Brevet FR2950445A1 — publié le 20110325

La présente invention concerne un procédé ou des dispositifs optiques de visualisation d'une pluralité d'images réelles de sources différentes sur un même axe optique, au moyen d'un hologramme, dont au moins une image est dite aérienne et localisée en aval dudit hologramme, soit en jaillissement en direction d'un public. Le domaine technique concerne les procédés optiques permettant, au moyen d'un hologramme, la visualisation d'une pluralité d'images réelles de sources différentes sur un même axe optique. Selon l'état de la technique, il est connu des procédés ou dispositifs à base de moyens optiques holographiques permettant la visualisation d'images réelles, soit au plan d'un hologramme ou soit en aval de celui-ci. Il est aussi connu des procédés ou dispositifs à base de moyens optiques holographiques permettant la visualisation d'images réelles multiples afin d'achever une fonction stéréoscopique ou auto-stéréoscopique ou mufti- stéréoscopique ; ce qui n'est pas le cas de la présente invention. Les problèmes techniques à résoudre sont les suivants : • présenter à un public une pluralité d'images réelles de sources différentes sur un même axe optique dont au moins une image soit aérienne et en jaillissement, ou autrement dit, « flottante » en direction d'un public observateur, • superposer et décaler longitudinalement ces images l'une par rapport à l'autre, • fournir un dispositif optique de structure simple et compacte, • produire un nombre d'images, chacune décalée longitudinalement par rapport à toutes les autres, • contenir tous les axes optiques (sources d'images & images formées) dans un même plan. Les dispositifs selon l'invention permettent de remédier à ces inconvénients Il s'agit d'un procédé optique dit holographique de visualisation d'une pluralité d'images réelles de sources différentes. Suivant l'invention, ces problèmes techniques sont résolus à l'aide d'un procédé ou de dispositifs optiques de visualisation d'une pluralité d'images réelles de sources différentes sur un même axe optique, images superposées et décalées longitudinalement l'une par rapport à l'autre, dont au moins une image est dite physique, formée sur une surface matérielle et dont au moins une autre image est dite aérienne, en jaillissement en direction d'un public, flottante en avant de l'image dite physique, et visible sans lunettes particulières ni autres prothèses, 2 caractérisé en ce que cette superposition d'images se réalise au moyen d'un hologramme assurant au moins une fonction réfractive ou spéculaire et au moins une fonction de diffusion lambertienne ou de mélangeur. la superposition d'images dont au moins l'une est dite physique et dont au moins une autre est dite aérienne, se réalise au moyen des principes de l'optique holographique des fonctions combinées afin de produire plusieurs images issues de fonctions différentes. L'image formée par l'hologramme est dite dans l'axe optique, soit à la normale de cet hologramme, mais la source d'images ou l'objet se localise hors de cet axe optique, ce qui réalise que l'image formée n'est pas dans l'alignement de sa source ou de son objet et, en conséquence, que le champ en amont de l'hologramme est ainsi libre et disponible pour d'autres images. Cette situation implique la possibilité de produire un ensemble N d'images, superposées en cascade les unes derrière les autres, créant ainsi un champ 15 visuel unique sous la forme d'un empilement spatial à N couches. Suivant cette invention, tous les axes optiques (sources d'images & images formées) sont contenus dans un même plan. Suivant une première forme d'exécution de ce dispositif, l'hologramme incorpore une fonction de diffusion lambertienne et une fonction réfractive, 20 Suivant une seconde forme d'exécution de ce dispositif, l'hologramme incorpore une fonction de mélangeur et une fonction spéculaire L'invention est décrite en référence aux 8 dessins annexés représentant, à titre d'exemples non limitatifs, les formes de réalisation préférées du dispositif optique qu'elle concerne. 25 L'invention trouve diverses applications. II s'agit de la superposition spatiale d'images réelles. Suivant une première application, il s'agit de réaliser une animation avec création à partir d'un écran d'aspect invisible, plus précisément transparent, de deux images réelles sur un même axe optique, décalées longitudinalement dont au moins l'une est dite aérienne et localisée en avant de 30 l'écran. Il s'agit par exemple d'avoir un écran invisible au niveau d'un mur ou de toute autre paroi, et de créer un effet de surprise pour les personnes se localisant devant ce mur ou cette paroi, en faisant apparaître, simultanément ou non, une image au niveau du mur ou de la paroi, et une seconde image, aérienne et jaillissante, en avant de la première. 35 Une autre application de l'invention consiste à obtenir deux images décalées longitudinalement l'une par rapport à l'autre, l'une formée sur un écran physique (comme un écran plasma, LCD, à LED, ou OLED, à titre d'exemples), et l'autre située en avant de l'écran, c'est-à-dire en jaillissement pouvant être un message d'alerte. II est aussi possible d'envisager un ensemble N d'images, superposées en cascade les unes derrière les autres, ce qui crée un champ visuel ainsi unique mais dense ou « riche » en contenu, ce champ étant un empilement spatial à N couches. L'application, dans ce cas, consiste à exploiter un plus ou moins grand nombre d'images empilées spatialement sur un même axe optique, ou autrement dit, sur un même axe visuel. La figure 1 présente le principe du procédé selon un 1 er dispositif. Un hologramme de transmission (1) intervenant comme une optique holographique est représentée sur son axe optique. 10 L'architecture optique contient 2 sources d'images (2,3) localisées hors de l'axe optique. Les flux issus de ces 2 sources d'images (2,3) agissent comme faisceaux de restitution de l'hologramme (1). La part diffractée de ces flux à l'émergence de l'hologramme (1) se propage dans 15 la direction de l'axe optique. La part non difractée de ces flux à l'émergence de l'hologramme s'évacue en dehors de l'axe optique. La figure 2 présente le cas classique d'une vidéo-projection sur un écran holographique (1). Une image réelle est formée sur le plan de l'hologramme (1) à 20 partir d'une projection sous un angle d'incidence que l'on a réglé et optimisé afin de maximiser la diffraction à l'émergence de l'hologramme (1). Le vidéo-projecteur (4) est équipé d'un objectif apte à former une image sur un écran non localisé à la normale de celui-ci. La figure 3 présente la fonction de la source d'image (3). 25 Cette source se constitue d'une surface dont chaque point (ou chaque pixel) diffuse en direction de chaque point constituant la surface de l'hologramme (1). La figure 4 présente l'architecture optique d'un hologramme (1) incluant une fonction de diffusion lambertienne en son plan ainsi qu'une fonction de lentille positive. 30 La fonction diffusante forme une image réelle plane localisée au plan strict de l'hologramme qui intervient comme un écran. Cette image plane se forme au moyen d'un projecteur d'image (4) comme un vidéo-projecteur ou un projecteur de diapositives à titre d'exemples non limitatifs. La fonction de lentille positive forme une image réelle (5) dite aérienne, plane ou 35 volumique, selon que la source d'image (3) soit plane ou volumique, en jaillissement de l'écran holographique en direction du public. Cette fonction holographique de lentille réalise l'équivalent d'une lentille réelle présentant le meilleur stigmatisme possible sur son plan anti-principal image. L'image en jaillissement est visible directement car elle est diffusante. Ainsi, la fonction de diffusion présente à la surface de la source (3) est reconduite à la surface de l'image réelle (5). Les dimensions de l'hologramme (1) devant celles de la source d'image (3) conditionnent l'ouverture d'un champ angulaire de vision à partir du lieu de l'image réelle (5) formée. L'hologramme (1) agit comme une fenêtre à travers laquelle il est possible de voir, de façon directe, d'autres images formées à l'arrière et en retrait de cet hologramme ; ces images se superposent et se décalent longitudinalement à celles déjà formées : celle dite aérienne et celle produite au plan de l'hologramme. La figure 5 présente le principe du procédé selon un 2ème dispositif. Un hologramme de réflexion (6) intervenant comme une optique holographique est représentée sur son axe optique. L'architecture optique contient 2 sources d'images ; l'une (3) est localisée hors de l'axe optique, l'autre (7) est localisée sur l'axe optique. Le flux issu de la source d'images (3) agit comme faisceau de restitution de l'hologramme (1). Le flux issu de la source d'images (7) est transmis directement à travers l'hologramme sans diffraction. La part diffractée du flux issu de la source (3) à l'émergence de l'hologramme se propage dans la direction de l'axe optique. La part non difractée de ce flux à l'émergence de l'hologramme (6) s'évacue en dehors de l'axe optique. La figure 6 présente l'architecture optique d'un hologramme (6) incluant une fonction de miroir concave positif, ainsi qu'une fonction de mélangeur par transmission. La fonction de mélangeur assure la transmission totale et neutre d'une image physique et réelle (7) localisée à l'arrière de l'hologramme (6), en recul ou en contact de celui-ci. Cette image physique (7) est produite par un écran LCD ou plasma ou à LED ou OLED à titre d'exemples non limitatifs La fonction de miroir concave positif forme une image réelle (8) dite aérienne, plane ou volumique, selon que la source d'image (3) soit plane ou volumique, en jaillissement de l'hologramme en direction du public. Cette fonction holographique de miroir réalise l'équivalent d'un miroir concave physique présentant le meilleur stigmatisme possible sur son plan anti-principal image. L'image en jaillissement est visible directement car elle est diffusante. Ainsi, la fonction de diffusion présente à la surface de la source (3) est reconduite à la surface de l'image réelle (8). Les dimensions de l'hologramme (6) devant celles de la source d'image (3) conditionnent l'ouverture d'un champ angulaire de vision à partir du lieu de l'image réelle (8) formée. La figure 7 présente une réalisation pratique du dispositif décrit au moyen des figures 5 et 6. La source d'image (3) est contenue dans un boîtier (9) de telle sorte que la surface diffusante de la source ne soit la moins visible possible d'un public observateur. L'hologramme (6) est en contact ou presque de l'écran produisant l'image physique (7). Une image réelle (8) dite aérienne est formée en jaillissement de l'image physique (7). La figure 8 présente une réalisation pratique du dispositif décrit au moyen des figures 2,3 et 4. La source d'image (3) est contenue dans un boîtier (9) de telle sorte que la surface de diffusante de la source ne soit la moins visible possible d'un public observateur. L'hologramme (1) rayonne une image formée sur son plan à partir d'un projecteur (4). Une image réelle (5) dite aérienne est formée en jaillissement de l'hologramme (1). Le dispositif selon l'invention et toutes les variantes présentées, sont particulièrement destinés aux domaines de l'affichage d'informations visuelles, de la publicité, des expositions, de l'animation, du spectacle, et des loisirs. REVENDICATIONS1) Procédé ou dispositifs optiques de visualisation d'une pluralité d'images réelles de sources différentes sur un même axe optique, images superposées et décalées longitudinalement l'une par rapport à l'autre, dont au moins une image est dite physique, formée sur une surface matérielle et dont au moins une autre image est dite aérienne, en jaillissement en direction d'un public, flottante en avant de l'image dite physique, et visible sans lunettes particulières ni autres prothèses, caractérisé en ce que cette superposition d'images se réalise au moyen d'un hologramme assurant au moins une fonction réfractive ou spéculaire et au moins une fonction de diffusion lambertienne ou de mélangeur. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la superposition d'images dont au moins l'une est dite physique et dont au moins une autre est dite aérienne, se réalise au moyen des principes de l'optique holographique des fonctions combinées afin de produire plusieurs images issues de fonctions différentes. 3) Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est possible de produire un ensemble N d'images, superposées en cascade les unes derrière les autres, créant ainsi un champ visuel unique sous la forme d'un empilement spatial à N couches au moyen que l'image formée par l'hologramme est dite dans l'axe optique, soit à la normale de cet hologramme, mais que la source d'images ou l'objet se localise hors de cet axe optique, ce qui réalise que l'image formée n'est pas dans l'alignement de sa source ou de son objet et, en conséquence, que le champ en amont de l'hologramme est ainsi libre et disponible pour d'autres images. 4) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 35 à 3, caractérisé en ce que tous les axes optiques (sources d'images & images formées) sont contenus dans un même plan. 5) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que plusieurs images sont issues de fonctions différentes au 40 moyen d'un hologramme (1) incluant une fonction de diffusion lambertienne en son plan ainsi qu'une fonction de lentille positive. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la fonction de diffusion lambertienne forme une image réelle plane localisée au plan strict de l'hologramme (1), cette image se formant au moyen d'une projection sous un angle d'incidence que l'on a réglé et optimisé afin de maximiser la diffraction à l'émergence de l'hologramme, ce qui réalise que cet hologramme agit comme un écran. 7) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la fonction de lentille positive forme une image réelle (5), plane ou volumique selon que la source d'image (3) soit plane ou volumique, en jaillissement de l'écran holographique (1) en direction d'un public au moyen que cette fonction holographique de lentille réalise l'équivalent d'une lentille réelle présentant le meilleur stigmatisme possible sur son plan anti-principal image pour un objet physique, plan ou volumique. 8) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que d'autres images sont formées à l'arrière et en retrait de l'hologramme (1), ces images se superposant et se décalant longitudinalement à celles déjà formées (celle dite aérienne et celle produite au plan de l'hologramme) au moyen que l'hologramme (1) agit comme une fenêtre à travers laquelle il est possible de voir de façon directe. 9) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que plusieurs images sont issues de fonctions différentes au moyen d'un hologramme (6) incluant une fonction de miroir concave positif ainsi qu'une fonction de mélangeur par transmission. 10) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la fonction de mélangeur assure la transmission totale et neutre d'une image physique (7) et réelle localisée à l'arrière de l'hologramme (6), en recul ou en contact de celui-ci, ce qui assure la pleine vision et de façon directe de ladite image physique. 30 11) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la fonction de miroir concave positif forme une image réelle (8), plane ou volumique selon que la source d'image (3) soit plane ou volumique, en jaillissement de l'hologramme (6) en direction d'un public au moyen que cette fonction holographique de miroir 35 concave réalise l'équivalent d'un miroir concave physique présentant le meilleur stigmatisme possible sur son plan anti-principal image pour un objet physique, plan ou volumique. 12) Dispositif selon les revendications 5 et 9, caractérisés en ce que l'image en 40 jaillissement (5,8) est visible directement car elle est diffusante au moyen que la fonction de diffusion présente à la surface de la source d'image (3) est reconduite à la surface de ladite image en jaillissement (5,8). 5 13) Dispositif selon les revendications 5 et 9, caractérisés en ce que les dimensions de l'hologramme (1,6) devant celles de la source d'image (3) conditionnent l'ouverture d'un champ angulaire de vision à partir du lieu de l'image réelle (5,8) formée. 14) Dispositif selon les revendications 5 et 9, caractérisés en ce que la surface diffusante de la source d'image (3) ne soit la moins visible possible d'un public observateur au moyen que cette source d'image (3) est contenue dans un boîtier (9). 10