FR2698454A1 - Optical system for overlaying data on a stage. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système optique permettant à un observateur (39) d'observer simultanément le long de l'axe optique principal (33) une scène extérieure (40) et des données d'information (38) superposées à cette scène (40). Ce système optique est constitué d'une lentille divisée en deux parties (34, 35) par un séparateur de rayons (36), ladite lentille possédant une première surface (31) faisant face à l'observateur (39), une seconde surface (32) définissant un miroir partiellement réfléchissant (32') faisant face à la première surface, et une troisième surface (37) faisant face à la source des données d'information (38) superposées.The present invention relates to an optical system enabling an observer (39) to simultaneously observe along the main optical axis (33) an exterior scene (40) and information data (38) superimposed on this scene (40). ). This optical system consists of a lens divided into two parts (34, 35) by a beam splitter (36), said lens having a first surface (31) facing the observer (39), a second surface ( 32) defining a partially reflecting mirror (32 ') facing the first surface, and a third surface (37) facing the source of the superimposed information data (38).
Description
SYSTEME OPTIQUE DE SUPERPOSITION DE DONNEESOPTICAL DATA OVERLAY SYSTEM
SUR UNE SCENEON A SCENE
La présente invention concerne un système optique permettant de superposer des données d'information The present invention relates to an optical system for superimposing information data
visibles sur une vue de fond observée par un observateur. visible on a background view observed by an observer.
Les systèmes selon l'invention présentent un large domaine d'application Ils peuvent être utilisés dans l'industrie lorsqu'un technicien examine une pièce en effectuant certains contacts électriques, et perçoit simultanément des données provenant d'un instrument de mesure dans son champ d'observation Ces systèmes optiques peuvent être utilisés par les conducteurs, qui ont une vue en champ libre de la route et de l'environnement qui se trouvent devant eux, tandis que des paramètres critiques et des signaux d'avertissement The systems according to the invention have a wide field of application. They can be used in the industry when a technician examines a part by making certain electrical contacts, and simultaneously perceives data from a measuring instrument in his field of application. These optical systems can be used by drivers, who have a clear view of the road and the environment in front of them, while critical parameters and warning signs
se superposent à ladite vue.are superimposed on said view.
Ces systèmes optiques peuvent être utilisés par les pilotes pour observer l'environnement extérieur tout en recevant les données requises d'un ou plusieurs instruments La portée de la présente invention inclut de These optical systems can be used by the pilots to observe the external environment while receiving the required data from one or more instruments. The scope of the present invention includes
nombreuses autres applications.many other applications.
Il existe une grande variété d'instruments optiques permettant de superposer des données sur un fond donné Ce sont en général des dispositifs d'affichage tête-haute qui permettent simultanément l'observation de l'environnement extérieur et la superposition de données There is a wide variety of optical instruments for superimposing data on a given background. These are generally head-up display devices that simultaneously allow observation of the external environment and superposition of data.
importantes pour l'observateur.important for the observer.
Parmi les instruments de ce type, on peut mentionner les collimateurs de navigation utilisés par les pilotes et les conducteurs Les caractéristiques de l'affichage sont dictées par un certain nombre de conditions, telles que: confort de l'oeil, diamètre de35 la pupille de sortie, champ d'observation des symboles, poids du système et, l'une des plus importantes, un champ d'observation de l'extérieur non obstrué De tels systèmes comprennent essentiellement un collimateur présentant un large champ d'observation et une plage5 d'accommodation plus grande que la distance focale du système De tels systèmes font partie de collimateurs de navigation (HUD) et se trouvent dans les simulateurs de vol Divers brevets concernent différents modes de réalisation de tels dispositifs, tels que GB-A-1 139 269, GB-A-2 108 702 ET US-A-4 269 476 Aucun desdits systèmes ne permet d'obtenir un HUD satisfaisant, lequel fournit des solutions optimales par rapport aux conditions Among the instruments of this type, mention may be made of the navigation collimators used by the pilots and the drivers. The characteristics of the display are dictated by a number of conditions, such as: comfort of the eye, diameter of the pupil of the pupil. output, field of observation of symbols, weight of the system and, one of the most important, an unobstructed field of view of the outside. Such systems essentially comprise a collimator having a wide field of view and a range of d 'accommodation greater than the focal length of the system Such systems are part of navigation collimators (HUD) and are found in flight simulators Various patents relate to different embodiments of such devices, such as GB-A-1 139 269 , GB-A-2,108,702 and US-A-4,269,476. None of the said systems makes it possible to obtain a satisfactory HUD, which provides optimal solutions with respect to the conditions
énumérées ci-dessus.listed above.
La présente invention propose un système amélioré The present invention provides an improved system
de ce type.of that type.
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients énumérés ci-dessus, et a pour objet de proposer un système optique du type axial, fondé sur un système optique monobloc, dont l'élément réalisant la collimation est un miroir sphérique disposé sur l'axe optique La présente invention a pour objet de permettre à l'observateur de percevoir des symboles dans un large champ d'observation avec une obstruction minimale de la The object of the present invention is to overcome the drawbacks enumerated above, and its object is to propose an optical system of the axial type, based on a monobloc optical system, whose collimating element is a spherical mirror disposed on the The object of the present invention is to enable the observer to perceive symbols in a wide field of view with minimal obstruction of the
scène extérieure et un grand confort pour l'oeil. outdoor scene and great comfort for the eye.
La présente invention atteint son but en proposant un système optique intégré pour observer simultanément une scène extérieure (ou scène observée) et des données d'information superposées à ladite scène, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une lentille divisée en deux parties par un séparateur de rayons, ladite lentille possédant une première surface faisant face à l'observateur, et une seconde surface, convexe et partiellement réfléchissante, sur l'axe optique principal, définissant un miroir concave partiellement réfléchissant faisant face à la première surface, ladite lentille possédant une troisième surface parallèle à l'axe optique principal ou faisant un angle aigu avec lui, faisant face à la source des données d'information superposées, ledit séparateur allant de la partie supérieure de la première surface jusqu'à la partie inférieure dudit miroir concave, de sorte que la source des données d'information est située au foyer de ladite surface concave, de sorte que le faisceau provenant de la source de données traverse la troisième surface, est renvoyé par le séparateur vers ledit miroir concave partiellement réfléchissant et de là via le séparateur The present invention achieves its goal by providing an integrated optical system for simultaneously observing an external scene (or scene observed) and information data superimposed on said scene, characterized in that it consists of a lens divided into two parts by a ray splitter, said lens having a first surface facing the observer, and a second surface, convex and partially reflective, on the main optical axis, defining a partially reflecting concave mirror facing the first surface, said a lens having a third surface parallel to or at an acute angle to the main optical axis, facing the source of the superimposed information data, said separator being from the upper portion of the first surface to the lower portion of said concave mirror, so that the source of the information data is located at the focus of said concave surface, so that the beam from the data source passes through the third surface, is returned by the separator to said partially reflective concave mirror and thence via the separator
vers la première surface et de là vers l'oeil de l'observateur, qui observe simultanément lesdites données d'information et ladite scène à travers la lentille, y15 compris le séparateur, le long de l'axe optique principal. to the first surface and from there to the observer's eye, which simultaneously observes said information data and said scene through the lens, including the separator, along the main optical axis.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la surface de la lentille faisant face à According to a first embodiment of the invention, the surface of the lens facing
l'observateur est une surface plane. the observer is a flat surface.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la surface de la lentille faisant face à l'observateur est une surface concave de sorte que la vergence de la lentille dans la direction de la scène According to another embodiment of the invention, the surface of the lens facing the observer is a concave surface so that the vergence of the lens in the direction of the scene
observée est nulle.observed is zero.
Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, une lentille supplémentaire divergente est collée sur la surface convexe de la première lentille, en face de la scène observée, de sorte que le système comprend une unité constituée d'une lentille doublet formée d'une lentille convergente et d'une lentille divergente liées à une surface courbe commune, servant de miroir partiellement réfléchissant, ayant une surface parallèle à ou faisant un angle avec l'axe optique du doublet en face de la source de données, dans lequel la lentille convergente est divisée par un séparateur en une According to yet another embodiment of the invention, a diverging additional lens is adhered to the convex surface of the first lens, in front of the observed scene, so that the system comprises a unit consisting of a doublet lens formed of a converging lens and a diverging lens connected to a common curved surface, serving as a partially reflecting mirror, having a surface parallel to or at an angle to the optical axis of the doublet in front of the data source, wherein the convergent lens is divided by a separator into a
partie supérieure et une partie inférieure, lequel sépa- upper part and a lower part, which separates
rateur part de la partie supérieure de la surface exté- rieure faisant face à l'observateur, près de la surface supérieure du doublet, et descend vers la surface courbe,5 ladite surface supérieure étant adaptée de manière à transmettre les images de "données" au séparateur et de celui-ci au miroir courbe. Dans ce mode de réalisation, le doublet peut avoir une vergence nulle dans la direction d'observation the top surface of the outer surface facing the observer, near the upper surface of the doublet, and descends to the curved surface, said upper surface being adapted to transmit the "data" images. to the separator and from it to the curved mirror. In this embodiment, the doublet may have zero vergence in the observation direction
de la scène extérieure.of the outdoor scene.
Selon encore un autre mode de réalisation, la According to yet another embodiment, the
surface faisant face à la source de données est courbe. surface facing the data source is curved.
Dans un système optique selon l'invention, le miroir partiellement réfléchissant peut être un miroir dichroïque; d'autre part, avantageusement, l'aire optique efficace de la surface faisant face à la scène observée est plus grande que la surface faisant face à l'observateur de sorte que le pourtour de la lentille n'obstrue pas la scène observée; par ailleurs, la forme de la surface extérieure de la lentille peut être un tronc de cône dont la base est du côté de la scène observée et dont le sommet est situé derrière l'oeil de l'observateur. Selon un mode supplémentaire de réalisation de In an optical system according to the invention, the partially reflecting mirror may be a dichroic mirror; on the other hand, advantageously, the effective optical area of the surface facing the observed scene is larger than the surface facing the observer so that the periphery of the lens does not obstruct the observed scene; in addition, the shape of the outer surface of the lens may be a truncated cone whose base is on the side of the scene observed and whose top is located behind the eye of the observer. According to an additional embodiment of
l'invention, la lentille divergente est fixée sur la sur- the invention, the diverging lens is fixed on the
face de la lentille convergente faisant face à l'obser- face of the convergent lens facing the observer
vateur, moyennant quoi le doublet est de vergence nulle. the doublet is of zero vergence.
Dans un système optique selon l'invention, le miroir peut posséder une surface sphérique, conique ou torique; en outre, la surface réfléchissante du miroir est avantageusement munie d'un revêtement multicouche ou In an optical system according to the invention, the mirror may have a spherical, conical or toric surface; in addition, the reflecting surface of the mirror is advantageously provided with a multilayer coating or
d'un revêtement holographique.a holographic coating.
L'élément principal du système est formé d'un bloc en matériau transparent (verre, acrylique) constituant un doublet, de vergence nulle de par sa forme Ce doublet est poli au niveau de sa surface supérieure, près de l'affichage -l'élément secondaire et de préférence poli à sa périphérie en une forme tronconique, dont la petite base est proche de l'oeil et fait partie de la lentille convergente du doublet Le doublet comporte deux lentilles, une lentille convergente telle qu'une lentille plan-convexe, et une lentille divergente telle qu'une lentille plan-concave La lentille convergente est formée de deux parties séparées The main element of the system consists of a block of transparent material (glass, acrylic) constituting a doublet, of zero vergence by its shape This doublet is polished at its upper surface, near the display -l ' secondary element and preferably polished at its periphery in a frustoconical shape, whose small base is close to the eye and is part of the convergent lens of the doublet The doublet comprises two lenses, a convergent lens such as a plano-convex lens , and a diverging lens such as a plano-concave lens The converging lens is formed of two separate parts
par un plan incliné constituant un séparateur de rayons. by an inclined plane constituting a ray separator.
La lentille divergente du doublet, de même rayon que la lentille convergente du doublet, est munie d'une face transmettant partiellement la lumière grâce à un revêtement partiellement réfléchissant tel qu'un The diverging lens of the doublet, of the same radius as the convergent lens of the doublet, is provided with a face partially transmitting light through a partially reflective coating such as a
revêtement dichroïque ou un revêtement holographique. dichroic coating or holographic coating.
La lumière issue de l'affichage, qui est situé au foyer du miroir courbe, pénètre dans le doublet par sa partie supérieure, est partiellement réfléchie par le séparateur de rayons en direction du miroir Le miroir réfléchit la lumière sous forme d'un faisceau parallèle via le séparateur de rayons, qui transmet ledit faisceau en direction de la surface externe du doublet vers l'oeil de l'observateur. La pupille de sortie est située près du centre de courbure du miroir Dans le cas o la lentille n'est pas dans l'air, le centre de courbure est le centre de courbure tel qu'il apparaît après réfraction par la surface optique qui se trouve près de l'oeil de l'observateur. La présente invention est illustrée à titre d'exemple par les figures schématiques ci-jointes, qui ne sont pas à l'échelle et dans lesquelles: les figures IA et IB montrent des systèmes se rapportant à l'art antérieur; la figure 2 est une vue de côté du mode de réalisation de l'invention le plus simple; la figure 3 est une vue de côté d'un autre mode de réalisation, similaire à celui de la figure 2, mais de vergence nulle; la figure 4 est un mode de réalisation d'un système de lentille doublet selon l'invention; la figure 5 illustre l'angle d'ouverture du cône; la figure 6 est une vue latérale en projection de la figure 5; la figure 7 est une vue en perspective d'un doublet selon l'invention; la figure 8 est une vue de côté d'un autre mode de réalisation, dans lequel la lentille divergente est liée à la lentille convergente au niveau de la surface The light from the display, which is located at the focus of the curved mirror, enters the doublet at its upper part, is partially reflected by the beam splitter in the direction of the mirror The mirror reflects light in the form of a parallel beam via the beam splitter, which transmits said beam towards the outer surface of the doublet to the observer's eye. The exit pupil is located near the center of curvature of the mirror In the case where the lens is not in the air, the center of curvature is the center of curvature as it appears after refraction by the optical surface which is find near the eye of the observer. The present invention is illustrated by way of example by the accompanying diagrammatic figures, which are not to scale and in which: FIGS. 1A and 1B show systems relating to the prior art; Figure 2 is a side view of the simplest embodiment of the invention; Figure 3 is a side view of another embodiment, similar to that of Figure 2, but of zero vergence; Figure 4 is an embodiment of a doublet lens system according to the invention; Figure 5 illustrates the opening angle of the cone; Figure 6 is a side view in projection of Figure 5; Figure 7 is a perspective view of a doublet according to the invention; Fig. 8 is a side view of another embodiment, in which the diverging lens is bonded to the converging lens at the surface.
proche de l'observateur.close to the observer.
Sur la figure IA, le système comprend deux miroirs: un miroir sphérique 11, qui sert de collimateur en réflexion et de vitre de vergence nulle en transmission; le second miroir 12 sert de séparateur de rayons La lumière issue de la surface d'affichage 13 est dirigée vers le miroir séparateur de rayons 12, est réfléchie par celui- ci en direction du miroir sphérique 11 Le miroir sphérique sert de collimateur et réfléchit la lumière ayant subi la collimation en direction du miroir séparateur 12 qui la renvoie vers l'oeil du pilote ou de l'observateur, 14, qui est situé près du centre de courbure du miroir 15 Ce système présente un certain nombre d'inconvénients mécaniques et optiques, il exige un montage mécanique de haute précision des éléments les uns par rapport aux autres, et la complexité nécessaire de tels montages a tendance à causer des obstructions au moins partielles de la scène observée Même une petite obstruction au voisinage de l'oeil obstrue un angle de In FIG. 1A, the system comprises two mirrors: a spherical mirror 11, which serves as a collimator in reflection and a window of zero vergence in transmission; the second mirror 12 serves as a beam splitter The light coming from the display surface 13 is directed towards the beam splitter mirror 12, is reflected by it in the direction of the spherical mirror 11 The spherical mirror serves as a collimator and reflects the collimated light towards the separating mirror 12 which returns it to the eye of the pilot or the observer, 14, which is located near the center of curvature of the mirror 15. This system has a number of mechanical disadvantages and optical, it requires a mechanical assembly of high-precision elements relative to each other, and the necessary complexity of such montages tends to cause at least partial obstructions of the observed scene Even a small obstruction in the vicinity of the eye obstructs an angle of
vue appréciable.appreciable view.
Dans un tel système, l'oeil est situé au centre de courbure du miroir, dont le rayon de courbure est R, et l'affichage se trouve à la moitié de cette distance, étant donné que la distance focale d'un miroir sphérique est égale à la moitié de son rayon, soit R/2 Le séparateur de rayons partage la distance focale en deux segments, l'axe horizontal X et l'axe vertical Y, tels que X + Y = R/2 Y est donc la hauteur de l'affichage par In such a system, the eye is located at the center of curvature of the mirror, whose radius of curvature is R, and the display is at half this distance, since the focal length of a spherical mirror is equal to half of its radius, ie R / 2 The ray splitter divides the focal length into two segments, the horizontal axis X and the vertical axis Y, so that X + Y = R / 2 Y is the height of the display by
rapport à l'axe optique.compared to the optical axis.
Le but recherché consiste à rendre cette hauteur aussi grande que possible afin de réduire l'obstruction The goal is to make this height as large as possible to reduce the obstruction
de la partie supérieure du champ d'observation extérieur. from the upper part of the external field of view.
Cette hauteur étant également fonction de la distance au séparateur, plus l'affichage sera loin, plus le champ d'observation des symboles sera réduit Avec les paramètres indiqués, pour un champ d'observation vertical, l'accommodation de l'oeil étant obtenue à une distance E de la dernière surface, le diamètre de la pupille de sortie étant désigné par 0, l'épaisseur du système par T, et l'indice de réfraction du milieu par n, on montre que: ( 1) Xmin = T 0/2 E tan(a) ( 2) Ymax = R/2 Xmin ( 3) R/n = E + T/n ( 4) R = n E + T Lorsqu'on reporte ( 4) dans ( 2), il vient Ymax = n E/2 = T/2 Xmin ce qui indique clairement que plus N sera grand, plus la valeur de Ymax augmentera et ainsi, la taille du champ d'observation extérieur augmentera de manière correspondante. La figure IB décrit également un dispositif se rapportant à l'art antérieur Ledit dispositif repose sur la surface arrière du miroir, laquelle fait partie intégrante d'un corps solide transparent La lumière issue de 21 est dirigée vers la surface d'entrée 22 dudit corps et continue son trajet jusqu'au séparateur de rayons 23, le traverse sans réflexion, arrive sur le miroir 24, dont l'axe optique est perpendiculaire à l'axe This height being also a function of the distance to the separator, the more the display will be far, the more the field of observation of the symbols will be reduced With the parameters indicated, for a vertical field of observation, the accommodation of the eye being obtained at a distance E from the last surface, the diameter of the exit pupil being designated 0, the thickness of the system by T, and the index of refraction of the medium by n, we show that: (1) Xmin = T 0/2 E tan (a) (2) Ymax = R / 2 Xmin (3) R / n = E + T / n (4) R = n E + T When referring (4) to (2), it comes Ymax = n E / 2 = T / 2 Xmin which clearly indicates that the larger N, the more the value of Ymax will increase and so the size of the external field of view will increase correspondingly. FIG. 1B also describes a device relating to the prior art. Said device rests on the rear surface of the mirror, which is an integral part of a transparent solid body. The light coming from 21 is directed towards the input surface 22 of said body. and continues its path to the beam separator 23 passes through without reflection, arrives on the mirror 24, whose optical axis is perpendicular to the axis
du champ d'observation central, est réfléchie en direction du séparateur de rayons 23 et retourne vers l'oeil de l'observateur, 26 Cette version pallie10 certains des inconvénients du dispositif de la figure IA, mais présente certains problèmes. From the central field of view, is reflected towards the ray separator 23 and returns to the eye of the observer. This version overcomes some of the disadvantages of the device of Fig. 1A, but presents some problems.
Etant donné que l'axe du miroir sphérique est perpendiculaire à l'axe optique principal, sa projection empêche la vision sous l'angle désigné par 25 Afin d'offrir un champ d'observation plus grand, le bloc doit être très épais Pour certains angles, des réflexions parasites sont susceptibles d'être provoquées par les Since the axis of the spherical mirror is perpendicular to the main optical axis, its projection prevents vision at the angle designated by 25. In order to provide a larger field of view, the block must be very thick. angles, parasitic reflections are likely to be caused by the
surfaces externes du bloc de verre.outer surfaces of the glass block.
DESCRIPTION DETAILLE DU DISPOSITIF DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE DEVICE OF THE INVENTION
Comme l'indique la figure 2, un système optique selon l'invention comprend une lentille convergente 30, présentant une surface plane 31 et une surface concave 32 perpendiculaire à l'axe optique 33, ladite lentille étant divisée en les parties 34 et 35 par un séparateur de rayons 36, qui descend à partir de la partie supérieure 34 de la lentille située du côté de l'observateur, jusqu'à la partie inférieure de la partie 35 de la lentille La surface concave 32 est munie d'un revêtement (ou miroir semi-transparent) 32 ' qui permet à une partie As shown in FIG. 2, an optical system according to the invention comprises a convergent lens 30 having a flat surface 31 and a concave surface 32 perpendicular to the optical axis 33, said lens being divided into the parts 34 and 35 by a ray separator 36, which descends from the upper part 34 of the lens situated on the observer's side, to the lower part of the portion 35 of the lens. The concave surface 32 is provided with a coating ( or semi-transparent mirror) 32 'which allows a party
de la lumière de passer et qui réfléchit l'autre partie. light to pass and who thinks the other part.
Le système présente une surface supérieure plane 37, parallèle à l'axe 33 Ladite surface supérieure peut The system has a flat upper surface 37, parallel to the axis 33 Said upper surface can
aussi faire un angle aigu avec ledit axe. also make an acute angle with said axis.
L'image des données destinées à être superposées est projetée d'une surface 38, qui est située à la distance focale du miroir 32 ', via la surface 37 jusqu'au séparateur de rayons 36, et de là jusqu'au miroir 32 ' qui la renvoie dans la direction de l'oeil 39 d'un observateur. L'oeil perçoit simultanément l'image d'un objet à travers le miroir semi-transparent 32 ', et ainsi The image of the data to be superimposed is projected from a surface 38, which is located at the focal length of the mirror 32 ', via the surface 37 to the ray separator 36, and thence to the mirror 32' which returns it in the direction of the eye 39 of an observer. The eye simultaneously perceives the image of an object through the semi-transparent mirror 32 ', and thus
voit les deux images simultanément. sees both images simultaneously.
Etant donné que la surface 32 est une surface concave et que la surface 31 est une surface plane, Since the surface 32 is a concave surface and the surface 31 is a flat surface,
l'image de l'objet 40 est perçue agrandie. the image of the object 40 is perceived as enlarged.
Un autre mode de réalisation est illustré en référence à la figure 3, qui diffère de la figure 2 uniquement en ce que la surface 41 faisant face à l'oeil Another embodiment is illustrated with reference to FIG. 3, which differs from FIG. 2 only in that the surface 41 facing the eye
39 de l'observateur est également une surface concave. 39 of the observer is also a concave surface.
Comme les deux surfaces 32 et 41 sont des surfaces courbes, la vergence de la lentille est nulle si la courbure est choisie correctement On obtient ainsi une Since both surfaces 32 and 41 are curved surfaces, the vergence of the lens is zero if the curvature is chosen correctly.
image de taille normale de l'objet 40. Normal size image of object 40.
La figure 4 est une vue de côté, en coupe, d'un dispositif selon la présente invention L'élément principal est un bloc en matériau transparent, tel que du verre ou un polymère acrylique Ce bloc constitue un doublet, et est de vergence nulle quand on regarde à travers Ledit doublet comporte deux lentilles, une FIG. 4 is a side view, in section, of a device according to the present invention. The main element is a block made of transparent material, such as glass or an acrylic polymer. This block constitutes a doublet, and is of zero vergence. when we look through This doublet has two lenses, one
lentille convergente 41, telle qu'une lentille plan- convergent lens 41, such as a planar lens
convexe et une lentille divergente 42, telle qu'une convex and a diverging lens 42, such as
lentille plan-concave.plano-concave lens.
La lentille convergente 41 est formée de deux parties, 4 la et 41 b, séparées par un séparateur de rayons The convergent lens 41 is formed of two parts, 41a and 41b, separated by a ray separator
incliné 43.inclined 43.
Le plan de 43 part à l'extrémité inférieure près de la surface convexe 44 qui est commune aux deux lentilles et remonte vers la surface supérieure (ou surface d'entrée) 45 du doublet près de la source de l'affichage La surface 46, qui est à l'opposé de la surface convexe 44, constitue la surface externe du côté de l'oeil 47 de l'observateur Le rayon de courbure de la surface 44 a de la lentille divergente 42 du doublet est identique au rayon de courbure de la surface 44 de la lentille convergente 41 La surface 44 a est munie d'un revêtement partiellement réfléchissant tel un revêtement dichroïque ou un revêtement holographique, qui fait de 44 un miroir de collination Les deux lentilles sont liées l'une à l'autre au niveau de la surface 44 La lumière10 issue du plan focal 50 est dirigée vers la surface d'entrée 45 du doublet qui est sensiblement parallèle à l'axe optique de vision 51 La lumière arrive sur le séparateur 43 et est partiellement réfléchie vers l'arrière en direction du miroir de collination 44, qui, également muni d'un revêtement partiellement réfléchissant, renvoie une partie de l'énergie en direction du séparateur 43, qui cette fois transmet le faisceau en direction de la surface externe 46 et de là jusqu'à l'oeil 47 de l'observateur, qui est situé dans la The plane of 43 leaves at the lower end near the convex surface 44 which is common to both lenses and rises to the upper surface (or input surface) 45 of the doublet near the source of the display. The surface 46, which is opposite the convex surface 44, constitutes the outer surface of the side of the eye 47 of the observer The radius of curvature of the surface 44a of the diverging lens 42 of the doublet is identical to the radius of curvature of the the surface 44 of the converging lens 41 The surface 44a is provided with a partially reflecting coating such as a dichroic coating or a holographic coating, which makes a collination mirror 44. The two lenses are connected to each other at the same time. The light from the focal plane 50 is directed towards the input surface 45 of the doublet which is substantially parallel to the optical axis of vision 51. The light arrives on the separator 43 and is partially reflected towards the rear towards the colliding mirror 44, which, also provided with a partially reflecting coating, returns a portion of the energy towards the separator 43, which this time transmits the beam towards the outer surface 46 and there up to the eye 47 of the observer, which is located in the
région 48 du centre de courbure du miroir 44. region 48 of the center of curvature of the mirror 44.
Les rayons provenant de la scène extérieure 49 arrivent sur la surface 40 du système optique, traversent le miroir 44, le séparateur de rayons 43, la seconde The rays coming from the outer stage 49 arrive on the surface 40 of the optical system, pass through the mirror 44, the ray separator 43, the second
surface, externe, 46 puis de là parviennent à l'oeil 47. surface, external, 46 and from there reach the eye 47.
Etant donné que la lumière issue de la surface 50 est dans le plan focal du miroir 44, elle atteint l'oeil 47 de l'observateur sous la forme d'un faisceau parallèle et est perçue comme venant de l'infini Il est bien entendu possible de déplacer le foyer du système de manière à mettre au point pour les objets non situés à l'infini. Les figures 5 et 6 illustrent la forme extérieure donnée au corps optique selon l'invention, conçue pour minimiser les obstructions partielles de la scène extérieure quand on regarde à travers Toute obstruction au voisinage de l'oeil obstruera une partie considérable de la scène extérieure pour l'oeil Afin de minimiser les obstructions, on a donné à ce corps une forme externe conique de sorte qu'un rayon qui se comporte comme s'il5 venait de l'oeil de l'observateur ne rencontrera pas d'obstructions de la part des surfaces extérieures du corps. En référence à la figure 5, le rayon 52 issu de l'oeil 47 et dirigé vers le bord inférieur 53 dudit corps fait un angle 54 (a) avec l'axe optique 55 du système Ce rayon est réfracté dans le corps transparent suivant la loi de Snell- Descartes et fait un angle 56 (D) avec l'axe optique et sort du système au point 57 parallèlement au rayon 52 Un autre rayon 58, issu de l'oeil 47 et parallèle au premier rayon, passe tout près du bord inférieur 53 mais n'est pas réfracté et continue tout droit sans rencontrer d'obstacle Le demi-angle au sommet 59 du cône est D < 0 <a o la meilleure forme est obtenue pour un demi-angle au sommet 0 = f/2 + E/2 La figure 6 est une projection du corps transparent. La figure 7 est une vue en perspective d'un corps optique selon l'invention selon la figure 5, o 70 est la surface d'affichage de l'image, dans le plan focal du Since the light from the surface 50 is in the focal plane of the mirror 44, it reaches the eye 47 of the observer in the form of a parallel beam and is perceived as coming from infinity. possible to move the focus of the system so as to focus for objects not located at infinity. Figures 5 and 6 illustrate the external shape given to the optical body according to the invention, designed to minimize the partial obstructions of the external scene when viewed through any obstruction in the vicinity of the eye will obstruct a considerable part of the external scene for In order to minimize obstructions, this body has been given a conical external shape so that a ray that behaves as if it were coming from the observer's eye will not encounter any obstructions on the part of the observer. outer surfaces of the body. With reference to FIG. 5, the ray 52 coming from the eye 47 and directed towards the lower edge 53 of said body makes an angle 54 (a) with the optical axis 55 of the system. This ray is refracted in the transparent body following the Snell-Descartes law and makes an angle 56 (D) with the optical axis and leaves the system at point 57 parallel to the radius 52 Another ray 58, coming from the eye 47 and parallel to the first ray, passes close to the lower edge 53 but is not refracted and continues straight without encountering obstacles The half-angle at the top 59 of the cone is D <0 <ao the best shape is obtained for a half-angle at the top 0 = f / 2 + E / 2 Figure 6 is a projection of the transparent body. FIG. 7 is a perspective view of an optical body according to the invention according to FIG. 5, where 70 is the display surface of the image, in the focal plane of FIG.
miroir, du système optique et de l'oeil 72. mirror, optical system and eye 72.
Un autre mode de réalisation est illustré en référence à la figure 8, o 81 est une lentille convergente, présentant une surface courbe partiellement réfléchissante 82 dont la face convexe fait face à la scène observée 87 Sur la surface plane 83 de la lentille est collée une lentille plan-concave 84, de vergence négative, dont la surface concave 85 fait face à il Another embodiment is illustrated with reference to FIG. 8, where 81 is a convergent lens, having a partially reflecting curved surface 82 whose convex face faces the observed scene 87 On the flat surface 83 of the lens is glued a plane-concave lens 84, of negative vergence, whose concave surface 85 faces
12 269845412 2698454
l'observateur 86 Les autres éléments, comme la surface 88 et le séparateur de rayons 89 sont les mêmes que sur la figure 3 La vergence résultante de cette lentille the observer 86 The other elements, such as the surface 88 and the ray separator 89 are the same as in FIG. 3 The resulting vergence of this lens
doublet est nulle, et ainsi l'image de 87 est vue en5 taille normale. doublet is zero, and so the image of 87 is seen in normal size.
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