Brevet FR2891059A1 — publié le 20070323

Ecran 3D à réseau de systèmes optiques centrés La présente invention a pour objet un dispositif de diffusion électronique d'images associant un écran électronique comme un écran à cristaux liquides ou un écran à plasma avec un ou plusieurs réseaux lenticulaires, pour permettre la vision d'images fixes ou animées plates ou en 3D sans qu'il soit nécessaire de porter des lunettes spécifiques. Les dispositifs optiques connus sous le nom de réseaux lenticulaires, qui sont souvent constitués par une plaque de matériau transparent dont une face est plane et l'autre comprend un grand nombre de lentilles cylindriques ou sphériques, peuvent être utilisés pour émettre des images différentes selon les directions. Ils sont utilisés en particulier pour la production d'images en relief ou pour la restitution d'animations. Dans ces systèmes connus, l'image qui est apposée en vis-à-vis du réseau lenticulaire est appelée ci-après image entrelacée parce qu'elle comporte des pixels (pixel vient de picture element et signifie une partie élémentaire d'image) provenant de plusieurs images différentes, ces images que l'on appelle ci-après images primaires étant vues successivement par l'oeil du spectateur lorsque ce dernier se déplace horizontalement dans un plan parallèle à l'image entrelacée. L'image entrelacée peut être produite par deux méthodes connues ci-après dénommées la méthode par calcul et la méthode par projection . / La méthode par calcul Dans cette méthode, l'image entrelacée est calculée à partir des images primaires. Elle est ensuite imprimée sur du papier ou au dos du réseau lenticulaire lui-même, ou bien produite par un écran électronique, ou bien encore projetée sur un écran dépoli par un projecteur situé à l'arrière dudit réseau lenticulaire. ^ Cette méthode peut être considérée comme connue depuis 1903, puisque, à cette date, F. Ives a déjà utilisé une plaque à fentes verticales comme barrière de parallaxe permettant de voir une image entrelacée comportant des stries verticales alternées provenant d'images oeil-droit et d'images oeil-gauche (Parallax stereogram and process for making same. Brevet U.S. 725,567, Avril 1902). ^ Pour augmenter l'angle de visibilité et les positions possibles de vue, Kanolt et H. Ives ont utilisé plus de stries par fente. ^ En 1908, Lippmann a proposé d'utiliser des réseaux de lentilles sphériques en lieu et place des fentes. (LIPPMANN, G. 1908. Epreuves réversibles donnant la sensation du relief. Journal of Physics 7, 4 (Nov.) , 821-825) Ces réseaux sont fréquemment dénommés "fly's-eye" ou réseaux intégraux, parce qu'ils procurent à la fois une parallaxe horizontale et une parallaxe verticale. ^ De très nombreux documents décrivent depuis longtemps des réseaux lenticulaires associés à des dispositifs affichant les images entrelacées par des moyens électroniques, et de très nombreux perfectionnements ont été proposés dans cette famille de produits. On peut citer en particulier: É EP 0 791 847 A (KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V.- 27 août 1997) qui utilise exclusivement des lentilles cylindriques (à la différence de la présente demande) et propose d'incliner ces lentilles par rapport à la verticale. É FR2782438 (Allio Pierre - 18 février 2000) qui propose de modifier le calcul d'entrelacement en permutant les sub-pixels R, V et B. ^ Le brevet WO 98/20392 (GUIGAN) publié le 14 mai 1998, décrit la façon d'utiliser des réseaux de lentilles sphériques non pas pour procurer à la fois une parallaxe horizontale et une parallaxe verticale, mais pour augmenter le nombre d'images dans la parallaxe horizontale. Ce brevet a fait l'objet de deux perfectionnements: / de nouveaux types de lentilles ayant des performances similaires à celles des lentilles sphériques ont été découverts, et des réseaux lenticulaires à systèmes optiques dits à lentilles cylindriques doubles ont été décrits dans la demande de brevet FR02/0013, et sont illustrées par la figure 7 qui montre un réseau lenticulaire constitué de deux réseaux lenticulaires 210 et 220 à lentilles cylindriques, chaque ensemble formé par l'intersection d'une lentille cylindrique du réseau 210 et d'une lentille cylindrique du réseau 220 constituant un système optique dont les caractéristiques optiques se rapprochent de celles d'un système optique centré. / des réseaux lenticulaires à systèmes optiques dits annulaires ont été décrits dans la demande de brevet FR04/0659. Le principal avantage de cette façon d'organiser les lentilles selon WO 98/20392 et ses perfectionnements ultérieurs est l'augmentation considérable du nombre d'images vues successivement par le spectateur lors de son déplacement horizontal. Elle a une caractéristique constante qui est que l'ensemble des pixels ou sous-ensembles de pixels correspondant à une lentille élémentaire a une plus grande dimension supérieure à la plus grande dimension de la pupille de la lentille élémentaire considérée, étant précisé que l'on considère comme pixels correspondant à une lentille élémentaire les pixels présents sur l'écran, adjacents entre eux, provenant d'images primaires différentes, et visibles à travers une même lentille élémentaire du réseau lenticulaire. / La méthode par projection Dans cette méthode, l'image entrelacée est obtenue par projection sur le réseau lenticulaire 3 des images dites primaires à partir de projecteurs situés à des emplacements différents. La présente invention relève de la méthode par calcul. Elle a l'avantage 40 de permettre une réalisation très simple, rustique et bon marché de diffusion d'images en relief. L'invention consiste principalement à mettre en uvre la disposition des lentilles objet du brevet WO 98/20392 (GUIGAN) en la combinant avec une méthode d'entrelacement particulière. Le dispositif proposé est un dispositif optique comprenant: o un écran électronique 1 comportant des pixels lumineux, chacun des pixels comportant des sous-éléments de couleur différente ci-après dénommés subpixels, o un dispositif dit réseau lenticulaire 2, comportant une pluralité de dispositifs optiques dits dispositifs élémentaires juxtaposés, lesdits dispositifs élémentaires comprenant chacun une lentille élémentaire convergente ou un système optique équivalent dit lentille élémentaire 21, ladite lentille élémentaire 21 du réseau lenticulaire 2 étant un 55 système optique centré ou assimilé, étant précisé que l'on entend par système optique centré ou assimilé : o aussi bien un système optique possédant un axe de symétrie de révolution sensiblement perpendiculaire au plan focal de ladite lentille élémentaire, o qu'un système optique ayant des caractéristiques optiques proches, c'est-à-dire lui permettant de focaliser à la distance focale des rayons lumineux parallèles: ^ soit sur un petit disque, ^ soit sur un petit rectangle accolé par ses petits côtés à deux demi-disques d'un diamètre égal audit petit côté du rectangle ^ soit sur un petit parallélogramme, ^ soit sur une petite surface de forme quelconque, le mot petit signifiant ici que la surface considérée est égale à une fraction de la surface de la pupille de la lentille élémentaire considérée. caractérisé par le fait que les pixels de l'image entrelacée ne sont pas composés de sub-pixels provenant de la même image primaire, mais au contraire d'images primaires différentes. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: ^ la surface de l'ensemble des sub-pixels alignés horizontalement sur l'écran électronique et correspondant à des vues différentes, dit bandelette élémentaire, a une plus grande dimension supérieure à la largeur de la pupille de la lentille élémentaire 21 située en vis-à-vis. ^ les lentilles élémentaires 21, 22 et suivantes sont organisées en lignes inclinées par rapport à un axe dit Axe Horizontal , d'un angle dont la tangente est égale à la hauteur d'un sub-pixel divisée par la largeur d'un sub-pixel, étant précisé que l'on entend ci-avant et ci- après par Axe Horizontal 30 et par Axe Vertical des axes perpendiculaires entre eux qui sont respectivement: parallèle au bord inférieur et au bord supérieur de l'image entrelacée 6 rectangulaire, ou d'une découpe de cette image selon le mode portrait ou selon le mode paysage, pour l'axe dit Axe Horizontal parallèle au bord gauche et au bord droit de l'image entrelacée 6 rectangulaire, ou d'une découpe de cette image selon le mode portrait ou selon le mode paysage, pour l'axe dit Axe Vertical; ^ chaque ligne de sub-pixels est composée successivement de sub-pixels correspondant aux couleurs primaires retenues comme par exemple rouge, vert et bleu, et ces sub-pixels sont issus d'images primaires qui se succèdent dans l'ordre des images primaires ^ chaque colonne de sub- pixels est composée de sub-pixels de couleur identique, et ces sub-pixels sont issus d'images primaires qui se 45 succèdent dans l'ordre des images primaires ^ le réseau lenticulaire est divisé en portions de réseau lenticulaire, comportant chacun une plaque supplémentaire 3 permettant d'aligner lesdites portions dans le plan de l'écran. ^ Ladite portion de réseau lenticulaire comporte des moyens de repérage 41 et 42 permettant de disposer lesdites portions de réseau lenticulaire dans un gabarit afin d'assurer un positionnement précis desdites portions. ^ ladite portion de réseau lenticulaire comporte des moyens d'assemblage entre lesdites portions de réseau lenticulaire. 10 ^ les sub-pixels provenant d'une même image primaire sont arrangés en lignes dont la valeur absolue de la tangente est égale au rapport entre deux fois la hauteur d'un sub-pixel et une fois sa largeur. ^ le réseau lenticulaire 2 est constitué par la superposition de deux 5 réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques, ces deux réseaux ayant un plan focal commun après avoir été superposés. L'invention sera bien comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les figures 1 à 7 Figure 1, un plan de répartition des pixels d'une image entrelacée selon l'invention. Les rectangles en pointillés représentent les sub- pixels vus simultanément par un oeil d'un spectateur, et représentent aussi les zones de focalisation des lentilles élémentaires du réseau lenticulaire. Figure 2, un plan de répartition des pixels d'une image entrelacée respectant l'invention, mais qui est associée à un réseau lenticulaire cylindrique dont les lentilles ont un axe de symétrie longitudinal incliné sur l'horizontale, cette figure n'étant pas conforme à l'invention et permettant de constater les inconvénients que l'invention permet de contourner; les zones de focalisation de ces lentilles sont représentées par des parallélogrammes inclinés dont les contours sont en pointillés. Figure 3, une vue en perspective de portion de réseau lenticulaire de la figure 4, vue côté lentilles. Figure 4, une vue en perspective d'une portion de réseau lenticulaire selon l'invention, vue côté opposé aux lentilles Figure 5, une vue en perspective de plusieurs portions de réseau lenticulaire selon l'invention, assemblées entre elles, vues côté lentilles. Figure 6, un plan de répartition des pixels d'une image entrelacée, dans un second mode de réalisation de l'invention. Figure 7, une vue en perspective d'une portion de réseau lenticulaire selon l'invention, correspondant au plan de répartition des pixels de la figure 6, ledit réseau lenticulaire étant constitué par la superposition de deux réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques 210 et 220, le réseau lenticulaire 210 étant constitué des lentilles élémentaires 2101, 2102 et suivantes, et le réseau lenticulaire 220 étant constitué des lentilles élémentaires 2201, 2202 et suivantes. La figure 1 montre un plan de répartition des pixels d'une image 40 entrelacée selon un premier mode de mise en uvre de l'invention. Les sub-pixels qui sont ici rouge, vert et bleu comme c'est le plus souvent le cas pour les écrans à cristaux liquides ou à plasma, sont respectivement notés Rn, Vn et Bn, notation dans laquelle n représente le numéro d'ordre de l'image primaire dont sont issus les sub-pixels considérés. Chaque ligne de sub-pixel est composée successivement de sub-pixels rouge vert et bleu, mais ces sub-pixels sont issus d'images primaires qui se succèdent dans l'ordre des images primaires Chaque colonne de sub-pixels est composée de sub-pixels de couleur 50 identique rouge ou vert ou bleu, et ces sub-pixels sont issus d'images primaires qui se succèdent dans l'ordre des images primaires. Les lentilles 21, 22 et suivantes (représentées sur les figures 1 à 3 par des rectangles en pointillés gras), sont toutes situées en vis-à-vis des pixels dont la valeur n est identique. Ainsi, lorsque le spectateur se déplace parallèlement au plan de l'écran, il voit toujours des pixels provenant de la même image primaire. La figure 2 montre ce qui se passerait si, au lieu d'utiliser un réseau lenticulaires à lentilles sphériques, on utilisait un réseau lenticulaire à lentilles cylindriques inclinées sur l'horizontale: les lentilles focaliseraient non seulement sur des images primaires ayant la même valeur de n, mais aussi sur d'autres lentilles. Il en résulterait un manque de netteté et un défaut de perception puisque le spectateur verrait simultanément une image primaire et des portions de pixels issues d'autres images primaires. La figure 3 montre une portion de réseau lenticulaire comportant des lentilles élémentaires sphériques 21, 22 et suivantes alignées selon la disposition de la figure 1. Cette portion de réseau lenticulaire, visible de dos à la figure 4 comporte une plaque supplémentaire 3 venant de moulage, de surface identique à celle de ladite portion de réseau lenticulaire, mais décalée latéralement, de telle sorte que, lorsque ces portions de réseau sont assemblées pour former un réseau lenticulaire de grande taille, les portions s'alignent facilement dans le plan de l'écran. La figure 4 montre deux ergots optionnels 41 et 42 venant de moulage au dos de la plaque 3, qui sont utilisés pour pouvoir disposer toutes les portions de réseau lenticulaire dans un gabarit comportant les trous correspondant, avant coller ces portions les unes aux autres. Ces ergots sont destinés à assurer un positionnement précis desdites portions. Ils peuvent être supprimés après assemblage par des moyens mécaniques comme par exemple le ponçage. Ces ergots peuvent aussi être remplacés par des trous ou des encoches qui sont ensuite rebouché(e)s. La figure 5 montre la construction d'un réseau de grandes dimensions à l'aide des portions de réseau lenticulaire. Un collage peut être effectué entre d'une part les faces avant desdites plaques supplémentaires 3a, 3b et suivantes, et d'autre part les faces arrière des portions de réseau 2a, 2b et suivantes. La figure 6 montre que l'invention peut aussi être mise en uvre de façon différente, en ne respectant pas la règle que chaque colonne de subpixels doit être composée de sub-pixels issus d'images primaires qui se succèdent dans l'ordre des images primaires. Cette mise en oeuvre offre un avantage qui est que les lentilles ont une disposition qui se rapproche de celle connue sous la dénomination en nid d'abeilles , et ont donc chacune une surface qui se rapproche le plus du cercle. Cette disposition permet de réduire, pour un nombre de lentilles déterminé, l'ouverture maximale de chaque lentille, et donc d'améliorer la netteté de l'image perçue. Cette mise en uvre peut aussi sembler à priori moins favorable car un mouvement vertical du spectateur conduit à des changements plus rapides d'images primaires vues par lui. Dans certains cas, cela peut cependant être considéré comme un avantage dans la mesure où, dans une salle de cinéma, un léger réglage en hauteur des fauteuils permet à tous les spectateurs de se situer dans une position leur permettant de bénéficier confortablement des performances du dispositif. Mais dans les cas où cet inconvénient est réel, il est recommandé de mettre en uvre la présente invention en utilisant un réseau lenticulaire semblable à celui de la figure 7, qui est constitué par la superposition de deux réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques 210 et 220. L'assemblage entre deux lentilles cylindriques forme un système optique ayant des caractéristiques optiques proches de celles d'un système optique centré, car il permet de focaliser sur un plan unique des rayons lumineux parallèles soit sur un petit parallélogramme soit sur un petit rectangle ou sur un petit carré, selon les caractéristiques de chacun des deux réseaux, et selon la valeur de l'angle entre les axes longitudinaux des lentilles cylindriques de chacun des deux réseaux. Une condition importante à respecter pour que de tels réseaux fonctionnent est qu'ils aient un plan focal commun après avoir été superposés. Dans la présente description et dans les revendications qui suivent, l'expression réseau lenticulaire est utilisée pour décrire des ensembles de lentilles de différents types. Il va de soi que cette expression doit être comprise au sens large, et que les réseaux lenticulaires à systèmes optiques centrés, à lentilles cylindriques doubles ou annulaires peuvent être remplacés par des plaques opaques comportant des trous ou zones transparentes circulaires, ou de formes fantaisistes en lieu et place des systèmes optiques décrits. - Les principales applications de la présente invention sont: l'affichage publicitaire, les enseignes publicitaires, la promotion sur le lieu de vente, la composition de vitrines virtuelles; - toutes les applications de la télévision, de la vidéo et du cinéma, et en particulier les suivantes: - les retransmissions sportives, les films et feuilletons, les 20 journaux télévisés et les reportages, - les jeux vidéo, - la publicité, - les attractions des parcs de loisirs, - les terminaux des postes de travail de création assistée par 25 ordinateur, la conception de produits et l'architecture, la visualisation scientifique, - l'imagerie médicale (radiographies 3D, RMN, scanner, échographie, endoscopie, microchirurgie, etc.), - les systèmes d'aide au pilotage d'engins et les simulateurs de 30 pilotage, - les films personnels, - les luminaires, les uvres d'art, les objets de décoration et les gadgets, - La planification des missions, la reconnaissance, l'évaluation des 35 dommages, l'analyses du terrain, la cartographie, la géographie, la recherche sismique, -l'éducation, - la téléconférence, - Les dispositifs permettant aux conducteurs d'automobiles d'apprécier 40 la distance qu'ils doivent conserver entre leur véhicule et celui qui le précède, en fonction de leur vitesse. Revendications 1. Dispositif optique comprenant: o un écran électronique 1 comportant des pixels lumineux, chacun des pixels comportant des sous-éléments de couleur différente ci-5 après dénommés sub-pixels, o un dispositif dit réseau lenticulaire 2, comportant une pluralité de dispositifs optiques dits dispositifs élémentaires juxtaposés, lesdits dispositifs élémentaires comprenant chacun une lentille élémentaire convergente ou un système optique équivalent dit lentille élémentaire 21, ladite lentille élémentaire 21 du réseau lenticulaire 2 étant un système optique centré ou assimilé, étant précisé que l'on entend par système optique centré ou assimilé : o aussi bien un système optique possédant un axe de symétrie de révolution sensiblement perpendiculaire au plan focal de ladite lentille élémentaire, o qu'un système optique ayant des caractéristiques optiques proches, c'est-à-dire lui permettant de focaliser à la distance focale des rayons lumineux parallèles: ^ soit sur un petit disque, ^ soit sur un petit rectangle accolé par ses petits côtés à deux demi-disques d'un diamètre égal audit petit côté du rectangle É soit sur un petit parallélogramme, É soit sur une petite surface de forme quelconque, le mot petit signifiant ici que la surface considérée est égale à une fraction de la surface de la pupille de la lentille élémentaire considérée. caractérisé par le fait que les pixels de l'image entrelacée ne sont 30 pas composés de sub-pixels provenant de la même image primaire, mais au contraire d'images primaires différentes. 2. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la surface de l'ensemble des sub-pixels alignés horizontalement sur l'écran électronique et correspondant à des vues différentes, dit bandelette élémentaire, a une plus grande dimension supérieure à la largeur de la pupille de la lentille élémentaire 21 située en vis-à-vis. 3. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les lentilles élémentaires 21, 22 et suivantes sont organisées en lignes inclinées par rapport à un axe dit Axe Horizontal , d'un angle dont la tangente est égale à la hauteur d'un sub-pixel divisée par la largeur d'un sub-pixel, étant précisé que l'on entend ci-avant et ciaprès par Axe Horizontal et par Axe Vertical des axes perpendiculaires entre eux 45 qui sont respectivement: - parallèle au bord inférieur et au bord supérieur de l'image entrelacée 6 rectangulaire, ou d'une découpe de cette image selon le mode portrait ou selon le mode paysage, pour l'axe dit Axe Horizontal, - parallèle au bord gauche et au bord droit de l'image entrelacée 6 rectangulaire, ou d'une découpe de cette image selon le mode portrait ou selon le mode paysage, pour l'axe dit Axe Vertical. 4. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que chaque ligne de sub-pixels est composée successivement, de 55 subpixels correspondant aux couleurs primaires retenues comme par 20 exemple rouge, vert et bleu, et ces sub-pixels sont issus d'images primaires qui se succèdent dans l'ordre des images primaires. 5. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que chaque colonne de sub-pixels est composée de sub-pixels de couleur identique, et ces sub-pixels sont issus d'images primaires qui se succèdent dans l'ordre des images primaires. 6. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le réseau lenticulaire est divisé en portions de réseau lenticulaire, comportant chacun une plaque supplémentaire 3 permettant d'aligner lesdites portions dans le plan de l'écran. 7. Système de projection selon la revendication 6 caractérisé par le fait que ladite portion de réseau lenticulaire comporte des moyens de repérage 41 et 42 permettant de disposer lesdites portions de réseau lenticulaire dans un gabarit afin d'assurer un positionnement précis desdites portions. 8. Système de projection selon la revendication 6 caractérisé par le fait que ladite portion de réseau lenticulaire comporte des moyens d'assemblage entre lesdites portions de réseau lenticulaire. 9. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les sub-pixels provenant d'une même image primaire sont arrangés en lignes dont la valeur absolue de la tangente est égale au rapport entre deux fois la hauteur d'un sub-pixel et une fois sa largeur 10. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le réseau lenticulaire 2 est constitué par la superposition de deux réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques, ces deux réseaux ayant un plan focal commun après avoir été superposés.