Brevet FR3092674A1 — publié le 20200814

Description Titre de l'invention : Ensemble constitué d'un réseau bidi- mensionnel de dispositifs micro-optiques et d'un réseau de micro- images, procédé pour sa fabrication, et document de sécurité le comportant Domaine technique [0001] La présente invention est relative à un ensemble constitué d'un réseau bidi- mensionnel de dispositifs micro-optiques tels que des microlentilles et d'un réseau de micro-images constitué au plus d'autant de micro-images que de dispositifs micro-optiques. Elle se rapporte également à un procédé pour sa fabrication, ainsi qu'à un document de sécurité qui le comporte. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION [0002] L'invention décrite ici s'intéresse aux mouvements d'objets observables via un système de visualisation multi-stéréoscopique. [0003] La multi-stéréoscopie a été inventée par G. Lippman en 1908 et développée par le photographe M. Bonnet. Sous chaque microlentille, des paires d'imagettes sont positionnées dans le plan focal. Chaque imagctte constitue un élément (partie) d'une image. Grâce à la fonction de sélection d'angles des lentilles, chacune des images est donc vue selon une direction différente. C'est le mouvement de parallaxe de l'observateur qui permet de voir successivement des images différentes. [0004] Ainsi, les dispositifs multi-stéréoscopiques sont donc capables de générer un mouvement d'objet. Dc plus, la hinocularité peut également être exploitée dans de tels dispositifs afin de restituer une scène en relief en faisant intervenir des variations de disparités binoculaires. De nombreux dispositifs multiscopiques ont été décrits, notamment dans les documents de brevets suivants : EP 3042238, EP2399159, US6483644 et EP2841284. [0005] La présente invention a pour but de perfectionner les dispositifs qui y sont décrits et plus particulièrement de proposer un dispositif qui permet d'obtenir des effets visuels encore plus élaborés. [0006] Ce faisant, cela permet non seulement de retenir encore plus l'attention de l'utilisateur/acheteur, mais également de rendre la reproduction non autorisée particulièrement difficile. Résumé de l'invention [0007] Ainsi, un premier aspect de l'invention se rapporte à un ensemble constitué : [0008] d'un réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques tels que des microlentillcs ; 2 [0009] et d'un réseau de micro-images constitué au plus d'autant de micro-images que de dispositifs micro-optiques, [0010] chaque micro-images étant subdivisée en N imagettes disposées de manière à re- constituer, pour un observateur et au travers dudit réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques, N images visibles selon N points de vue différents, c'est à dire N angles de restitution, chacune de ces N images représentant un point de vue de référence ou d'enregistrement d'une même scène en relief constituée d'au moins un objet mobile, [0011] caractérisé par le fait que les imagettcs constitutives d'un même objet au sein desdites N images sont réparties au sein dudit réseau de micro-images de telle sorte qu'elles apparaissent, suivant l'angle de restitution, à travers différents dispositifs micro-optiques en décrivant la trajectoire de la projection dudit objet sur le plan du réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques par rapport au point de vue de référence, [0012] de telle sorte que, lorsqu'un observateur effectue un mouvement de parallaxe, c'est-à-dire un changement d'angle de restitution, ledit objet apparaisse dans le plan du réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques en vision monoculaire ainsi que dans le volume en vision binoculaire, en se déplaçant, dans les deux cas, de façon non monotone même lorsque le mouvement de parallaxe est à vitesse angulaire constante, [0013] et de telle sorte que, si au moins un deuxième objet est présent dans la scène et que la trajectoire de sa projection sur le plan du réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques pat- rapport au point de vue de référence possède une vitesse, lors d'un mouvement de parallaxe dudit observateur, non identique à celle associée à la trajectoire de la projection du premier objet, le mouvement relatif dans le volume entre ces deux objets soit nécessairement non monotone. [0014] Selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de cet ensemble : [0015] - lesdits dispositifs micro-optiques sont choisis parmi les lentilles rétractives et les lentilles de Fresnel ; [0016] - ledit réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques est conformé selon un ar- rangement orthogonal ou hexagonal ; [0017] - une première direction, appelée direction verticale, qui s'étend dans le plan dans lequel est contenu ledit réseau bidimensionnel est la direction selon laquelle est restitué le déplacement dudit au moins un objet mobile, tandis qu'une deuxième direction, appelée direction horizontale, perpendiculaire à ladite première direction et dans le plan dans lequel est contenu ledit réseau bidimensionnel, est la direction selon laquelle est restituée la vision binoculaire ; [0018] - les points de vue de référence ou d'enregistrement sont choisis de telle manière qu'ils présentent soit un pas régulier, soit un pas non régulier de manière à créer une 3 non-uniformité dans le mouvement de parallaxe ; [0019] - ledit point de vue de référence est immobile lorsque la scène est en mouvement, c'est-à-dire qu'il est immobile dans la direction verticale ; [0020] - ledit réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques et ledit réseau de micro- images sont portés par un même support ; [0021] - ledit réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques et ledit réseau de micro- images sont portés par des supports différents ; [0022] - l'image reconstituée par la combinaison des imagettes de chaque subdivision, vue selon au moins un angle d'observation prédéterminé, constitue une information reconnaissable ou présente un effet visuel reconnaissable ; et [0023] - ledit réseau bidimensionnel de micro-images est généré par un dispositif d'affichage tel qu'un écran d'outil numérique, nomade ou non. [0024] Un autre aspect de l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un ensemble selon l'une ou l'autre des caractéristiques précédentes. Il est remarquable en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à : [0025] - réaliser l'enregistrement de ladite scène, notamment à l'aide de moyens infor- matiques ; [0026] - réaliser l'impression desdites imagettes sur une première face d'un support, de manière à constituer ledit réseau de micro-images ; [0027] - disposer ledit réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques au niveau de la face dudit support qui est opposée à ladite première face ; [0028] ledit support étant transparent et présentant une épaisseur égale à la distance focale desdits dispositifs micro-optiques. [0029] Enfin, un dernier aspect de l'invention se rapporte à un document de sécurité, tel qu'un billet de banque, caractérisé par le fait qu'au moins l'une de ses faces opposées porte au moins un réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques de l'ensemble selon l'une des caractéristiques précédentes. [0030] Selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de de ce document de sécurité : [0031] - ledit réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques s'étend au-dessus d'une impression portée par l'une desdites faces opposées, cette impression constituant le réseau bidimensionnel de micro-images dudit ensemble cité précédemment ; [0032] - ledit réseau bidimensionnel de dispositifs micro-optiques s'étend au travers d'une fenêtre qui débouche sur lesdites faces opposées et il comporte une impression constituant le réseau bidimensionnel de micro-images dudit ensemble cité précédemment, cette fenêtre et cette impression étant disposées l'une par rapport à l'autre de manière à pouvoir les superposer au moins momentanément ; [0033] - ladite impression est constituée d'au moins une encre choisie dans le groupe constitué par les encres suivantes : encre visible noire, de couleur, matte, brillante, à effet iridescent, métallique, optiquement variable, invisible mais visible sous rayonnement ultraviolet (fluorescence ou phosphorescence) ou visible sous rayonnement infrarouge ; [0034] - ledit réseau de dispositifs micro-optiques est revêtu d'une couche de vernis transparent, de sorte que sa surface supérieure est plane. Brève description des dessins [0035] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférés de l'invention. Cette description est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0036[ [fig.1] est un schéma destiné à illustrer le principe de la multiscopie ; [0037] [fig.2] est un schéma qui illustre le fait que des scènes en relief peuvent être générées par multiscopie ; [0038[ [fig.3] est un schéma qui illustre le fait que la multiscopie permet de générer des mouvements dans le volume ; [0039] [fig.4] est une première figure destinée à expliquer comment on enregistre des images d'une scène, conformément à l'invention ; [0040[ [fig.5] est une deuxième figure destinée à expliquer comment on enregistre des images d'une scène, conformément à l'invention ; [0041[ [fig.6] est une troisième figure destinée à expliquer comment on enregistre des images d'une scène, conformément à l'invention ; [0042[ [fig.7] est une première figure destinée à expliquer comment on restitue des images enregistrées auparavant, au travers de microlentilles, conformément à l'invention ; [0043[ [fig.8] est une deuxième figure destinée à expliquer comment on restitue des images enregistrées auparavant, au travers de microlentilles, conformément à l'invention ; [0044[ [fig.91 est une troisième figure destinée à expliquer comment on restitue des images, enregistrées auparavant, au travers de microlentilles, conformément à l'invention ; [0045[ [fig.10] est un schéma illustratif de la projection dans un plan d'un objet dans l'espace [0046] [fig.11] est un schéma analogue au précédent, se rapportant à deux objets qui se déplacent; [0047] [fig.12] est un premier schéma illustrant le procédé selon l'invention ; [0048] [fig.13] est un deuxième schéma illustrant le procédé selon l'invention ; [0049] [fig.14] est un troisième schéma illustrant le procédé selon l'invention ; [0050] [fig.15] est un quatrième schéma illustrant le procédé selon l'invention ; [0051] [fig.16] est un cinquième schéma illustrant le procédé selon l'invention ; [0052] [fig.17] est un schéma montrant un billet de banque vu de dessus, et dont l'une des faces porte un ensemble selon la présente invention ; [0053] [fig.18[ est une vue très schématique, en coupe, de l'ensemble de la figure précédente [0054] [fig.19] est une vue analogue à la figure 18 d'une première variante de réalisation ; [0055] [fig.20] est une vue analogue à la figure 18 d'une deuxième variante de réalisation ; [0056] [fig.21] est une vue analogue à la figure 17, le billet étant pourvu d'une fenêtre transparente qui porte seulement un réseau de lentilles dudit ensemble, cette figure présentant également un téléphone sur l'écran duquel on peut afficher un réseau de micro-images ; [0057] [fig.22] représente un billet qui comporte, dans une première région, une fenêtre transparente qui porte seulement un réseau de lentilles dudit ensemble et, dans une seconde région, une impression d'un réseau de micro-images. Description des modes de réalisation [0058] Dans l'ensemble de la description qui suit, y compris dans les dessins, des références identiques utilisées en référence à des figures différentes désignent des éléments identiques ou similaires. [0059] Dans l'ensemble de la présente demande, on entend par l'expression « objet mobile », la représentation d'au moins une entité quelconque, tel qu'un objet, une personne, un symbole, etc. [0060] 1/ La multiscopie peut générer des mouvements d'objets [0061] En se concentrant dans un premier temps, sur le cas d'une vision monoculaire, l'observateur change son point de vue par rapport au dispositif grâce au mouvement de parallaxe. Il voit donc une succession d'images et donc une possibilité de reconstruire un mouvement. [0062] La Figure 1 représente une telle situation. Lors du mouvement de parallaxe, pour EO d'un observateur, un objet 10 porté par un dispositif multiscopique 1 et matérialisé ici par une croix à l'intérieur d'un carré, apparaît, dans chaque image, à une position différente, ce qui crée une sensation visuelle de mouvement. Sur cette figure, la double flèche ''a "représente le mouvement, supposé monotone (c'est à dire à vitesse constante) du dispositif 1 par rapport à l'observateur, tandis que la double flèche "h " illustre le mouvement de l'objet 10 au sein du dispositif 1. [0063] 2/ La multiscopie peut générer des scènes en relief [0064] Dans le monde réel, l'observateur regarde le dispositif avec ses deux yeux. [0065] Donc, en considérant désormais le cas binoculaire, les deux yeux OG et OD d'un ob- servateur étant distants de la distance interoculaire IPD, leurs points de vue sont différents et donc, ils perçoivent chacun une image différente. Le cerveau fusionne ces deux images, créant ainsi la sensation de profondeur. 6 [0066] Ainsi, à la figure 2, six lentilles ML sont représentées avec, pour chacune, une paire d'imagettes MI placées au-dessous. L'oeil gauche OG voit toutes les imagettes de droite et l'oeil droit OD voit toutes celles de gauche. L'image finale vue par l'observateur est formée de trois points A, B et C. Ces points sont vus dans des plans de relief PRI, PR2 et PR3 différents car les imagettes MI qui les composent ont des espacements différents. [0067] Il est clair que la direction reliant les deux yeux (et appelée ici direction horizontale) permet une disparité binoculaire plus importante que la direction verticale. C'est cette direction horizontale qui est donc privilégiée, conformément à la présente invention, pour créer le relief. Ainsi, le changement d'image lors du mouvement de parallaxe horizontal fera apparaitre un mouvement de parallaxe de la scène en relief. [0068] 3/ La multiscopic peut générer des mouvements dans le volume [0069] Il est intéressant d'utiliser les deux résultats précédents afin de créer un mouvement dans le volume. On combine pour cela l'effet dû à la hinocularité ainsi que celui dû au mouvement de parallaxe vertical. [0070] La Figure 3 illustre le mouvement de l'objet A perçu dans le relief résultant du mouvement de parallaxe de l'observateur. [0071] Sur cette figure, les flèches "c" représentent le mouvement de parallaxe des yeux droit et gauche OD et OG. [0072] Du fait du mouvement de parallaxe et de la hinocularité, l'objet A semble s'éloigner de l'observateur, ce qui est symbolisé par la flèche MO. [0073] Etant donné que la direction horizontale convient davantage à la création de relief, on consacre, de préférence, la direction verticale (et donc le mouvement de parallaxe verticale de l'observateur) aux trajectoires d'objets. [0074] Afin de connaître les caractéristiques du mouvement d'un objet dans le volume et de pouvoir le décrire de façon non-monotone à partir d'un système multi-stéréoscopique, il convient d'établir le lien entre l'objet dans l'espace et sa projection dans le plan du dispositif. [0075] C'est ce qui est détaillé ci-après. [0076] 4/ Lien entre objet dans l'espace et sa projection dans le plan du dispositif multi- scopique [0077] Pour simplifier les équations mises en oeuvre, on approxime l'objet à un point. La re- production d'un mouvement dans l'espace avec des microlentilles est possible en plaçant les projections de l'objet sur le plan des microlentilles. On considère donc un point de l'espace dont la trajectoire est décrite par les équations suivantes : [0078] EQ1 : [0079] 7 [Math .1] (x(1), y(t) [0080] La vitesse de l'objet peut être déduite : [0081] EQ2 : [0082] [Math.2] [0083] ainsi que son accélération : [0084] EQ3 : [0085] [Math.3] 100861 4.1/ Enregistrement dans un plan 100871 On introduit également un point de vue virtuel (c'est à dire un point de vue de référence servant à créer les images) et se déplaçant selon les équations: 100881 EQ4: 100891 IMath.4I X(t), Y(t), Z(t» [0090] et permettant d'obtenir une projection de l'objet sur le plan du dispositif pour chaque instant t: [0091] EQ5: [0092] [Math.5] [0093] C'est l'étape d'enregistrement des images. Les figures 4 à 6 se rapportent respec- tivement à trois exemples d'enregistrements d'images. [0094] Dans le premier exemple de la figure 4, l'objet A sc déplace dans l'espace selon un mouvement MO tandis que le point de vue de référence (caméra CP1 immobile en position 1). Les projections des images sur un plan d'enregistrement PE ont respectivement les coordonnées (x1,11, y,') et (x,'12, y,'). [0095] Dans le deuxième exemple de la figure 5, c'est l'inverse. En effet, l'objet A est immobile alors que le point de vue de référence se déplace (caméra passant d'une position CP1 à CP2). Les projections des images sur le plan d'enregistrement PE ont respectivement les coordonnées (xp21, yp) et (xpll, yp). [0096] Enfin, la situation de la figure 6 est une généralisation des exemples précédents dans laquelle l'objet et le point de vue de référence bougent simultanément. Bien entendu, ces exemples sont des cas particuliers où y,' est constant. 8 [0097] 4.2/ Restitution du mouvement [0098] Une fois enregistrées, les images sont découpées en imagettes qui sont entrelacées et placées sous des microlentilles. [0099] Par le terme "entrelacées", on entend dans l'ensemble de la présente demande que les imagettes placées sous une même lentille sont des parties d'images d'une même scene, niais résultant de points de vue différents. [0100] Toutes les imagettes d'une même image occuperont une place bien précise sous les microlentilles de sorte à ce qu'elles soient toutes vues par l'observateur pour l'angle de vue souhaité (appelé aussi angle de vue de restitution). [0101] Cc point de vue de restitution n'est pas nécessairement lié au point de vue de référence puisqu'il dépend de la position des imagettes sous les lentilles. Autrement dit, le point de vue de référence est uniquement utilisé pour la construction des images. [0102] Les figures 7 à 9 représentent une possibilité de restitution des images enregistrées précédemment, c'est à dire qui correspondent respectivement aux situations de figures 4 à 6 discutées plus haut. [0103] Dans ces figures, les références PDV assorties d'un chiffre désignent des points de vue différents et successifs, tandis que les références MI1 à M14 désignent les imagettes correspondantes, intégrées au réseau de micro-lentilles ML. [0104] Dans ce qui suit, on ne considérera que le cas continu, ce qui signifie qu'on considère que les trajectoires de l'objet dans l'espace et de sa projection dans le plan sont continues (le pavage, c'est à dire l'agencement des lentilles les unes par rapport aux autres, ainsi que leur forme, leur taille et le nombre limité d'imagettes à placer sous chaque lentille ne sont pas pris en compte). [0105] 4.3 /Lien entre objet et sa projection [0106] Dans les conditions précitées (c'est à dire objet ponctuel et cas continu), on peut alors exprimer les équations (le mouvement de la projection d'un objet en fonction des équations de son mouvement dans l'espace et du mouvement du point de vue de référence. [0107] Ces équations s'obtiennent géométriquement comme le montre la Figure 10 où PDV, correspond à la position du point de vue à l'instant t, tandis que A, correspond à la position du point A à l'instant t. [0108] EQ6 : [0109] 9 [Math.6] [0110] Equations dans lesquelles : [0111] - xpfflet yp(t) désignent respectivement l'expression du mouvement de la projection de l'objet A selon les axes x et y ; [0112] - X(t), Y(t) et Z(t) sont les coordonnées du point de vue PDV au temps t [0113] - x(t), y(t) et .z(t) sont les coordonnées du point A au temps t. [0114] La vitesse et l'accélération dans le plan de projection PP se déduisent facilement par dérivation. [0115] On a vu précédemment que le mouvement apparaissait pour un mouvement de parallaxe verticale (la tête se déplace de haut en bas et réciproquement). [0116] Cependant, le mouvement apparent de l'objet A pourrait être perturbé par le mouvement du point de vue de référence et créer une ambiguïté. Afin d'éviter toute confusion, on suppose alors que le point de vue de référence est immobile lorsque l'objet est en mouvement. A l'inverse, pour l'effet de mouvement de parallaxe, on suppose que l'objet est immobile tandis que le point de vue de référence se déplace. C'est pourquoi, dans ce qui suit, on considère que les expressions des projections sont uniquement fonctions (u et u') des coordonnées de l'objet dans l'espace : [0117] EQ7: [0118] [Math.7] (xp(t) = i.tfx.(t), 31p(t) = lebi(t).z(t) [0119] 5/ Conditions pour des mouvements non monotones : [0120] Plus précisément, on cherche à créer des mouvements non-monotones dans le plan qui traduisent aussi des mouvements non-monotones dans l'espace. [0121] 5.1/ Pour un seul objet [0122] Dans le cas où il n'y a qu'un seul objet en mouvement, on souhaite donc que la norme du vecteur vitesse de la projection vp soit non constante (condition cl) et que la norme du vecteur vitesse dans l'espace soit également non constante (condition c2). Ces conditions peuvent s'écrire comme suit. [0123] Il existe au moins un instant / tel que : [01 24] EQ8 : [0125] [Math.8] 101261 c'est à dire 101271 EQ9: 101281 IMath.91 [0129] La norme de la vitesse de projection est forcément non-nulle (vp # 0), sinon il n'y aurait pas de mouvement. Par conséquent, la condition cl s'écrit: [0130] EQ10: [0131] [Math .10] [0132] De même, en considérant la norme de la vitesse dans l'espace, on doit avoir : [0133] EQ11: [0134] [Math.11] [0135] Et donc, la deuxième condition c2 s'écrit : [0136] EQ12: [0137] [Math.121 dl' art [0138] Les deux conditions peuvent être couplées puisque x1, et y sont le résultat de la projection des points de coordonnées (x,y,z). [0139] Premièrement, si on a uniquement accès au mouvement de l'objet dans l'espace et que l'on souhaite que ce mouvement satisfasse les conditions exposées plus haut, il faut que ces composantes vérifient le système d'équations suivant : [0140] EQ13 : 101411 11 [Math.13] [0142] Deuxièmement, si on a uniquement accès au mouvement dans le plan de projection, les composantes de la projection doivent vérifier le système : [0143] EQ14 : [0144] [Math.14] [0145] avec w et w' deux fonctions telles que : [0146] EQ15 : [0147] [Math.15] tz(t)z(t) 0 Z - z z() z(t) [0148] Notons qu'une projection est une fonction surjective. C'est pourquoi on a quand même besoin de choisir une fonction z(0 (position longitudinale de l'objet dans l'espace) pour pouvoir coder le mouvement souhaité directement dans le plan. [0149] 5.2/ Pour au moins deux objets [0150] De plus, afin de rendre plus perceptible le mouvement non-monotone, on peut considérer un deuxième objet (ou plus) satisfaisant les conditions suivantes. [0151] Les vitesses de projection des deux objets doivent être différentes (condition c3) et leurs vitesses dans l'espace doivent également être différentes (condition c4). Ces conditions se traduisent de la manière suivante: [0152] Tl existe au moins un instant l tel que c3 : [0153] EQ16 : [0154] [Math.16] [0155] et c4 : [0156] EQ17 : [0157] [Math.17] 12 ) 7±' "1*; (e) [0158] Les deux dernières conditions peuvent être couplées. Soit en considérant le mouvement dans l'espace : [0159] EQ18 : [0160] [Math.18] [0161] ou, en considérant le mouvement de la projection : [0162] EQ19 : [0163] [Math.19] 2() z3tyn-fit;>-(/).2 101641 5.3/ Illustrations 101651 On peut maintenant illustrer quelques cas dans lesquels les deux conditions sont vérifiées ou bien seulement une d'entre elles, En effet, le fait que la condition cl (respectivement c3) soit remplie n'implique pas nécessairement que la condition c2 (respectivement c4) le soit, étant donné qu'une projection est surjective. 101661 Considérons l'exemple suivant : deux points distincts de l'espace (zA # zB) ayant la même vitesse : 101671 EQ20 : 101681 1Math.201 ta - ,0) [0169] et supposons un point de vue de référence statique pour les raisons mentionnées pré- cédemment. [0170] Leurs projections ont cependant des vitesses différentes : [0171] EQ21 : [0172] [Math.21] `-(y,(t)-z.,(t)) za(t)) ve(0 (t)) [0173] et [0174] [Math.22] r (t) z *p3(t) [0175] Les normes de leurs vitesses sont forcément différentes puisque (LÀ # LB). Ainsi, la condition c3 seulement est vérifiée. Ce résultat peut aussi se déduire géométriquement. [0176] Ainsi, en considérant la figure 11, A et B sont deux objets de l'espace et leurs tra- jectoires parcourent la même distance 11 . Et donc, pour un intervalle de temps At, la norme de chacune de leurs vitesses est égale à 1 /At. Cependant, leurs trajectoires dans le plan du dispositif D (relativement à un point de vue de référence PDV) parcourent des distances différentes : 1 2 > l 3 . [0177] Par conséquent, leurs vitesses de projections sont aussi différentes : 1 2 /At > 13 /At. [0178] 11 est maintenant aisé d'illustrer le cas où les deux conditions sont vérifiées avec un exemple similaire. Considérons par exemple que le point B se déplace selon une distance l' I