Brevet FR2871585A1 — publié le 20051216

L'invention concerne un dispositif pour la visualisation, en trois dimensions, d'un objet. La présente invention concerne le domaine de la fabrication des dispositifs conçus aptes à générer une image volumique d'un objet, plus particulièrement une image visible en relief naturel, notamment une image donnant l'impression d'un jaillissement à l'avant d'un écran. L'on connaît, d'ores et déjà, des dispositifs de visualisation aptes à générer une image à trois dimensions d'un 10 objet. De tels dispositifs sont basés sur des principes réfractifs ou sur des principes spéculaires, voire sur une combinaison de ces deux principes. Il existe, encore, des dispositifs basés sur l'optique holographique ou sur une combinaison d'optique classique avec une telle optique holographique. A ce propos, on observera que les dispositifs dioptriques classiques permettent d'obtenir des images dont la résolution est bonne mais de forte aberration géométrique. Quant aux dispositifs faisant appel à des lentilles de Fresnel, ceux-ci permettent de limiter les aberrations géométriques et produisent un jaillissement de l'image, ceci au détriment de la résolution de l'image. La présente invention se veut à même de remédier aux inconvénients des dispositifs optiques de l'état de la 25 technique. A cet effet, l'invention concerne un dispositif pour la visualisation, en trois dimensions, d'un objet, ce dispositif comportant, d'une part, des moyens de réception dudit objet, d'autre part, un système optique pour générer une image volumique dudit objet et, d'autre part encore, un écran au niveau duquel est assurée la visualisation, en trois dimensions, de cet objet. Ce dispositif est caractérisé par le fait que le système optique comporte: - des moyens pour capturer l'angle solide de l'objet à 35 visualiser; - des moyens pour former une image en trois dimensions de l'objet à partir de l'angle solide capturé ; - des moyens pour mettre en forme l'image en trois dimensions de l'objet en vue de sa visualisation au niveau de 5 l'écran ou au voisinage de celui-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens pour capturer l'angle solide sont constitués par une lentille plan-convexe présentant une face plane orientée en direction de l'objet, notamment une lentille plan-convexe de grande longueur focale. Encore une autre caractéristique consiste en ce que les moyens pour former une image en trois dimensions sont constitués par une lentille de Fresnel dont la surface de Fresnel est orientée en direction de l'objet à visualiser. Une caractéristique additionnelle concerne le fait que les moyens pour mettre en forme l'image en trois dimensions sont constitués par une lentille de Fresnel comportant une surface de Fresnel et orientée en sorte que le faisceau optique, provenant des moyens de formation d'une image en trois dimensions, pénètre dans cette lentille de Fresnel par le côté opposé à la surface de Fresnel. Les avantages de la présente invention consistent en ce que les moyens de capture de l'angle solide constitués par une lentille plan-convexe permettent, d'une part, de conserver la résolution maximale possible des images et, d'autre part, de limiter fortement les aberrations géométriques. Un autre avantage consiste en ce que les moyens de mise en forme de l'image permettent de réduire l'aberration volumique de l'image formée par le biais desdits moyens de formation d'une image en trois dimensions. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à des modes de réalisation qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant au dessin joint en annexe et dans lequel: - la figure 1 est une vue schématisée du principe d'un dispositif selon l'invention; - les figures 2 et 3 sont des vues similaires à la précédente et correspondent à différents modes de réalisation de 5 l'invention. L'invention concerne le domaine de la fabrication des dispositifs conçus aptes à générer une image volumique d'un objet et à visualiser un tel objet en trois dimensions. Un tel dispositif 1 comporte des moyens 2 de réception d'un tel objet 3, de tels moyens 2 pouvant adopter la forme d'un support sur lequel est disposé ou fixé cet objet 3. Un mode particulier de réalisation de l'invention consiste en ce que ces moyens 2 de réception sont constitués par un plateau tournant sur lequel est disposé ledit objet 3, tel que visible figure 2 et 3. Ce dispositif 1 comporte, encore, un système optique 4 conçu apte à générer une image volumique de l'objet 3 à visualiser ainsi qu'un écran 5 au niveau duquel est assurée la visualisation, en trois dimensions, de cet objet 3. A ce propos et selon l'invention, le système optique 4 comporte des moyens 6 pour capturer l'angle solide de l'objet 3 à visualiser. En fait, de tels moyens 6 de capture sont constitués par une lentille plan-convexe 7 présentant une face sphérique 8 ainsi qu'une face plane 9, cette dernière étant orientée en direction de l'objet 3 à visualiser. Selon une autre caractéristique, cette lentille plan-convexe 7 présente une grande longueur focale de manière à réduire son ouverture effective et, ainsi, limiter ses aberrations géométriques principales. De tels moyens de capture 6 d'angle solide sont, de préférence, situés à proximité dudit objet 3 à visualiser de manière à permettre une meilleure capture d'angle solide de chaque point de cet objet 3. Le dispositif 1 peut, encore, être complété par des moyens pour régler la distance entre les moyens 6 de capture de l'angle solide et l'objet 3. De tels moyens de réglage de la distance peuvent être constitués par des moyens de réception 2 de l'objet réglables en hauteur. La présence de ces moyens de réglage permet, avantageusement, d'ajuster le niveau de jaillissement de l'image formée à l'émergence de l'écran 5. On observera que le but de ces moyens de capture 6 est d'effectuer un premier traitement dans l'obtention de l'image tout en conservant la résolution maximale possible grâce à son dioptre convexe classique, tout cela en limitant les aberrations géométriques. Selon l'invention, ce système optique 4 comporte, de plus, des moyens 10 conçus pour former une image en trois dimensions de l'objet 3, ceci à partir de l'angle solide capturé par lesdits moyens de capture 6. De tels moyens 10 sont disposés sur le trajet optique du faisceau optique correspondant à l'image de l'objet 3 et issu des moyens 6 de capture d'angle solide. En fait, ces moyens 10 sont constitués par une lentille de Fresnel 11 présentant une fonction asphérique positive ainsi qu'une surface de Fresnel 12 orientée en direction desdits moyens 6 de capture d'angle solide, plus particulièrement en direction de la surface convexe 8 de la lentille plan-convexe 7. On observera que ces moyens 10 pour former une image en trois dimensions présentent une fonction d'objectif dont le but est de former une image volumique intermédiaire. Cette image intermédiaire est, cependant, affectée d'une forte aberration dans son volume de par un grossissement en profondeur largement supérieur au grossissement radial de sorte que l'homothétie volumique de l'image est fortement contrariée. Selon l'invention, le système optique 4 de ce dispositif 1 comporte, encore, des moyens 13 pour mettre en forme l'image en trois dimensions de l'objet 3 formée par les moyens 10, ceci en vue de la visualisation de cet objet 3 au niveau de l'écran 5 ou au voisinage de celui-ci. De tels moyens 13 sont conçus aptes à réduire le plus possible l'aberration de grossissement en profondeur de l'image volumique intermédiaire formée par les moyens 10 et ainsi de rétablir au mieux l'homothétie volumique de l'image. Ces moyens 13 sont disposés sur le trajet optique du faisceau optique correspondant à l'image en trois dimensions de l'objet 3 et issu des moyens 10 pour former une telle image. En fait, ces moyens 13 de mise en forme sont, là encore, constitués par une lentille de Fresnel 14 présentant une fonction asphérique positive. Une telle lentille de Fresnel 14 est conçue apte à former 10 une image réelle ou une image virtuelle, voire une image partiellement réelle et virtuelle. Cependant et selon un mode de réalisation préféré, l'effet recherché par un dispositif 1 conforme à l'invention consiste en un jaillissement de l'image de l'objet 3 de sorte que l'image formée au niveau de l'écran 5 ou au voisinage de ce dernier 5 soit une image réelle. Une telle lentille de Fresnel 14 comporte une surface de Fresnel 15 et est orientée en sorte que le faisceau optique, provenant des moyens 10 de formation d'une image en trois dimensions, pénètre dans cette lentille de Fresnel 14 par le côté opposé à ladite surface de Fresnel 15. Tel qu'évoqué ci-dessus, l'objet 3 est visualisé en trois dimensions au niveau de l'écran 5 ou au voisinage de ce dernier 5. A ce propos et selon un mode de réalisation préféré de l'invention visible figures 1 à 3, cet écran 5 est constitué par lesdits moyens 13 pour mettre en forme l'image en trois dimensions de l'objet 3. Ces moyens 13 assurent, alors, une convergence appropriée 30 des faisceaux participant à la composante réelle de l'image formée. Il convient d'observer que les moyens 6 de capture de l'angle solide, les moyens 10 pour former une image en trois dimensions ainsi que les moyens 13 pour mettre en forme cette image comportent, chacun, un centre optique. Aussi et selon un premier mode de réalisation de l'invention illustré figure 1, ces moyens 6, 10 et 13 sont disposés en sorte que leurs centres optiques soient sensiblement alignés. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif 1 comporte au moins un miroir 16, 16' apte à réfléchir l'image en trois dimensions formée par les moyens 10. Ce ou ces miroirs permettent, avantageusement, de donner une expression verticale de l'architecture du dispositif 1 illustré figure 1. Tel que visible sur les figures 2 et 3, un tel miroir 16, 16' est interposé entre les moyens 10 pour former une image en trois dimensions et les moyens 13 pour mettre en forme cette image, ceci sur le trajet optique du faisceau optique correspondant à cette image. Un mode particulier de réalisation visible figure 2 concerne un dispositif 1 comportant un unique miroir réfléchissant 16. Un tel miroir 16 est disposé sur le trajet optique de manière à former un certain angle avec le faisceau optique (par exemple un angle de 45 comme visible figure 2) issu des moyens 10. On observera, cependant, que le recours à un seul miroir réfléchissant 16 introduit un renversement de l'image de l'objet 3, ceci dans le sens gauche/droite. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif 1 selon l'invention comporte deux miroirs 16, 16' tel que visible figure 3. Ces deux miroirs 16, 16' se succèdent sur le trajet optique du faisceau optique correspondant à l'image en trois dimensions. A ce propos, on observera que le premier miroir 16 est, là encore, disposé en sorte de former un certain angle (notamment 45 ) avec le trajet optique du faisceau optique correspondant à l'image issue des moyens 10 pour former une image en trois dimensions. Ce premier miroir 16 est de type semi-réfléchissant. Le second miroir 16' est situé à l'arrière du premier miroir 16 et est conçu en sorte de réfléchir le faisceau optique ayant traversé ledit premier miroir 16, ceci en direction de ce dernier 16 et en sorte que ce premier miroir 16 réfléchisse le faisceau optique en direction des moyens 13 de mise en forme de l'image. Ce second miroir 16' est de type réfléchissant. Ainsi, le faisceau optique correspondant à l'image de l'objet 3 issue des moyens 10 traverse, tout d'abord, le premier miroir 16 semi-réfléchissant avant d'être réfléchi par le second miroir 16' réfléchissant, ceci en direction dudit premier miroir 16 semi-réfléchissant qui renvoie le faisceau optique en direction des moyens 13 pour mettre en forme cette image. Un tel mode de réalisation permet de remédier à l'inconvénient du retournement de l'image occasionné par un dispositif 1 à un seul miroir 16 illustré figure 2. Selon une autre caractéristique de l'invention, le 15 dispositif 1 comporte des moyens pour éclairer l'objet 3 à visualiser. De tels moyens d'éclairage sont constitués par une lumière blanche complétée par des moyens agencés pour filtrer la composante infra-rouge de cette lumière blanche en vue d'éviter les perturbations thermiques dudit objet 3. Finalement, le dispositif 1 selon l'invention comporte un châssis duquel sont rendus solidaires au moins les moyens de réception 2, le système optique 4 et l'écran 5. Un tel dispositif 1 peut, avantageusement, se présenter sous la forme d'une borne 17 comportant, en façade, un écran 5, plus particulièrement constitué par lesdits moyens 13 pour mettre en forme une image en trois dimensions. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. 8 REVENDICATIONS 1) Dispositif (1) pour la visualisation, en trois dimensions, d'un objet (3), ce dispositif (1) comportant, d'une part, des moyens de réception (2) dudit objet (3), d'autre part, un système optique (4) pour générer une image volumique dudit objet (3) et, d'autre part encore, un écran (5) au niveau duquel est assurée la visualisation, en trois dimensions, de cet objet (3), caractérisé par le fait que le système optique (4) comporte: des moyens (6) pour capturer l'angle solide de l'objet 10 (3) à visualiser; - des moyens (10) pour former une image en trois dimensions de l'objet (3) à partir de l'angle solide capturé ; - des moyens (13) pour mettre en forme l'image en trois dimensions de l'objet (3) en vue de sa visualisation au niveau 15 de l'écran (5) ou au voisinage de celui-ci. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens (6) pour capturer l'angle solide sont constitués par une lentille (7) plan-convexe présentant une face plane (9) orientée en direction de l'objet (3), notamment une lentille (7) plan-convexe de grande longueur focale. 3. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour régler la distance entre les moyens de capture (6) de l'angle solide et l'objet (3). 4. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens (10) pour former une image en trois dimensions sont constitués par une lentille de Fresnel (11) dont la surface de Fresnel (12) est orientée en direction de l'objet (3) à visualiser. 5. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens (13) pour mettre en forme l'image en trois dimensions sont constitués par une lentille de Fresnel (14) comportant une surface de Fresnel (15) et orientée en sorte que le faisceau optique, provenant des moyens (10) de formation d'une image en trois dimensions, pénètre dans cette lentille de Fresnel (15) par le côté opposé à la surface de Fresnel (15). 6. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'écran (5) de visualisation de l'objet (3) est défini par les moyens (13) pour mettre en forme l'image en trois dimensions. 7. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens (6) de capture de l'angle solide, les moyens (10) pour former une image en trois dimensions ainsi que les moyens (13) pour mettre en forme cette image sont disposés en sorte que leurs centres optiques soient sensiblement alignés. 8. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le dispositif (1) comporte au moins un miroir (16, 16') apte à réfléchir l'image en trois dimensions formée par les moyens (10) pour former une telle image, un tel miroir (16, 16') étant interposé entre ces moyens (10) pour former une image en trois dimensions et les moyens (13) pour mettre en forme cette image, ceci sur le trajet optique du faisceau optique correspondant à cette image. 9. Dispositif (1) selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte deux miroirs (16, 16') dont, d'une part, un premier miroir (16) de type semi-réféchissant destiné à être traversé par le faisceau optique correspondant à l'image issue des moyens (10) pour former une image en trois dimensions et, d'autre part, un second miroir (16') réfléchissant conçu pour réfléchir le faisceau optique ayant traversé le premier miroir (16), ceci en direction de ce premier miroir (16) en sorte que ce dernier (16) réfléchisse le faisceau optique en direction des moyens (13) pour mettre en forme ladite image en trois dimensions. 10. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour éclairer l'objet à visualiser, notamment complétés par des moyens agencés pour filtrer la composante infra-rouge de cette lumière blanche