FR2503389A1 - Appareil d'affichage d'images virtuelles - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL D'AFFICHAGE D'IMAGES VIRTUELLES. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL DANS LEQUEL UN SEGMENT 14 DE MIROIR SPHERIQUE CONCAVE A UN AXE OPTIQUE 16A DE FOYER 16B. SELON L'INVENTION, UNE SOURCE 11 D'IMAGE A UNE FACE 30 D'AFFICHAGE QUI EST PERPENDICULAIRE A L'AXE 16A MAIS QUI EST PLACEE SUR LE COTE DE CET AXE. UN OBSERVATEUR 29 VOIT UNE IMAGE VIRTUELLE 16C QUI PEUT ETRE AGRANDIE, SUIVANT LA DISTANCE SEPARANT LA SOURCE D'IMAGE 11 DU FOYER 16B. APPLICATION AUX PANNEAUX D'AFFICHAGE DES GARES FERROVIAIRES ET AEROGARES.

Description

La présente invention concerne un appareil d'affichage d'images virtuelles.

Plus précisément, elle concerne un appareil d'affichage d'informations alphanumériques et graphiques avec agrandissement. Ce dispositif est utile comme panneau d'affichage publicitaire, comme dispositif de remise en mémoire, comme dispositif d'affichage de télévision en circuit fermé ou comme projecteur photographique. On peut aussi l'utiliser à la place d'un autre appareil couramment utilisé pour la formation d'images de textes et d'illustrations.

On a déjà formé des affichages visibles par projection d'une image, appelée "image réelle" sur un écran. Comme l'image est formée sur la surface de l'écran, la dimension est limitée à celle de l'écran lui-même. Cette image réelle apparait rapetissée et en conséquence plus difficilement visible, lorsque la distance séparant l'observateur augmente.

Les images réelles projetées sur un écran sont aussi dégradées par la lumière ambiante.

Lorsqu'une information visuelle est formée afin qu'elle assure une remise en mémoire, l'écran doit présenter suffisamment de mots pour qu'un acteur puisse lire confortablement le texte. L'utilisation de caractères suffisamment grands pour pouvoir être lus à distance et cependant présentés sur les petits écrans des tubes à rayons cathodiques couramment utilisés, est souvent difficile. En outre, les dispositifs actuels d'affichage ne permettent pas un agrandissement facile.

Les compagnies de navigation aérienne utilisent aussi des systèmes de télévision en circuit fermé dans les aérogares afin de faire connaître les informations de vol aux passagers. Ces écrans doivent aussi présenter tellement d'informations sur une petite surface que leur lecture à distance est difficile.

L'invention remédie à de nombreux inconvénients des dispositifs connus par utilisation d'un affichage agrandi d'images virtuelles. L'image virtuelle créée par un miroir concave peut être beaucoup plus facilement protégée contre la lumière ambiante que les affichages sous forme d'images réelles. Contrairement aux dispositifs connus ayant des miroirs plans, l'appareil de projection d'images virtuelles courbes permet l'agrandissement de l'affichage si bien que celui-ci peut être lu à distance. Le grandissement peut varier facilement le cas échéant.

L'invention concerne aussi un dispositif permettant l'observation d'informations devant une caméra de prise de vues photographiques ou de télévision, à titre de remise en mémoire. Dans ce mode de réalisation, l'appareil d'affichage d'images virtuelles présente un texte à un acteur qui peut le lire dans un studio de prise de vues, tout en regardant directement l'appareil de prise de vues.

L'invention concerne aussi un dispositif de remise en mémoire qui peut être utilisé à l'extérieur ou lorsque la lumière ambiante a une intensité élevée.

Plus précisément, l'invention concerne un appareil d'affichage d'images virtuelles qui comprend un segment de miroir concave et un dispositif désaxé de projection d'images dirigé vers le miroir. Ce dispositif de projection peut être un petit tube de télévision ou tout autre type analogue de dispositif de projection d'images éclairées. Le segment de miroir concave, avantageusement sphérique, réfléchit la lumière émise et grandit l'image projetée. Différents modes de réalisation permettent la projection de l'information par mise en oeuvre de diverses configurations optiques, donnant certains avantages spatiaux et optiques spécifiques.

Le miroir peut aussi être de différents types.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une élévation latérale schématique en coupe partielle d'un mode de réalisation d'appareil d'affichage selon l'invention
- la figure 2 est une élévation latérale schématique d'un autre mode de réalisation d'appareil selon l'invention
- la figure 3 est une perspective avec des parties arrachées d'un autre mode de réalisation d'appareil selon l'invention, utile pour la remise en mémoire
- la figure 4 est une élévation schématique en coupe partielle du mode de réalisation de la figure 3, et elle représente les divers trajets des rayons lumineux
- la figure 5 est une élévation latérale schématique en coupe partielle d'un autre mode de réalisation d'appareil selon l'invention ; et
- la figure 6 est analogue à la figure 5 mais représente un autre mode de réalisation de l'invention.

Sur les dessins, et sur la figure 1 en particulier, la référence 10 désigne un appareil complet de projection d'images virtuelles selon l'invention. Cet appareil convient particulièrement bien à l'affichage en grand format dans les aérogares, les gares ferroviaires et autre endroits où des informations doivent être lues facilement à distance.

L'appareil 10 comporte un dispositif 11 de projection d'informations, appelé "source d'image" dans la suite du présent mémoire, et un segment 14 de miroir courbe destiné à recevoir la lumière du dispositif de projection. La source d'image 11 peut être un tube 12 à rayons cathodiques, un dispositif d'affichage électroluminescent à couches minces, un dispositif d'affiehage à cristaux liquides éclairé par l'avant ou l'arrière, un film éclairé, un arrangement de diodes photoémissives, un panneau électroluminescent, un appareil à lampe à filament incandescent, un appareil à cellule à décharge dans un gaz, et analogue. La source 11 d'image est montée dans une enceinte 13 et sa face 30 d'affichage est pratiquement perpendiculaire à l'axe optique 16a et elle est de préférence protégée contre la lumière ambiante par l'enceinte.Dans le mode de réalisation considéré, la source 11 d'image est suspendue au plafond d'une pièce, mais d'autres supports peuvent être utilisés, suivant l'emplacement de la source d'image.

La source 11 d'image est dirigée vers le segment de miroir sphérique concave, cette dernière expression dési gnant une partie concave d'un miroir hémisphérique plus grand, représenté en traits interrompus 14a sur la figure 1. Ce segment 14 de miroir est maintenu fixe à une distance prédéterminée au-dessous de la source 11 d'image et en avant de celle-ci, par exemple par un support 15.

Dans le mode de réalisation de la figure 1, le segment 14 est totalement aluminisé, de préférence à sa face avant. Il grandit l'image provenant de la source 11 et la réfléchit vers des observateurs 29 placés à une certaine distance au-dessous de l'enceinte 13 et en arrière de celle-ci. Les observateurs 29 sont représentés sous forme d'un oeil schématique 29.

Tout miroir sphérique concave a un foyer et un axe optique. Ce foyer se trouve toujours à une certaine distance en avant du miroir et sur son axe. Les rayons parallèles à l'axe optique et proches de celui-ci, dirigés vers la surface du miroir concave, convergent au foyer ou à proximité de celui-ci. Tout objet placé entre le foyer et le miroir concave parait grandi lorsqu'il est observé par une personne placée à un endroit quelconque derrière le foyer.

Plus l'objet est proche du foyer et plus il est agrandi.

L'image réfléchie par le miroir concave donne l'impression à l'observateur que l'objet se trouve quelque part derrière la surface du miroir lui-même. L'image réfléchie est couramment appelée "image virtuelle".

Sur la figure 1, l'axe optique du miroir 14a porte la référence 16a. Le foyer du miroir 14a se trouve au point 16b.La source 11 d'image est placée entre le foyer 16b et le miroir 14a afin que l'affichage soit grandi. Le segment 14 de miroir est monté au-dessous de l'axe 16a afin que l'affichage réfléchi ne soit pas caché en partie par la source 11 et son enceinte 13. Comme la source 11 émet de la lumière dans une grande plage angulaire vers l'avant, le segment 14 de miroir peut être placé au-dessus de son propre axe, tout én réfléchissant une partie de cette lumière vers l'observateur 29. Cette partie réfléchie forme l'affichage voulu selon l'invention.Les rayons lumineux indiqués sur la figure 1 montrent comment cette technique de projection décentrée permet le prélèvement d'une partie de la lumière émise par la source 11 et sa réflexion vers l'observateur 29. Ce dernier voit l'affichage de la source 11 sous forme d'une image virtuelle agrandie 16c paraissant se trouver derrière le segment 14 de miroir.

La figure 2 représente un autre mode de réalisation d'appareil selon l'invention constituant un dispositif de remise en mémoire. L'observateur 29 peut se trouver à une certaine distance en avant drune caméra 18 de prise de vues photographiques ou de télévision, montée sur un support 20. Ce schéma indique en outre la présence d'une source d'image ayant un tube à rayons cathodiques 12, dirigeant de la lumière représentant par exemple un texte sur le segment 17 de miroir. Contrairement au segment 14 utilisé dans le premier mode de réalisation, le segment 17 de miroir n'est que partiellement réfléchissant. Le segment 17 a une surface traitée de manière que 70 à 80 % par exemple de la lumière pénètrent dans l'objectif 19 de la caméra après traversée du segment 17 de miroir.Simultanément, ce segment 17 permet la réflexion de 30 à 20 % de la lumière provenant du tube 12 vers l'observateur 29. La disposition du tube 12 de la source d'image en dehors du champ de vision de la caméra d'enregistrement (comme indiqué par le champ 12a) empêche la réception par la caméra de la lumière du dispositif d'affichage, provenant du tube de la source dtima- ge. Cette dernière renvoie un rayonnement suffisamment intense pour que l'observateur 19 puisse encore lire l'image formée par réflexion de 20 à 30 % de la lumière provenant du segment 17. Les 70 à 80 % restants de la lumière de la source d'image sont perdus. La réduction de 20 à 30 % de luminosité de la scène enregistrée par la caméra 18 n'empêche pas le fonctionnement de cette dernière.

Le revêtement du segment 17 de miroir par de l'argent, de l'aluminium ou d'autres substances réfléchissantes, capables de réfléchir et de transmettre la lumière comme décrit précédemment, est réalisé par les techniques bien connues et n'entre pas dans le cadre de l'invention.

Les figures 3 et 4 représentent un troisième mode de réalisation d'appareil selon l'invention. Cet appareil est analogue à celui de la figure 1, mais le trajet des rayons lumineux renvoyés par le segment 14 de miroir est replié une fois avant d'être transmis vers l'observateur 29.

Ce repli du trajet lumineux permet la disposition sous forme plus groupée des différents éléments de l'appareil 10, en amont d'une caméra 18 d'enregistrement. Un miroir plan semiréfléchissant 22 est ainsi utilisé pour replier le trajet lumineux. L'appareil de la figure 3 se loge dans un boitier 23 ayant une partie supérieure 24, une partie inférieure 25, des côtés distants 26a et 26b et un fond 27. La partie avant du boitier 23 est ouverte.

La figure 4 représente la disposition des différents éléments optiques du mode de réalisation de la figure 3. La source 11 d'image est encore montée de manière que sa face 30 d'affichage soit pratiquement perpendiculaire a l'axe optique 16a du segment 14 de miroir sphérique. La source 11 est placée vers l'intérieur par rapport au foyer 16b du segment 14 de miroir si bien que l'affichage est grandi par le miroir. Une petite cloison 21, montée sur un bord de la source 11, empêche l'observateur d'être distiait par la lu mière provenant du bord de la face 30 d'affichage de la source d'image.

Le segment 14 de miroir est monté en position décentrée par rapport à son propre axe optique 16a comme décrit dans les modes de réalisation qui précèdent. La source 11 d'image est aussi décentrée par rapport à l'axe 16a. Le segment 14 de miroir est totalement réfléchissant si bien qu'il transmet toute la lumière qu'il reçoit de la source 11 vers le miroir plan 22. Celui-ci est monté devant un objectif 19 d'un appareil de prise de vues. Le miroir 22 est revêtu de manière que sa face avant soit semi-réfléchissante, comme par exemple le segment 17 de miroir décrit pour le second mode de réalisation d'appareil.

Comme indiqué précédemment, le degré de grandisse ment de l'image d'un objet placé devant un miroir sphérique dépend de l'emplacement de cet objet par rapport au miroir.

Plus l'objet est proche du foyer du miroir et plus ce dernier grandit son image virtuelle. L'application de ce principe aux trois modes de réalisation décrits précédemment montre que le déplacement de la source 11 d'image vers le foyer 16b augmente le grandissement de l'image virtuelle affichée. L'éloignement de la source 11 par rapport au foyer 16b réduit la dimension de l'image virtuelle.L'expérience montre que la source 11 d'image doit être déplacée le long d'un axe llb passant par le foyer 16b du segment 14 et faisant un angle e avec l'axe 16a si bien que
tg e f.l-s h représentant la distance comprise entre le centre de la face 30 d'affichage de la source d'image et l'axe optique 16a, mesurée perpendiculairement à ce dernier, f.l désigne la distance focale du segment 14 (distance comprise entre le centre optique 16d du segment 14 et le point 16b, suivant l'axe 16a) et s désigne la distance entre le point 16e d'intersection de la normale à l'axe 16a passant par le centre de la face 30 d'affichage avec l'axe 16a, et le centre 16d du segment 14 de miroir, mesurée suivant l'axe 16a si bien que l'image virtuelle de la source 11 formée par le segment 14 de miroir reste à la même hauteur audessus de l'axe optique lorsque le grandissement change.

La source 11 d'image peut être montée sur des supports 11a afin qu'elle puisse coulisser suivant un axe llb, avec modification du grandissement.

La figure 5 représente un autre mode de réalisation d'appareil selon l'invention. Dans celui-ci, un segment 17 de miroir est monté en avant de l'objectif 19 d'un appareil de prise de vues comme dans l'appareil de la figure 2. Une source 11 d'image est placée au-dessus du miroir 17.

Un miroir plan totalement argenté 22a est placé devant la source 11 et reçoit la lumière de celle-ci et la réfléchit vers le segment 17 de miroir. Ce mode de réalisation ayant un trajet optique replié, comme dans l'appareil des figures 3 et 4, est particulièrement utile lorsqu'une distance verticale importante entre la source d'image et l'appareil 18 de prise de vues est peu commode en pratique.

Au lieu d'utiliser un miroir semi-réfléchissant dans les différents modes de réalisation de l'invention, on peut aussi utiliser un miroir dichrolque, plan ou sphérique, devant l'objectif 19, dans les modes de réalisation des figures 2 à 5. Ce miroir dichrolque doit être réalisé afin qu'il permette la transmission et l'enregistrement par la caméra 18, de la totalité des fréquences lumineuses, sauf celles d'une étroite bande. Un miroir peut être exemple revêtu de manière qu'il ne réfléchisse que la lumière d'une bande étroite de longueurs d'onde comprises entre 540 et 546 nm, correspondant à des verts intenses. La source 11 d'image peut être réalisée afin qu'elle n'émette de la lumière qu'à ces longueurs d'onde. Le miroir dichroïque réfléchit donc pratiquement toute la lumière provenant de la source 11 d'image vers l'observateur 29.Le miroir permet la transmission de toutesles autres fréquences en pratique si bien que la caméra 19 placée directement derrière lui voit pratiquement tout le spectre. L'opérateur peut accroitre la sensibilité de la caméra 18 à la lumière verte du spectre, correspondant à celle qui est réfléchie par le miroir di chrolque, afin que cette réflexion soit compensée et que l'enregistrement soit réalisé pratiquement en couleurs naturelles.

Dans les modes de réalisation décrits précédemment, sauf ceux qui mettent en oeuvre à la fois des miroirs plans et des miroirs sphériques, les hommes du métier n'ont aucune difficulté pour la sélection et la disposition des miroirs en fonction des caractéristiques voulues. Les paramètres du trajet optique replié peuvent aussi être déterminés empiriquement ou par utilisation de l'information précédente et des principes fondamentaux de l'optique. Cependant, on considère maintenant, en référence aux figures 3 et 4, un exemple de détermination des paramètres et de la position des miroirs et de la source d'image dans le cas d'un appareil de remise en mémoire, afin que la construction d'un tel appareil correspondant à un mode de réalisation des plus complexes soit facilitée.

On suppose qu'on veut agrandir une image de 7,5 x 10 cm 3,5 fois sans obstruction du champ de vision L de - 150 d'un objectif d'un appareil de prise de vues pho- tographiques monté juste derrière le segment de miroir.

L'expérience montre que le tube à rayons cathodiques ou une autre source image doit se trouver avec son bord le plus proche à 15 cm en avant de l'objectif et à 15 cm audessous du centre optique. L'écran du tube à rayons cathodiques doit être incliné vers l'avant, vers l'observateur, avec une inclinaison de 340 au-dessus de l'axe horizontal de l'objectif.

Le miroir plan semi-réfléchissant doit être rectangulaire. I1 doit avoir une largeur de 40 cm et une hauteur de 30 cm, de haut en bas. Le miroir doit être incliné vers l'avant à sa partie inférieure, et doit former un angle de 63,50 avec l'horizontale. Sa partie inférieure doit être parallèle à la partie inférieure du boîtier. Son centre doit se trouver à 5 cm en avant de l'objectif de l'appareil de prise de vues.

Le segment de miroir sphérique concave doit aussi être rectangulaire. Il doit avoir un rayon de courbure de 125 cm et doit mesurer 27,5 cm, de l'avant à l'arrière, et 40 cm d'un côté à l'autre. Son bord avant doit se trouver à 22,5 cm environ au-dessus de l'axe central de l'objectif.

Son bord arrière doit se trouver à 32,5 cm environ audessus de l'axe central et à 11,3 cm environ en avant de l'avant de l'objectif.

Le miroir plan 22a représenté sur la figure 5 peut aussi être remplacé par un segment de miroir 35 dont la face avant est convexe comme indiqué sur la figure 6, dans le cadre de l'invention. Ce miroir 35 ayant une face avant convexe donne une meilleure image désaxée lorsque l'observateur se déplace de gauche à droite ou de haut en bas par rapport à l'axe optique. Les paramètres précis du miroir convexe 35 varient suivant les principes optiques bien connus et on ne lesdécrit donc pas en détail.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Appareil d'affichage d'images virtuelles, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir ayant la forme d'un segment (14) sensiblement concave d'un miroir sphérique (14a) ayant un axe optique (16a) et un foyer (16b), une source (11) d'image transmettant de la lumière vers le segment de miroir, et une face (30) d'affichage d'image de la source, placée en direction sensiblement perpendiculaire à l'axe optique (16a) mais désaxée et placée entre le foyer (16b) et le segment (14) de miroir.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment (17) de miroir est semi-réfléchissant.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un miroir plan semi-réfléchissant (22) incliné entre le segment (14) de miroir et la source d'image (11) afin qu'il reçoive la lumière réfléchie par le segment de miroir (14) et la dirige suivant un trajet recoupant l'axe optique de ce segment de miroir.

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un miroir totalement réfléchissant (22a) placé pratiquement en avant de la source d'image (11) audessus ou au-dessous du centre de celle-ci et parallèlement à la face (30) d'affichage d'image qui émet de la lumière de cette source (11), et cette face (30) d'affichage est dirigée à l'opposé du segment de miroir (17).

5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'image (11) est un tube à rayons cathodiques.

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'image (11) est un tube à rayons cathodiques à couches électroluminescentes minces.

7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'image (11) est un dispositif d'affichage à cristaux liquides.

8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'image (11) est un arrangement de diodes photoémissives.

9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'image (11) est un panneau électroluminescent.

10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'image (11) est un projecteur à lampe à filament de tungstène.

11. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'image (11) est une cellule à décharge d'un plasma dans un gaz.

12. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'image (11) est un film ou une diapositive éclairée par I'arrière,

13. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'image (11) est un original partiellement réfléchissant et éclairé par l'avant.

14. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment de miroir (17) est dichroique.

15. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le miroir plan semi-réfléchissant (22) est dichrolque.

16. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'image (11) est portée par un support (1 la) placé entre le segment (14) de miroir et le foyer (16b) afin qu'elle puisse coulisser si bien que la source peut être déplacée et le grandissement de l'image virtuelle formée par l'appareil peut être augmenté ou réduit sans modification de la position verticale de l'image virtuelle par rapport au segment (14) de miroir.

17. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le miroir totalement réfléchissant est un miroir (35) ayant une face avant courbe.