Brevet FR2823863A1 — publié le 20021025

La présente invention concerne un dispositif optique de projection d'images à 2 ou 3 dimensions, virtuelles ou réelles, statiques ou animoes, à travers un miroir. Le miroir mélange l'image naturelle virtuelle refletée par celui-ci aux images projetées virtuelles ou rcelles. La projection d'images virtuelles ou réelles est commutable. Domaine technique Procédés optiques permettant la formation d'effets spéciaux à travers un miroir. Etat de la technique La plupart des effets spéciaux à travers des miroirs sont basés sur le principe des images virtuelles. L'optique géometrique permet la mise en oeuvre d'images virtuelles par des moyens simples et peu coûteux, depuis plus d'un siècle. VoicI un problème actuel: Dans ces dispositifs, les images virtuelles ne peuvent devenir réelles. Descrption du dispositif Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvenients. La figure 1 présente les propriétés d'un miroir. Un observateur se regardant dans un miroir, percoit son image en profondeur et ainsi en 3D. Il y a une symetrie entre l'observateur et son image. La distance A des yeux de l'observateur au plan miroir (1) est égale à celle A' de l'image virtuelle des yeux au même plan miroir (1). La distance B des yeux à l'objet (2) est égale à celle B' de l'image virtuelle des yeux à celle de ce même objet (2). L'observateur peut dans son image refletée, analyser la localisation spatiale de chaque point d'image. Il le fait grâce à la synergie convergence-accomodation de sa vision. La convergence de ses yeux lui confère une acuité stéréoscopique et l'accomodation lui assure une fonction de "télémétrie" (lusqu'à à 18 mètres), jouant un rôle de confirmation sur l'information de convergence. -2 La figure 2 représente l'effet produit par le dispositif selon l'invention. Une image virtuelle (3) ou rcelle (4) vient se superposer à l'image virtuelle à 3 dimensions de l'observateur et de son environnement immédiat ( cette dernière est appellée: image virtuelle naturelle). Cette image superposoe (3,4) est statique ou animoe. En cas d'animation, l' image peut passer de virtuel le à réel l e en franchissant le miroir pour venir flotter spatialement devant l'observateur. L'image superposoe (3,4) est commutable. L'observateur approche du miroir, l'image superposoe (3,4) est éteinte. Ainsi la situation apparait comme "normale" à l'observateur. Un détecteur d'approche (5) tel q'un radar volumétrique ou un système à infra-rouge ou à ultra-sons à titre d'exemples non limitatifs, se déclenche devant l'avancée ou le positionnement de l'observateur, par rapport à la zone de projection de l'image superposée (3,4). Au déclenchement, l'image s'allume en tout ou rien, ou en gradation et la séquence d'animation, si il y a, débute. L'animation peut comprendre des mouvements de type rotation ou translation et cela dans les 3 axes (XYZ) de l'espace. L'image superposée (3,4), statique ou animoe, peut présenter des effets de variation de luminosité ou de couleurs, ou aussi des effets de flash pour ajouter encore à l'ambiance de surprise. L'effet de l'image superposoe (3,4) peut être accru par une sonorisation ( bruitage,voix,musique,... à titre d'exemples non limitatifs) et aussi par un générateur d'odeurs. L'animation se produit ainsi par des moyens d'éclairage, de mouvements, de sonorisation, et d'odeurs. Dès que la séquence d'animation s'achève, si il y a encore un ou plusieurs observateurs, une nouvelle ou même séquence recommence ou un temps d'arrêt vient ponctuer l'ambiance générce par l'effet. La figure 3 représente le dispositif selon l'invention. Il comporte en effet selon une première caractéristique un miroir (1) métallique de type argentique ou aluminé à titre d'exemples non limitatifs, ou multi-diélectrique. Ce miroir est partiellement transmissif, en pratique 1 à S de la valeur de lumière réfléchie. C'est le seul composant optique que percoit le public observateur. Une lentille de Fresnel (21) présentant une fonction asphérique positive pour réduire les aberrations de sphéricité. -3 Son centre optique est à la hauteur moyenne des yeux de ou des observateurs. Son matériau transmet entièrement la lumière visible et ne diffuse en aucun cas. Si une diffusion même réduite, se produit, alors la la surface matérielle de cette lentille (21) apparait à travers le miroir (11. Un miroir de renvoi (9) permet d'exprimer le dispositif verticalement et ainsi autorise un gain d'encombrement à l'arrière du miroir (1). Les lentilles (10,11,12) forment un objectif présentant une ouverture numérique supérieur à F/1,5 afin de permettre une capture d'angle solide de l'objet (16) suffisante pour autoriser une parrallaxe à l'image réclle résultante ( F étant la longueur focale effective de l'objectif). L'objet (16) est soit une image à 2 dimensions de type vidéo ou "diapositive", soit un objet réel à 2 ou 3 dimensions, constitué à titre d'exemples non limitatifs, d'un visuel, d'un seul objet, ou d'un ensemble de divers ou mémes objets. Une motorisation à titre d'exemple non limitatif (17,18) permet un mouvement de rotation et de translation de l'objet, dans l'axe optique des lentilles (10,11,12) formant l'objectif. Ce mouvement de translation permet de faire passer l'image de l'objet (16) de virtuelle à réclle, ou inversement. Sur cette translation, le début de course (19) et la fin de course (20) sont réglables afin de pouvoir régler la localisation spatiale de départ de l'image virtuelle (3) et d'arrivée de l'image réelle (4). En cours de course existe un point correspondant à une image résultante se formant au plan miroir (1) pour un objet à 2 dimensions ou semi-réelle/semi-virtuelle pour un objet à 3 dimensions. Un éclairage de l'objet (16) constitué de projecteurs de lumière blanche (15) confère à l'image résultante son niveau de luminosité. Les projecteurs de lumière blanche (15) sont réglables dans leur orientation pour cibler l'illumination au plus juste, de ou des objets. L'illumination s'opère à travers des diffuseurs (13) dont la fonction est de réduire les effets de réflexion spéculaire de l'objet (16), afin d'assurer à l'image superposée (3,4) une luminosité régulière. L'éclairage est constitué aussi de sources de flash (14) tel que des stroboscopes, comme des tubes à éclats, à titre d'exemple. Il y a la possibilité *équiper les projecteurs (15) de changeurs de couleurs ou de remplacer ces méme projecteurs par des lampes de différentes couleurs. -4 L'éclairage doit être particulièrement puissant car la faible transmission du miroir (1) limiterait le niveau de luminosité de l'inage superposce (3,4). La puissance de l'éclairage (15,14) est réglable pour permettre le choix du niveau luminosité de l'image superposée. Le choix de ce niveau de luminosité se fait en fonction de la luminosité ambiante de la zone d'observation, qui déterminera le niveau de luminosité de l'image virtuelle de l'observateur dans le miroir (1). La luminosité de l'image superposée (3,4) pourra ainsi être supérieur, inférieur, ou égale, par un réglage, à la luminosité de l'image virtuelle de l'observateur, dans le miroir (1). Un mesureur opto-électrique (6) transmet en permanence l'information Scanmmate amb;rote de \a zone 6' - serv+nun, ±a sierr commancle cie puissance cies proJecteurs (f:9 ain cre prou;e un asservissement du niveau de luminosité de l'image superposce (3,4) sur celui de l'image virtuelle de l'observateur, dans le miroir (1). Le miroir (1) est recouvert à l'arrière d'un matériau (7) opaque et mat absorbant entièrement la lumière sur toute sa surface en dehors de la place occupée par la lentille de fresnel (21). Ce matériau (7) est appliqué directement sur la surface arrière du miroir (1). Il peut s'agir aussi d'un matériau (7) opaque et mât absorbant, rigide, non appliqué sur la surface arrière du miroir (1) mais présentant un écartement par rapport à celui-ci. Dans ce cas, l'espace ainsi formé doit être dans l'obscurité, clos et étanche à toute lumière extérieur, en dehors de celle provenant d'à travers le miroir (1). Le joint entre le matériau (7) opaque et la lentille de fresnel (21) doit être étanche à toute lumière de même que le joint entre le boitier (8) et ce même matériau (7) opaque. Le boitier (8) incluant toute l'architecture optique doit être entierement clos et étanche à la lumière. Les ouvertures nocessaires pour les ventilations ou les passages de cables sont munis de pièges à lumière pour garantir l'étanchéité optique du boitier (8). Toutes les surfaces internes du boitier (8) sont traitées d'un revêtement mât absorbant, pour minimiser les effets de la diffusion de lumière, inévitable de par la luminosité très élevoe au niveau de l'objet ( 16). 2823863 Les lentilles (10,11,12) formant 1'objectif, seront selon une variante, traitées anti-reflets. Les projecteurs (15) et les diffuseurs (13) sont munis de masques en direction des lentilles (10,11,12) afin d'éviter toute lumière directe et incidente sur ces mêmes lentilles. Le contraste de l'image superposée (3, 4) et son effet de surprise sur le public observateur, par rapport à l'image virtuelle naturelle exigent les condtons suivantes: - La diffusion de lumière dans le matériau de la lentille de fresnel (21) doit être minimale. - Les difusions sur les autres optiques inclus dans le boitier (8) doivent être minimales. - La luminosité ambiante de la zone d'observation doit être trés largement supérieur à celle amblante dans le boitier (8) derrière la lentille de fresnel (21). C'est ce rapport des 2 luminosités ambiantes, ajouté à la faible transmission du miroir (1) qui constituent les 2 paramètres principaux régissant la vision satisfaisante de l'image superposée (3,4) sur l'image virtuelle naturelle. Le ou les détecteurs d'approche () si il y a détection dans plusieurs directions de l'approche d'un public, permettent le déclenchement de ou des séquences. La figure 4 représente une variante de ce dispositif. L'image superposée (3,4) devient multiple. Dans ce cas, il y a mélange de 2 images indépendantes ayant chacune vocation à passer de virtuelle à réelle, ou inversement. La multiplicité et l'indépendance des images superposces (3,4) ajoute aux possiblilités de scénario et d'animation. La présence d'images à 2 dimensions, indépendantes, placées dans le contexte d'un champ visuel large tel que produit par l'image virtuelle naturelle ajoute un autre paramètre: la perspective qui amène une interprétation tri-dimensionnelle à une perception d'images à 2 dimensions. Pour une image à 3 dimensions, virtuelle ou rcelle, la vision binoculaire apporte la perception topographique de chaque point d'image. Pour l'image à 2 dimensions, l'information topographique de profondeur est apportée par une reconstruction subjective de l'espace de vision, opérce par le cerveau. C'est le champ de l'interprétation. -6 Il y a ainsi mélange dans un même champ visuel, d'images à 2 dimensions exprimant un "relief subjectif" perçu par reconstruction de l'espace de vision, et d'images à 3 dimensions exprimant un "relief objectif". Le jeu de 2 images à 2 dimensions, exprimant chacune un relief par interprétation, en mouvement relatif l'une par rapport à l'autre dans les 3 axes (XYZ) possibles, ajoute encore par un effet de cascade d'interprétations. L'image virtuelle naturelle constitue par sa topographie, un repère cohérent pour fixer les cascades d'interprétations, dans l'exercice définitif du cerveau de reconstruction de l'espace. Le mélangeur (22) est constitué d'un miroir semi-réfléchissant. Ce mélangeur est en pratique, argentique ou aluminé. Le traitement de ce mélangeur en fait un filtre neutre pour assurer une transmission homogène des couleurs et une concordance absolue en couleurs entre les 2 images. La neutralité spectrale est en pratique garantie sur une largeur d'au moins 250 nm. Les objets (23) sont à 2 ou 3 dimensions. Les objets exprimés sur la figure 4 sont des écrans vidéo LCD à titre d'exemple non limitatif, munis d'un diffusant (24) et d'un boitier (26) incluant une source de lumière (25) blanche intense, en pratique, d'environ 1000 à 1500 cd/m2. Le boitier (26) est clos et étanche à la lumière, pour ne pas induire de diffusions de lumière parasite à l'intérieur du boitier incluant toute l'architecture optique de la figure 4. Une motorisation permet un mouvement de translation de l'ensemble constitué de l'écran vidéo (23) du diffusant (24) et du boitier (26) ncluant la source de lumière (25). D'autres variantes à base de miroirs concaves de type sphérique ou parabolique, en remplacement de la lentille de fresnel (21) s on t poss ibl es se l on d es arc hitec tures op tiques ex pri mées en conséquence. Le dispositif selon l'invention et ses variantes, est particulièrement destiné aux domaines des loisirs, du spectacle, des expositions, et de la publicité. -7 RÉVENDICATIONS 1)Dispositif optique de projection d'images à 2 ou 3 dimensions, virtuelles ou réclles, statiques ou animées, à travers un miroir, caractérisé en ce qu'il comporte un miroir (1), un matériau (7) opaque et mât absorbant, un mesureur opto-electrique (6), un détecteur d'approche (5), une sonorisation, un générateur d'odeurs, un boitier (8) incluant une lentille de fresnel (21), un miroir de renvoi (9), des lentilles (10, 11,12) formant un objectif, un objet (16), un moyen d'éclairage de cet objet comme des projecteurs de lumière blanche (15) et des sources de flash (14), des diffuseurs (13), une motorisation (17,18) de ce même objet, un mode de réglage (19,20) de la localisation spatiale de l'image (3,4) en translation. 2)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le miroir (1) est métallique et faiblement transmissif. 3)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le miroir (1) est multi-dielectrique et faiblement transmissif. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le miroir (1) est recouvert à l'arrière d'un matériau (7) opaque et mât absorbant appliqué directement sur ledit miroir. )Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un matériau (7) opaque et mât absorbant non appliqué sur la surface du miroir (1? soit rigide et présente un écartement par rapport à ce même mror. L espace ainsi formé, est clos et étanche à toute lumière extérieur, en dehors de celle provenant d'à travers le miroir (1). 6)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le joint entre le matériau (7) opaque et la lentille de fresnel (21) est étanche à toute lumière de même que le joint entre le boitier (8) et ce méme matériau (7) opaque. 7)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boitier (8) incluant toute l'architecture optique est entièrement étanche à la lumière. 8)Dispositif selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que toutes les surfaces internes du boitier (8) sont traitées d'un revêtement mat absorbant. -8 9)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un mesureur opto-électrique (6) transmet en permanence l'information de luminosité ambiante de la zone d'observation, au système de commande de puissance des projecteurs ( 15) afin de produire un asservissement du niveau de luminosité de l'image superposée (3,4) sur celui de l'image vrtuelle de l'observateur, dans le miroir (1). )Dispositif selon la revendication 1 et 9, caractérisé en ce qu'un moyen de réglage de la luminosité de l'image (3,4) permet à celle-ci d'être supérieur, inférieur, ou égale à celle de l'image virtuelle de l'observateur, dans le miroir (1). 11)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un détecteur d'approche (S) déclenche une séquence d'animation, devant l'avancce ou le positionnement de l'observateur, par rapport à la zone de projection de l'image superposée (3,4). 12)Dispositif selon la revendication 1 et 11, caractérisé en ce qu'une animation de l'image (3,4) se produit par des moyens d'éclairage comme des projecteurs (15) et des sources de flash (14), de mouvements comme la motorisation (17,18), de sonorisation, et par un générateur d odeurs. 13)Dispositif selon les revendications 1,11 et 12, caractérisé en ce qu'un début de course (19) et un fin de course (20) sont réglables afin de pouvoir régler la localisation spatiale de départ de l'image virtuelle (3) et d'arrivée de l'image réelle (4). 14)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la lentille de fresnel (21) est constituée d'un matériau qui transmet