Brevet FR2966610A1 — publié le 20120427

Ecran auto-stéréoscopique à synthèse additive orientable et débrayable Domaine technique La présente invention est un afficheur électronique à synthèse additive auto-stéréoscopique. Art antérieur On connaît de nombreux types d'afficheurs électroniques à synthèse additive munis d'un réseau lenticulaire pour produire un effet de relief. Les modèles connus utilisent des réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques, ou de préférence à lentilles sphériques. Le problème posé Les modèles connus fonctionnent soit dans le mode paysage soit dans le mode portrait, alors que de nombreux écrans récents peuvent être utilisés aussi bien dans les deux modes. Certains comportent d'ailleurs un moyen connu de détermination de l'horizontale dit niveau, qui permet de déterminer si l'écran est utilisé en mode portrait ou en mode paysage. Selon la présente invention, l'écran fonctionne en mode 3D aussi bien en mode paysage qu'en mode portrait, au gré de l'utilisateur. Le réseau lenticulaire diminue la résolution apparente de l'écran puisque chaque oeil du spectateur ne voit qu'une partie des pixels de l'image produite par l'afficheur électronique. Selon la présente invention, l'écran permet une vision en 2D pratiquement sans diminution de la résolution perçue par le spectateur. Exposé de l'invention La présente invention est un écran comportant : - un réseau lenticulaire 100 composé de dispositifs élémentaires juxtaposés qui sont des dispositifs optiques convergents 11, 12, 13 et suivants, - et un afficheur électronique 200 à synthèse additive comportant des pixels arrangés en lignes de direction A et constitués chacun de N cellules de couleurs primaires différentes, l'image affichée par ledit afficheur électronique 200 étant codée de telle sorte qu'un sous-ensemble d'une première matrice desdites cellules de couleurs primaires 1 1 représente une image 10 et qu'un autre sous-ensemble desdites cellules de couleurs primaires 2 organisé selon même matrice est décalé de la largeur d'un rectangle élémentaire selon une direction D représentant une image 20, les deux images 10 et 20 étant deux vues de la même scène prises de deux points de vue alignés selon la direction D (ce codage étant ci-après dénommé "codage dans une direction D"), caractérisé par le fait que ledit afficheur électronique 200 comporte un moyen permettant de passer d'une image codée dans une direction D parallèle à ladite direction A à une image codée dans une direction D perpendiculaire à ladite direction A. Description sommaire des dessins 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 annexées numérotées de 1 à 4 qui représentent toutes des écrans selon l'invention La figure 1 montre le même écran comportant des lignes de cellules rouge, vertes et bleues notées respectivement R G et B. A gauche, cet écran est disposé dans une première orientation, et à droite dans une orientation modifiée de 90°. La figure 2 montre une variante perfectionnée dans laquelle l'afficheur électronique 200 est muni de deux réseaux lenticulaires à lentilles sphériques 100a et 100b et 20 d'un troisième réseau lenticulaire 100c à lentilles cylindriques. Les figures 3 et 4 montrent les deux positions possibles du réseau lenticulaire 10000b, représenté en pointillé. A gauche, i1 est décalé par rapport au réseau la représenté en traits pleins, tandis qu'à droite, il est parfaitement aligné avec lui. Description détaillée de l'invention 25 L'objectif principal poursuivi par la présente invention est de permettre un fonctionnement d'un écran auto-stéréoscopique aussi bien en mode portrait qu'en mode paysage. La figure 1 montre à gauche une première orientation de l'écran. Chacune des lentilles élémentaires 11, 12, 13 et suivantes est alignée avec un oeil du spectateur et 30 une matrice de rectangles élémentaires horizontaux notés 1. Trois lentilles juxtaposées en triangle forment un triplet RVB. L'autre oeil du spectateur voit à travers les mêmes lentilles un rectangle élémentaire décalé horizontalement noté 2. Cette disposition permet de voir deux images différentes soit un seul couple stéréoscopique. A droite, la même figure montre l'écran qui a été tourné de 90°. Comme précédemment, chacune des lentilles élémentaires 11, 12, 13 et suivantes est alignée avec un oeil du spectateur et une matrice de rectangles élémentaires horizontaux notés 1. Trois lentilles juxtaposées en triangle forment encore un triplet RVB. L'autre oeil du spectateur voit à travers les mêmes lentilles un rectangle élémentaire décalé horizontalement noté 2. Cette orientation permet de voir jusqu'à 4 images différentes soit deux couples stéréoscopiques. Les images 3 et 4 peuvent être remplacées par des images noires pour produire uniquement un couple stéréoscopique lorsqu'un seul couple est disponible. On peut aussi afficher deux fois l'image 10 et deux fois l'image 20. On connaît des écrans électroniques comportant un moyen connu de détermination de l'horizontale dit niveau permettant de déterminer si c'est la direction A ou la direction B qui est la plus proche de l'horizontale. Ce moyen est utilisé pour faire pivoter l'image de 90° lorsque l'utilisateur change l'orientation de l'écran par rapport à la verticale. L'innovation proposée par la présente invention permet d'utiliser ce moyen connu non seulement pour modifier l'orientation de l'image, mais aussi pour modifier son codage, afin que l'effet 3D soit perçu aussi bien dans le mode paysage que dans le mode portrait. Dans une mise en oeuvre moins perfectionnée, le passage d'un mode de codage à l'autre peut être réalisé par une commande spécifique de l'utilisateur. Cette innovation ne peut pas être mise en oeuvre avec les écrans auto- stéréoscopiques qui utilisent des réseaux lenticulaires à lentilles élémentaires 11, 12, 13 et suivantes cylindriques dont l'axe est vertical, parce qu'une rotation de 90° de l'écran a pour effet de rendre l'axe des lentilles horizontal, ce qui fait que les deux yeux du spectateur voient la même image. Elle peut être mise en oeuvre avec les écrans à réseaux à lentilles élémentaires 11, 12, 13 et suivantes cylindriques dont l'axe longitudinal est légèrement incliné par rapport à la verticale, mais outre que ces écrans sont de mauvaise qualité optique parce qu'une lentille focalise sur une droite qui coupe des cellules de pixels qui représentent d'autres images que celle destinée à l'un des yeux du spectateur, ces écrans sont peu adaptés à la présente invention parce qu'une rotation de 900 a pour conséquence que les lentilles cylindriques 11, 12, 13 et suivantes ont alors un axe longitudinal très fortement incliné par rapport à la verticale, ce qui n'est pas favorable à une bonne perception du relief. La meilleure solution consiste à utiliser des écrans dont le réseau lenticulaire est constitué de dispositifs optiques convergents élémentaires 11, 12, 13 et suivants qui sont des dispositifs optiques centrés. Pour les écrans de type RVB dont les pixels sont constitués de cellules de couleur primaire ayant la forme de rectangles allongés, la disposition proposée par le brevet WO9820392 est incontournable. La meilleure disposition des lentilles élémentaires 11, 12, 13 et suivantes est en nid d'abeilles, c'est à dire que leurs pupilles sont des hexagones contigus, parce que cette disposition permet d'avoir des pupilles dont la forme se rapproche le plus possible d'un cercle. Avantageusement, lorsque les pixels arrangés en lignes de direction A sont constitués chacun de N cellules de couleurs primaires différentes ayant la forme de rectangles allongés selon une direction B perpendiculaire à A, la direction A est parallèle à l'axe selon lequel les centres optiques de deux dispositifs optiques convergents élémentaires adjacents sont les plus rapprochés les uns des autres, et la distance entre les centres optiques de deux dispositifs optiques convergents élémentaires juxtaposés selon cette direction A est égale à un nombre entier et E de petits côtés d'un rectangle dit élémentaire, et la distance selon ladite direction B entre deux lignes de dispositifs optiques convergents élémentaires juxtaposés est égale à un nombre entier F de grands côtés d'un rectangle dit élémentaire. Le nombre E est avantageusement pair pour que les lignes de lentilles alignées dans la direction A puissent être décalées d'un nombre entier de petits côtés de rectangles dits élémentaires qui soit égal à la moitié de E. Dans une version préférée, adaptée aux afficheurs électroniques RVB comportant 3 30 cellules de couleurs primaires par pixel, ledit nombre E est égal à 4 et ledit nombre F est égal à 1, comme représenté aux figures 1, 3 et 4. Un perfectionnement important d'un écran selon l'invention consiste à neutraliser partiellement le réseau lenticulaire pour la vision d'images non codées en 3D. Dans un premier mode de mise en oeuvre, on modifie simplement la distance entre le réseau lenticulaire 100 et l'afficheur électronique 200. Les lentilles élémentaires ne focalisent alors plus sur une seule cellule mais sur plusieurs et réalisent la synthèse additive. Toutes les couleurs produites par l'écran sont transmises vers le spectateur. Dans l'organisation représentée aux figures 1, 3 et 4, la résolution selon la direction B reste inchangée tandis que celle selon la direction A est affaiblie de 25%, ce qui reste acceptable. Une méthode plus perfectionnée, illustrée aux figures 2 à 4, consiste à utiliser un réseau lenticulaire double, chacun des réseaux étant composé de lentilles élémentaires de focale plus longue pour que deux lentilles élémentaires disposées en série focalisent toujours sur le plan des cellules de l'afficheur électronique. On peut alors décaler légèrement l'un des réseaux par rapport à l'autre, dans un plan parallèle à celui de l'afficheur, pour obtenir deux matrices de lentilles qui sont chacune centrée sur une cellule constituant un pixel de l'afficheur électronique 200. Le spectateur a donc deux fois plus de lentilles à sa disposition et bénéficie d'une résolution doublée par rapport à la solution précédente. Chaque pixel perçu par le spectateur, qui correspond à une lentille d'un réseau lenticulaire, est alors idéalement constitué de N-1 couleurs primaires seulement, et le nombre de pixels est même supérieur au nombre de pixels de l'afficheur électronique 200. Dans le cas où l'afficheur électronique 200 est du type RVB, l'augmentation atteint 330/0, ce qui est considérable. Le fait qu'il manque une composante colorée à chaque pixel n'est pas un inconvénient important parce que l'ceil humain reconstitue naturellement la couleur moyenne née de la synthèse additive entre deux pixels voisins. Un écran selon l'invention a ainsi une résolution perçue par le spectateur qui est supérieure à celle de l'afficheur électronique entrant dans sa construction. Comme les lentilles ont une distance focale qui est supérieure à ce qui est nécessaire 30 pour fonctionner sans une autre lentille disposée en série dans le même axe, elles ne focalisent plus sur une seule cellule de pixel de l'afficheur électronique, mais sur plusieurs à la fois. Pour éviter que l'élargissement de la surface de focalisation des lentilles du au décalage décrit plus haut ne conduise à diminuer la discrimination des lentilles dans la direction B, un perfectionnement supplémentaire peut être mis en oeuvre, qui consiste à ajouter un troisième réseau lenticulaire 100c, fixe celui-là, constitué de lentilles cylindriques au nombre d'une par ligne de lentille. Ces lentilles cylindriques sont orientées selon la direction A. Une telle solution est représentée à la figure 2. L'adjonction d'un tel réseau lenticulaire 100c peut d'ailleurs se révéler avantageuse même lorsque l'écran selon l'invention est muni d'un seul réseau lenticulaire à lentilles sphériques, pour diminuer la sensibilité de l'écran au déplacement du spectateur selon la direction B. Dans tous les cas d'utilisation de plusieurs lentilles, l'homme de l'art sait calculer la focale de ces lentilles pour que l'ensemble de deux ou trois lentilles assemblées en série focalisent sur le plan de l'afficheur électronique 200, qu'une seule lentille d'un réseau à lentilles sphériques focalise plus loin, et que le cône de focalisation intercepte deux cellules lorsque le décalage est opéré. C'est une solution préférée. Pour simplifier l'exposé, on a utilisé ci-avant dans de nombreux cas l'expression "lentille" en lieu et place de "dispositif optique convergent", et l'expression "lentille sphérique" en lieu et place de "dispositif optique convergent centré". II va de soi que tout dispositif optique convergent peut être utilisé en lieu et place de ce qui est décrit comme une lentille, et en particulier des lentilles asphériques ou cylindriques à profil non circulaire. De même, sans sortir du cadre de l'invention, on peut utiliser des réseaux lenticulaires de toutes nature, par exemple des barrières de parallaxe constituées d'une plaque opaque comportant des zones transparentes faisant office de lentilles. On peut aussi évidemment utiliser des lentilles de Fresnel. Applications Les applications de la présente invention concernent toutes les applications des écrans stéréoscopiques, et plus particulièrement le domaine des téléphones 30 portables, des tablettes graphiques et des appareils de prise de vue. REVENDICATIONS1. Ecran comportant - un réseau lenticulaire 100 composé de dispositifs élémentaires juxtaposés qui sont des dispositifs optiques convergents 11, 12, 13 et suivants, - et un afficheur électronique 200 à synthèse additive comportant des pixels arrangés en lignes de direction A et constitués chacun de N cellules de couleurs primaires différentes, l'image affichée par ledit afficheur électronique 200 étant codée de telle sorte qu'un sous-ensemble d'une première matrice desdites cellules de couleurs primaires représente une image 10 et qu'un autre sous-ensemble desdites cellules de couleurs primaires organisé selon même matrice est décalé de la largeur d'un rectangle élémentaire selon une direction D représentant une image 20, les deux images 10 et 20 étant deux vues de la même scène prises de deux points de vue alignés selon la direction D (ce codage étant ci-après dénommé "codage dans une direction D"), caractérisé par le fait que ledit afficheur électronique 200 comporte un moyen permettant de passer d'une image codée dans une direction D parallèle à ladite direction A à une image codée dans une direction D perpendiculaire à ladite direction A. 2. Ecran selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit moyen permettant de passer d'un mode de codage à l'autre est un moyen connu de détermination de l'horizontale dit niveau, qui permet de déterminer si l'écran est utilisé en mode portrait ou en mode paysage. 3. Ecran selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdits dispositifs optiques convergents élémentaires 11, 12, 13 et suivants sont des dispositifs optiques centres comme des lentilles sphériques. 4. Ecran selon la revendication 3 caractérisé par le fait que : - les pixels dudit afficheur électronique 200 sont constitués chacun de N cellules de couleurs primaires différentes juxtaposées selon une direction A, 7- ces cellules sont des rectangles dits rectangles élémentaires allongés selon une direction dite B perpendiculaire à ladite direction A, - la direction A est parallèle à l'axe selon lequel les centres optiques de deux dispositifs optiques convergents élémentaires 11, 12, 13 et suivants adjacents sont les plus rapprochés les uns des autres, - la distance entre les centres optiques de deux dispositifs optiques convergents élémentaires 11, 12, 13 et suivants adjacents et alignés selon cette direction A est égale à un nombre entier E de petits côtés d'un rectangle dit rectangle élémentaire, - et la distance selon ladite direction B entre deux lignes de dispositifs optiques convergents élémentaires 11, 12, 13 et suivants adjacents alignés selon la direction A est égale à un nombre entier F de grands côtés d'un rectangle dit rectangle élémentaire. 5. Ecran selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les pupilles desdits dispositifs élémentaires sont des hexagones contigus et que le nombre E est pair. 6. Ecran selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit nombre N est égal à 3, que ledit nombre E est égal à 4 et que ledit nombre F est égal à 1. 7. Ecran selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de modifier la distance entre ledit réseau lenticulaire 100 et ledit afficheur électronique 200. 8. Ecran selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits dispositifs optiques centrés convergents élémentaires 11, 12, 13 et suivants sont chacun constitués d'au moins deux dispositifs optiques convergents assemblés en série, respectivement 1100a et 1100b, 12a et 12b et ainsi de suite, constituant deux réseaux lenticulaires 100a et 100b, et que l'écran comporte un moyen de modifier la position de l'un des deux réseaux lenticulaires 100a et 100b par rapport audit afficheur électronique 200.