ou des sources lumineuses, ou leur image, sur la largeur de l'entrée du guide d'onde. Si ce déplacement est effectué à haute fréquence, ou asservi avec du suivi oculaire, il serait possible de démultiplier la densité de points de vue.It is also possible to use an opto-mechanical system to move one or more light sources, or their image, over the width of the waveguide entrance. If this movement is carried out at high frequency, or controlled with eye tracking, it would be possible to multiply the density of points of view.
Dans ce qui précède, il a été décrit un exemple dans lequel les sources lumineuses projettent des images. Cependant, le dispositif de l’invention est compatible avec l’affichage de vidéos, puisque l’élément optique holographique sert principalement à diffuser et dévier la lumière issue des sources lumineuses. Il est donc possible d’afficher une vidéo ou des contenus calculés en temps réel et/ou interactifs avec un effet d’autostéréoscopie avec un support transparent, ce qui est particulièrement novateur.In the foregoing, an example has been described in which the light sources project images. However, the device of the invention is compatible with the display of videos, since the holographic optical element is mainly used to diffuse and deflect the light coming from the light sources. It is therefore possible to display a video or calculated content in real time and/or interactive with an autostereoscopy effect with a transparent support, which is particularly innovative.
En outre, bien que l’exemple décrit ici soit lié à une application stéréoscopique, d’autres applications peuvent être envisagées, y compris en plaçant les sources lumineuses de manière à obtenir des sous-zones de vue qui sont séparées, ou qui au contraire se recouvrent. De même, il serait envisageable de prévoir un déplacement des sources lumineuses au cours du temps afin de réaliser un effet particulier.Furthermore, although the example described here is linked to a stereoscopic application, other applications can be envisaged, including placing the light sources in such a way as to obtain sub-areas of view which are separated, or which on the contrary overlap. Similarly, it would be possible to envisage moving the light sources over time in order to achieve a particular effect.
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| FR3096148B1 FR3096148B1 (en) | 2023-12-22 |
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| WO2008040960A1 (en)* | 2006-10-02 | 2008-04-10 | Cambridge Flat Projection Displays Ltd | Flat-panel optical projection apparatus with reduced distortion |
| WO2017069946A1 (en)* | 2015-10-23 | 2017-04-27 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Holographic display |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Publication date |
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| Publication | Publication Date | Title |
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| Date | Code | Title | Description |
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