Brevet FR2987211A1 — publié le 20130823

PROCEDE D'AFFICHAGE D'IMAGES STEREOSCOPIQUES L'invention concerne un procédé d'affichage d'images stéréoscopiques. L'invention concerne également un afficheur d'images stéréoscopiques. 5 L'invention concerne enfin un ensemble de visualisation d'images stéréoscopiques. On connaît un procédé d'affichage d'images stéréoscopiques destinées à être visionnées avec des lunettes stéréoscopiques passives. Ce procédé comprend : 10 -la production, par un vidéoprojecteur, d'un flux lumineux incluant une séquence vidéo d'images stéréoscopiques comprenant une alternance de deux sous séquences d'images multiplexées temporellement, chacune de ces deux sous séquences étant destinée à être visionnée respectivement par un oeil gauche et par un oeil droit d'un utilisateur muni des lunettes stéréoscopiques ; 15 -la polarisation du flux lumineux produit pour que les deux sous séquences présentent des polarisations optiques de directions mutuellement orthogonales, du fait d'une polarisation induite par un modulateur de polarisation; -la projection, sur un écran optiquement réfléchissant à conservation de 20 polarisation, du flux lumineux polarisé. L'utilisateur dispose de lunettes stéréoscopiques passives dans lesquelles des filtres filtrent des polarisations optiques de directions mutuellement orthogonales, de sorte qu'une sous-séquence destinée à un oeil est masquée à l'autre oeil. 25 Afin d'obtenir des images stéréoscopiques présentant une luminosité adéquate, il est préférable de produire le flux lumineux avec un vidéoprojecteur à cristaux liquides (LCD, « liquid crystal display » en langue anglaise) ou avec un vidéoprojecteur à cristaux liquides sur silicium (LCoS, « liquid crystal on silicon » en langue anglaise). De tels vidéoprojecteurs à cristaux liquides 30 permettent de générer une lumière polarisée et donc d'induire une très faible absorption à travers un polariseur linéaire utilisé en amont du modulateur de polarisation. Par vidéoprojecteur à cristaux liquides LCD, on désigne un vidéoprojecteur dans lequel une image est générée par transmission d'un 35 faisceau de lumière à travers un dispositif à cristaux liquides comprenant une pluralité de pixels. Par vidéoprojecteur à cristaux liquides sur silicium LCoS, on désigne un vidéoprojecteur dans lequel une image est générée par réflexion d'un faisceau de lumière sur un dispositif à cristaux liquides comprenant une pluralité de 40 pixels. Le vidéoprojecteur LCoS peut par exemple être tel que le vidéoprojecteur commercialisé par la société JVC sous la référence DLA-RS40. Cependant, les dispositifs à cristaux liquides des vidéoprojecteurs LCD ou LCoS présentent un état optique de transition lors de la commutation entre deux images consécutives. Cet état optique de transition a une durée typiquement comprise entre 1 ms et 4ms. Cet état optique de transition est responsable de l'apparition dans les images stéréoscopiques projetées d'artefacts visuels, tels que des images fantômes (« ghosting » en langue anglaise). L'invention vise à résoudre cet inconvénient. L'invention porte ainsi sur un procédé d'affichage d'images stéréoscopiques, comprenant : -la production, par un vidéoprojecteur à cristaux liquides ou par un vidéoprojecteur à cristaux liquides sur silicium, d'un flux lumineux incluant une séquence vidéo d'images stéréoscopiques comprenant une alternance de deux sous séquences d'images multiplexées temporellement, ces deux sous séquences étant destinées à être visionnées respectivement par un oeil gauche et par un oeil droit d'un utilisateur muni de lunettes stéréoscopiques, deux images immédiatement consécutives de la séquence d'images étant en outre séparées par un état optique de transition lié à la commutation du vidéoprojecteur ; -la polarisation du flux lumineux produit pour que les deux sous 20 séquences présentent des polarisations optiques de directions mutuellement orthogonales ; -la projection, sur un écran optiquement réfléchissant à conservation de polarisation, du flux lumineux polarisé ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'obstruction du flux 25 lumineux polarisé durant les états optiques de transition et seulement durant ces états optiques de transition. Selon une variante, le procédé comprend : -l'émission, par le vidéoprojecteur, d'un signal de synchronisation synchronisé avec sa commutation entre les deux sous séquences d'images 30 multiplexées temporellement ; -l'application d'un signal de commande sur un obturateur pour le commuter entre un état optiquement passant et un état optiquement bloquant lorsque le signal de synchronisation indique la commutation du vidéoprojecteur. L'invention porte également sur un afficheur d'images stéréoscopiques 35 comprenant : -un vidéoprojecteur à cristaux liquides ou à cristaux liquides sur silicium, configuré pour produire un flux lumineux incluant une séquence vidéo d'images stéréoscopiques comprenant une alternance de deux sous séquences multiplexées temporellement, ces deux sous séquences étant destinées à être 40 visionnées respectivement par un oeil gauche et par un oeil droit d'un utilisateur muni de lunettes stéréoscopiques, deux images immédiatement consécutives de la séquence d'images étant en outre séparées par un état optique de transition lié à la commutation du vidéoprojecteur ; -un modulateur de polarisation, recevant le flux lumineux issu du vidéoprojecteur, configuré pour appliquer aux deux sous séquences d'images 5 des polarisations optiques de directions mutuellement orthogonales; -un écran optiquement réfléchissant à conservation de polarisation, configuré pour afficher les images stéréoscopiques projetées par le vidéoprojecteur. L'afficheur comprend un obturateur, recevant le flux lumineux issu du 10 vidéoprojecteur, configuré pour commuter dans un état optiquement bloquant lors des états optiques de transition et seulement pendant ces états optiques de transition. Selon une variante, le vidéoprojecteur comprend une interface de sortie configurée pour délivrer un signal de synchronisation indiquant la commutation 15 du vidéoprojecteur. Selon encore une variante, l'afficheur comprend un dispositif de commande incluant : -une interface de réception d'un signal de synchronisation ; -une interface de sortie configurée pour délivrer un signal de commande 20 sur l'obturateur ; -un calculateur, configuré pour délivrer un signal de commande commutant l'obturateur entre un état optiquement passant et un état optiquement bloquant lorsque le signal de synchronisation indique une commutation du vidéoprojecteur. 25 Selon encore une autre variante, le calculateur est configuré pour délivrer un second signal de commande commutant l'obturateur de l'état optiquement bloquant vers l'état optiquement passant au bout d'un délai prédéfini après avoir délivré un signal de commande commutant l'obturateur d'un état optiquement passant vers un état optiquement bloquant. 30 Selon une variante, l'obturateur est placé directement en amont du modulateur de polarisation. Selon une autre variante, l'obturateur comprend : - une cellule à cristaux liquides ; -deux polariseurs linéaires, encadrant directement la cellule à cristaux 35 liquides et dont les directions de polarisation sont mutuellement orthogonales. Selon encore une variante, l'obturateur comprend un obturateur à cristaux liquides cholestériques. L'invention porte en outre sur un ensemble de visualisation d'images stéréoscopiques, comprenant : 40 -un afficheur d'images stéréoscopiques tel que décrit ci-dessus ; 2 9 8 7 2 1 1 4 -des lunettes stéréoscopiques passives comportant deux filtres polariseurs, chacun de ces filtres étant configuré pour bloquer l'une des deux séquences d'images produites par l'afficheur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 illustre un ensemble de visualisation d'images stéréoscopiques ; - la figure 2 illustre schématiquement une coupe d'une cellule à cristaux liquides ; - la figure 3 illustre schématiquement un obturateur de l'ensemble de visualisation d'images de la figure 1; - la figure 4 illustre le dispositif de commande de l'ensemble de visualisation d'images de la figure 1; - la figure 5 schématise, en fonction du temps, des exemples de signaux de commande et de synchronisation du dispositif de commande, accompagnant un fragment de séquence vidéo d'images stéréoscopiques affichées par l'ensemble de la figure 1 ; - la figure 6 est un organigramme d'un procédé d'affichage d'images stéréoscopiques ; - la figure 7 illustre un autre mode de réalisation de l'obturateur de la figure 3. L'invention propose un procédé d'affichage d'images stéréoscopiques permettant de visualiser des images stéréoscopiques avec une luminosité accrue et un nombre réduit d'artefacts visuels. La figure 1 illustre un ensemble 50 de visualisation d'images stéréoscopiques. Cet ensemble 50 comprend : -un afficheur 20 d'images stéréoscopiques ; -des lunettes stéréoscopiques passives 52. L'afficheur 20 comprend : -un vidéoprojecteur 22 ; -un modulateur de polarisation 24 ; -un écran 26 ; -un obturateur 28 ; -un dispositif de commande 30. Le vidéoprojecteur 22 est configuré pour produire un flux lumineux 23 incluant une séquence vidéo d'images stéréoscopiques. Cette séquence vidéo 40 comprend une alternance de deux sous séquences multiplexées temporellement. Chacune de ces deux sous séquences est destinée à être visionnée respectivement par un oeil gauche et un oeil droit d'un utilisateur muni des lunettes 52. Ce vidéoprojecteur 22 est un vidéoprojecteur à cristaux liquides ou un vidéoprojecteur à cristaux liquides sur silicium. Aussi, deux images immédiatement consécutives de la séquence d'images sont séparées par un état optique de transition. Cet état optique de transition est lié à la commutation du vidéoprojecteur 22, en particulier de cellules à cristaux liquides internes. Cet état optique de transition a une durée typiquement comprise entre 1 ms et 4ms. Le vidéoprojecteur 22 comprend avantageusement une interface de sortie 25, configurée pour délivrer un signal de synchronisation indiquant la 10 commutation du vidéoprojecteur 22. Cette interface 25 est, par exemple, un connecteur électrique. Le modulateur de polarisation 24 est placé à la sortie du vidéoprojecteur 22 de sorte à recevoir le flux lumineux 23 produit par le vidéoprojecteur 22. Ce modulateur 24 est ici configuré pour appliquer aux deux sous séquences 15 d'images des polarisations optiques de directions mutuellement orthogonales. Par exemple, le modulateur 24 est un modulateur de polarisation optique à cristaux liquides, bien connu de l'homme de métier. L'écran 26 est destiné à recevoir le flux lumineux 23 produit par le vidéoprojecteur 22. Cet écran 26 est optiquement réfléchissant et conserve la 20 polarisation optique des images projetées. L'obturateur 28 est placé en sortie du vidéoprojecteur 22, de façon à recevoir le flux lumineux 23 produit par le vidéoprojecteur 22. L'obturateur 28 est configuré pour être dans un état optiquement bloquant lors des états optiques de transition, et seulement pendant ces états optiques de transition. Par 25 optiquement bloquant, on entend que la transmission optique est inférieure à 10%. Ainsi, le flux lumineux 23 produit par le vidéoprojecteur 22 est bloqué pendant les états optiques de transition dudit vidéoprojecteur 22. Le nombre d'artefacts visuels liés à cette commutation et perçus par un utilisateur des lunettes 52 est ainsi réduit. 30 L'obturateur 28 comprend une cellule à cristaux liquides 40, illustrée à la figure 2. La cellule 40 contient une couche 41 de cristaux liquides intercalée entre deux électrodes 43, 45. La distance entre ces électrodes 43, 45 est avantageusement au moins égale à 1pm et, de préférence au moins égale à 2pm. Cette distance est avantageusement au plus égale à 10pm. 35 Les cristaux liquides 41 sont ici des cristaux liquides nématiques hélicoïdaux (en langue anglaise, « twisted-nematic liquid cristals »), par exemple, les cristaux liquides commercialisés par la société Merck KGaA, sous la référence MDA-7030. Un tel cristal liquide peut être combiné à un frottement anti-parallèle des substrats des électrodes 43 et 45. 40 Dans cet exemple, illustré à la figure 3, l'obturateur 28 comprend également avantageusement deux polariseurs linéaires 42, 44 dont les 2 9 8 7 2 1 1 6 directions de polarisation optique sont mutuellement orthogonales, la cellule 40 étant directement intercalée entre ces deux polariseurs linéaires 42, 44. Une telle configuration garantit une meilleure extinction durant l'état optique bloquant. Le polariseur 42 est placé en amont du polariseur 44, par rapport au 5 sens de propagation du flux lumineux. Le polariseur 42 est disposé de sorte que sa direction de polarisation optique est parallèle avec la direction de polarisation de la lumière émise par le vidéoprojecteur 22. On considère ici que toutes les composantes chromatiques du flux lumineux 23 émis par le vidéoprojecteur 22 possèdent globalement une même polarisation optique. Ici, l'obturateur 28 est placé directement en amont du modulateur 24 et est avantageusement collé sur une surface d'entrée du modulateur 24. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'ajouter un polariseur en entrée du modulateur 24. La cellule 40 est avantageusement disposée de telle sorte que l'angle entre l'axe de polarisation du polariseur 42 et la direction d'alignement des 15 molécules des cristaux liquides nématiques hélicoïdaux mesurée sur la surface de la cellule 40 adjacente au polariseur 42 soit égal à 45°. Le dispositif de contrôle 30, illustré à la figure 4, comprend : -une interface de réception 32 d'un signal de synchronisation ; -une interface de sortie 36 d'un signal de commande sur l'obturateur ; 20 -un calculateur 34. L'interface de réception 32 est ici reliée directement à l'interface de sortie 25 du vidéoprojecteur 22. Le calculateur 34 est configuré pour délivrer, sur l'interface de sortie 36, un signal de commande commutant l'obturateur 28 entre un état optiquement 25 passant et un état optiquement bloquant lorsque le signal de synchronisation, reçu sur l'interface 32, indique une commutation du vidéoprojecteur 22. Ce signal de commande est, par exemple, une différence de potentiel électrique appliquée entre les deux électrodes 43, 45 de la cellule 40. Le calculateur 34 est, avantageusement, également configuré pour 30 délivrer un second signal de commande configuré pour commuter l'obturateur de l'état optiquement bloquant vers l'état optiquement passant, au bout d'un délai prédéfini après avoir délivré un signal de commande commutant l'obturateur entre un état optiquement passant et un état optiquement bloquant. Ce délai prédéfini est supérieur ou égal à la durée de l'état optique de transition 35 du vidéoprojecteur 22. Ce délai est ici supérieur ou égal à 1 ms. De façon connue, le dispositif 30 peut également comprendre une interface de sortie 37 d'un signal de commande du modulateur 24. De façon connue, les lunettes stéréoscopiques passives 52 peuvent comprendre deux polariseurs optiques linéaires de directions de polarisation 40 mutuellement orthogonales. Ces directions sont alignées avec les directions de polarisation conférées au flux lumineux par le modulateur 24. Un exemple de fonctionnement de l'afficheur 20 va maintenant être décrit, en référence au procédé d'affichage d'images stéréoscopiques de la figure 6 et à l'aide de la figure 5. Lors d'une étape 2, le vidéoprojecteur 22 produit un flux lumineux 23 5 comprenant une séquence d'images stéréoscopiques IMG. Cette séquence IMG comprend deux sous séquences d'images multiplexées temporellement. L'une de ces sous séquences d'images OD est destinée à être visionnée par un oeil droit d'un utilisateur des lunettes 52, l'autre de ces sous séquences d'images OG est destinée à être visionnée par un oeil gauche dudit utilisateur. Deux 10 images OD, OG consécutives de la séquence IMG sont séparées par un état optique de transition 60, lié à la commutation du vidéoprojecteur 22. Par commutation du vidéoprojecteur 22, on entend ici l'instant où le vidéoprojecteur 22 alterne entre les deux sous séquences d'images OD, OG. Le vidéoprojecteur 22 commute ici à une fréquence de 144Hz. 15 Avantageusement, lors d'une étape 10, le vidéoprojecteur 22 émet un signal de synchronisation SYNC sur l'interface 25. Ce signal SYNC est synchronisé avec la commutation du vidéoprojecteur 22 entre les deux sous séquences d'images OD, OG. Ici, le signal SYNC est une tension électrique. Ce signal SYNC peut prendre une première valeur 61 ou une seconde valeur 62. 20 Par exemple, la première valeur 61 de tension est nulle ; la seconde valeur 62 est comprise entre 1V et 50V. La commutation de la sous séquence d'images OD vers OG est par exemple indiquée par un front montant 63 du signal SYNC de la première valeur 61 vers la seconde valeur 62. La commutation de la sous séquence d'images OG vers OD est par exemple indiquée par un front 25 descendant 64 du signal SYNC de la seconde valeur 62 vers la première valeur 61. Ce signal SYNC est délivré sur l'interface d'entrée 32 du contrôleur 30. Lors d'une étape 4, le flux lumineux 23 produit par le projecteur 22 est polarisé par le modulateur 24, pour que les deux sous séquences d'images présentent des polarisations optiques de directions mutuellement orthogonales. 30 Ici, des première et seconde directions de polarisation, mutuellement orthogonales, sont respectivement appliquées aux images OD et OG. De façon connue, le modulateur peut être synchronisé par l'intermédiaire du dispositif 30 grâce au signal SYNC. Avantageusement, au cours d'une étape 12, le calculateur 34 du 35 dispositif de contrôle délivre un signal de commande CMD lorsque le signal SYNC indique une commutation. Ici, le signal CMD est une tension électrique. Ce signal CMD peut prendre une première valeur 71 ou une seconde valeur 72. Par exemple, la première valeur 71 de tension est nulle ; la seconde valeur 72 est comprise entre 1V et 50V. Ici, ce signal CMD est délivré par le calculateur 34 40 sur l'interface de sortie 36, et est appliqué entre les électrodes 43, 45. Lors d'une étape 8, l'obturateur 28 obture le flux lumineux 23, en commutant d'un état optiquement passant vers un état optiquement bloquant. Ici, la commutation de l'obturateur 28 vers l'état optiquement bloquant est réalisée en appliquant le signal CMD à la seconde valeur 72 sur les électrodes 41, 43 de la cellule 40, de sorte à appliquer un champ électrique dans une direction transverse à la couche de cristaux liquides 41. En présence d'un tel champ électrique, l'obturateur 28 est dans un état optiquement bloquant. L'obturateur 28 est maintenu dans l'état optiquement bloquant pendant toute la durée de l'état optique de transition 60. A cet effet, la commutation de l'obturateur 28 vers l'état optiquement passant par le calculateur 34 n'intervient qu'au terme d'une durée d prédéfinie après la commutation de l'obturateur 28 dans l'état optiquement bloquant. Cette durée d est supérieure ou égale à la durée de l'état optique de transition 60 du vidéoprojecteur 22. L'état optiquement bloquant peut avoir une durée d au moins égale à 105% de la durée de l'état de transition 60, de préférence au plus égale à 120%. Cette commutation est par exemple commandée par le calculateur 34 en appliquant la première valeur 71 du signal CMD. Lors d'une étape 6, le flux lumineux 23 est projeté sur l'écran 26 après avoir traversé le modulateur 24 et l'obturateur 28. La séquence d'images 20 stéréoscopiques IMG peut être visionnée par un utilisateur muni des lunettes 52. De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. De façon connue, le flux lumineux 23 produit par le vidéoprojecteur 22 peut être décomposé en trois composants chromatiques correspondant aux 25 couleurs primaires. Du fait du fonctionnement interne du vidéoprojecteur 22, ces couleurs primaires peuvent présenter des polarisations optiques différentes. Par exemple, au moins deux couleurs primaires peuvent posséder des polarisations linéaires mutuellement orthogonales. Dans ce cas, il est possible d'utiliser une lame retard permettant de tourner la polarisation d'une des couleurs primaires 30 de 90°. Par exemple, la lame retard commercialisée par la société Advisol, sous la référence Spar-C-50, permet de tourner la polarisation du vert de 90° sans modifier celle du bleu et du rouge. Si, à la sortie du projecteur, la polarisation du vert est orthogonale à celle du bleu et du rouge (cas de figure le plus courant), les trois couleurs primaires auront la même orientation de polarisation à la sortie 35 de la lame retard. Les signaux de synchronisation SYNC et de commande CMD peuvent prendre une forme différente de celle détaillée auparavant. En variante, le modulateur 24 comprend une lame quart d'onde, placée 40 en sortie du modulateur 24. Ainsi, la polarisation linéaire du flux lumineux projeté sur l'écran 26 est convertie en une polarisation circulaire. Les images 2 9 8 72 1 1 9 stéréoscopiques affichées présentent alors des polarisations circulaires de sens opposés. Les polariseurs linéaires mutuellement orthogonaux des lunettes 52 sont remplacés par des polariseurs circulaires de sens opposés permettant la visualisation de ces images stéréoscopiques. En utilisant des polarisations 5 circulaires plutôt que linéaires, un utilisateur de lunettes 52 peut incliner sa tête sans que les images stéréoscopiques visionnées ne présentent une diminution significative de contraste. L'obturateur 28 peut être placé en sortie du modulateur 24. Dans le cas où le modulateur 24 comprend une lame quart d'onde, cette lame quart d'onde 10 est déplacée en sortie de l'obturateur 28. L'obturateur 28 peut comprendre plus d'une cellule 40 ; lesdites cellules sont directement jointes les unes aux autres et sont alignées en série. Dans un autre mode de réalisation, l'obturateur 28 comprend un obturateur 46 à cristaux liquides cholestériques. Les polariseurs 42,44 ne sont 15 alors pas inclus, comme illustré à la figure 7. L'obturateur 46 est, par exemple, l'obturateur décrit dans la demande de brevet FR1159187. En variante, la cellule 40 est un dispositif optique connu par l'homme de métier sous le terme de cellule à cristaux liquides ECB (« electrically-controlled birefringence » en langue anglaise), ou OCB (« optically-compensated bend » en langue anglaise), ou à mode de surface (« surface mode device liquid crystal » en langue anglaise), ou PSCT (« polymer-stabilized cholesterictextured liquid crystal » en langue anglaise), ou PDLC (« polymer-dispersed liquid crystal » en langue anglaise), ou le dispositif connu sous le nom « pi-cell » en langue anglaise, ou encore une cellule ferroélectrique, ou une cellule anti- ferroélectrique, ou toute combinaison de ces dispositifs.