FR2776881A1 - Three dimensional display mechanism - Google Patents

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Abstract

The two output responses are fast switched using a left and right hand circular polarization obtained with a voltage operated liquid crystal display.

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif de visualisationThe present invention relates to a display device

en trois dimensions.in three dimensions.

Des dispositifs de visualisation sont notamment utilisés dans des simulateurs de loisirs, tels que des simulateurs de pilotage d'avions ou de véhicules terrestres. Lorsque l'on veut produire une simulation réaliste des effets visuels, il est nécessaire que ces effets produisent une impression d'espace à trois dimensions à l'utilisateur. De tels dispositifs de visualisation  Visualization devices are used in particular in recreational simulators, such as simulators for piloting airplanes or land vehicles. When one wants to produce a realistic simulation of visual effects, it is necessary that these effects produce an impression of three-dimensional space to the user. Such display devices

sont dénommés ci-dessous dispositifs 3D.  are referred to below as 3D devices.

Pour produire de tels effets, une solution connue consiste à munir  To produce such effects, a known solution consists in providing

l'utilisateur de lunettes spéciales aux verres desquelles on accole des cou-  the user of special glasses to which glasses are attached

ches minces à cristaux liquides qui sont alternativement, et à grande vitesse, rendues opaques puis transparentes pour chaque oeil, en synchronisme avec la projection d'images alternativement destinées à l'oeil gauche et à l'oeil droit. Une telle solution procure l'effet recherché, mais nécessite  thin ches with liquid crystals which are alternately, and at high speed, made opaque then transparent for each eye, in synchronism with the projection of images alternately intended for the left eye and for the right eye. Such a solution provides the desired effect, but requires

l'emploi de lunettes constituant une gêne pour l'utilisateur.  the use of glasses constituting a nuisance for the user.

Une autre solution, décrite dans le brevet US 5 132 839, a re-  Another solution, described in US Patent 5,132,839, has

cours à un modulateur spatial disposé entre un système de formation d'images et l'utilisateur. Ce modulateur, du type à cristaux liquides, comporte plusieurs zones adjacentes dont chacune est cycliquement rendue, à tour de rôle, transparente pendant quelques millisecondes, en synchronisme avec la projection d'une image synthétique correspondante, les différentes images successives de chaque cycle correspondant à différents points de vue d'observation. Une telle solution procure également l'effet visuel recherché, mais nécessite, d'une part, une grande puissance de calcul de la part du processeur de calcul d'images, du fait du grand nombre d'images à afficher à chaque cycle, et, d'autre part, un système à optique réfractive onéreux  course in a spatial modulator arranged between an imaging system and the user. This modulator, of the liquid crystal type, comprises several adjacent zones, each of which is cyclically made, in turn, transparent for a few milliseconds, in synchronism with the projection of a corresponding synthetic image, the different successive images of each cycle corresponding to different points of view. Such a solution also provides the desired visual effect, but requires, on the one hand, great computing power on the part of the image computing processor, due to the large number of images to be displayed at each cycle, and , on the other hand, an expensive refractive optics system

pour obtenir une image à grand champ avec un tube à rayons cathodiques.  to obtain a wide field image with a cathode ray tube.

La présente invention a pour objet un dispositif de visualisation d'images en trois dimensions, en particulier d'images synthétiques, qui ne  The subject of the present invention is a device for viewing three-dimensional images, in particular synthetic images, which does not

nécessite pas le port de lunettes spécifiques par l'utilisateur, qui ne néces-  does not require the wearing of specific glasses by the user, which does not

site pas une grande puissance de calcul de la part du générateur d'images synthétiques, et qui puisse produire des images à grand champ  site not a large computing power on the part of the generator of synthetic images, and which can produce images with large field

d'observation sans nécessiter de système optique onéreux.  observation without requiring an expensive optical system.

Le dispositif de visualisation conforme à l'invention comporte une  The display device according to the invention comprises a

source d'images produisant alternativement des images proches et des ima-  image source alternately producing near images and ima-

ges éloignées d'un point d'observation, et un dispositif collimatant sélecti-  distant from an observation point, and a selective collimating device

vement les images proches et éloignées.  Close and distant images.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription détaillée de deux modes de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel:  The present invention will be better understood on reading the detailed description of two embodiments, taken by way of nonlimiting examples and illustrated by the appended drawing, in which:

- la figure 1 est une vue schématisée d'un dispositif de visualisa-  - Figure 1 is a schematic view of a display device -

tion conforme à l'invention à miroir sphérique et lame à 45 semi-  tion in accordance with the invention with spherical mirror and half-45 blade

réfléchissante polarisée, - la figure 2 est une vue schématisée d'une variante du dispositif de la figure 1, et  polarized reflective, - Figure 2 is a schematic view of a variant of the device of Figure 1, and

- la figure 3 est une vue schématisée d'un dispositif de visualisa-  - Figure 3 is a schematic view of a display device -

tion conforme à l'invention à miroir sphérique semi-réfléchissant, polariseur  tion according to the invention with semi-reflecting spherical mirror, polarizer

circulaire et lame semi-réfléchissante polarisée.  circular and semi-reflective polarized plate.

L'invention est décrite ci-dessous en référence à un dispositif de visualisation pour simulateur de loisirs de conduite automobile, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à cette seule application, et qu'elle peut être mise en oeuvre aussi bien dans des simulateurs d'autres types que dans divers équipements nécessitant une visualisation en 3 dimensions d'images synthétiques et/ou réelles, et ce, à l'aide d'une seule source d'images (dans le cas présent, un moniteur à tube cathodique, mais d'autres  The invention is described below with reference to a display device for a driving driving leisure simulator, but it is understood that it is not limited to this single application, and that it can be implemented. in simulators of other types as well as in various equipment requiring a visualization in 3 dimensions of synthetic and / or real images, and this, using a single image source (in this case, a cathode ray tube monitor but others

sources peuvent être utilisées).sources can be used).

Le dispositif de visualisation 1 représenté en figure I comporte, en tant que source d'images, un tube cathodique 2, devant l'écran duquel on dispose une optique 3. Cette optique 3 est constituée par un empilement comprenant, de façon non représentée en détail sur le dessin, un polariseur linéaire, une lame à cristaux liquides et une lame quart d'onde. Cette optique 3 permet, en fonction de la tension appliquée aux électrodes de commande  The display device 1 represented in FIG. I comprises, as image source, a cathode ray tube 2, in front of the screen of which there is an optic 3. This optic 3 is constituted by a stack comprising, in a manner not shown in detail on the drawing, a linear polarizer, a liquid crystal plate and a quarter wave plate. This optic 3 allows, depending on the voltage applied to the control electrodes

de la lame à cristaux liquides, d'obtenir de la lumière polarisée circulaire-  of the liquid crystal slide, get circular polarized light-

ment à gauche ou à droite. De façon avantageuse, dans le cas o la source  lie left or right. Advantageously, in the case where the source

2 est un tube cathodique à balayage, le changement de polarisation circu-  2 is a scanning cathode ray tube, the change in polarization

laire gauche-droite et inversement est commandé pendant le retour trame du balayage. Egalement, de façon avantageuse, la lame à cristaux liquides est une lame à cristaux liquides ferroélectriques, dont le temps de commutation  left-right and vice versa is controlled during the frame return of the scan. Also, advantageously, the liquid crystal blade is a ferroelectric liquid crystal blade, the switching time of which

est inférieur à 500 pS.is less than 500 pS.

On dispose devant l'optique 3 une optique polarisée réfléchis-  In front of the optic 3 there is a polarized reflective optic

sante 4, orientée à 45 par rapport à l'axe optique de la source 2. Cette opti-  health 4, oriented at 45 relative to the optical axis of the source 2. This opti-

que 4 comprend, dans le présent exemple, un film tel que le film " DBEF" de la Société " 3M " pris en sandwich entre deux lames quart d'onde. Ce film a la propriété de réfléchir la lumière polarisée linéairement dans un sens  that 4 comprises, in the present example, a film such as the film "DBEF" from the company "3M" sandwiched between two quarter wave plates. This film has the property of reflecting linearly polarized light in one direction

et de laisser passer celle polarisée linéairement dans l'autre sens. Les la-  and let the linearly polarized one go in the other direction. The the-

mes quart d'onde permettent de transformer la lumière polarisée circulaire-  my quarter wave transform circular polarized light-

lo ment en lumière polarisée linéairement (P ou S, selon l'orientation par rap-  lo in linearly polarized light (P or S, depending on the orientation

port au film " DBEF ") et inversement. Ainsi, cette optique 4 a la propriété de réfléchir la lumière polarisée circulairement dans un sens (à droite dans le présent exemple) et de laisser passer celle polarisée circulairement dans  port to the film "DBEF") and vice versa. Thus, this optic 4 has the property of reflecting the light circularly polarized in one direction (on the right in the present example) and of letting that of the circularly polarized light in

l'autre sens (à gauche dans le présent exemple).  the other direction (left in this example).

De l'autre côté de l'optique 4 par rapport à la source 2, on dis-  On the other side of the optics 4 with respect to the source 2, there is

pose, perpendiculairement à l'axe optique de la source, un miroir plan 5. Un  poses, perpendicular to the optical axis of the source, a plane mirror 5. A

miroir sphérique 6 est disposé devant l'optique 4, symétriquement par rap-  spherical mirror 6 is arranged in front of the optic 4, symmetrically with respect to

port à la source, c'est-à-dire que l'axe optique du miroir 6 est perpendicu-  port at the source, that is to say that the optical axis of the mirror 6 is perpendicular to

laire à celui de la source 2 et coupe ce dernier sur le plan d'entrée de  the source 2 and cut the latter on the entry plane of

l'optique 4. De plus, la source 2 et le miroir 6 sont tels et sont disposés à.  optics 4. In addition, the source 2 and the mirror 6 are such and are arranged at.

des distances telles de l'optique 4 que l'écran de la source soit dans le plan de la surface focale du miroir 6 (compte tenu de l'orthogonalité de leurs axes optiques respectifs), et que la source 2 avec son optique 3 n'occultent pas les rayons réfléchis par le miroir sphérique. L'observateur est situé près du  such distances from the optics 4 that the source screen is in the plane of the focal surface of the mirror 6 (taking into account the orthogonality of their respective optical axes), and that the source 2 with its optics 3 n '' do not obscure the rays reflected by the spherical mirror. The observer is located near the

centre de courbure du miroir 6.center of curvature of the mirror 6.

Dans une première phase élémentaire, par une commande ap-  In a first elementary phase, by a command command

propriée de la tension appliquée aux électrodes de la lame à cristaux liqui-  property of the voltage applied to the electrodes of the liquid crystal slide

des de l'optique 3, les rayons lumineux issus de la source 2 sont polarisés circulairement à droite par l'optique 3. Ils sont réfléchis par l'optique 4 (qui ne laisse passer que ceux polarisés circulairement à gauche) vers le miroir  from optics 3, the light rays coming from source 2 are circularly polarized to the right by optics 3. They are reflected by optics 4 (which only lets through those circularly polarized to the left) towards the mirror

sphérique 6. La réflexion sur ce miroir inverse le sens de polarisation circu-  spherical 6. The reflection on this mirror reverses the direction of circular polarization

laire des rayons, qui deviennent donc polarisés circulairement à gauche.  beam of rays, which therefore become circularly polarized to the left.

Ces rayons polarisés à gauche peuvent donc traverser l'optique 4 pratique-  These rays polarized on the left can therefore pass through optics 4 practical-

ment sans atténuation. L'image source correspondante, formée sur l'écran de la source 2, étant située sur la sphère focale du miroir sphérique 6, il en  without attenuation. The corresponding source image, formed on the screen of the source 2, being located on the focal sphere of the spherical mirror 6, it

résulte que les rayons lumineux réfléchis par le miroir sphérique 6 sont col-  results that the light rays reflected by the spherical mirror 6 are coll-

limatés, et que cette image est vue par l'observateur comme si elle était si-  and that this image is seen by the observer as if it were so-

tuée à l'infini.endlessly killed.

A la phase élémentaire suivante, on applique à la lame à cristaux liquides de l'optique 3 une tension qui fait passer l'optique 3 à l'état de polariseur circulaire gauche. Les rayons issus de la source 2 traversent donc pratiquement sans atténuation l'optique 4 et arrivent au miroir plan 5 qui les réfléchit, en inversant leur sens de polarisation. Par conséquent, les rayons réfléchis par le miroir plan 5 sont polarisés circulairement à droite, et sont i0 donc réfléchis par l'optique 4 vers l'observateur, situé en 7. L'observateur a donc l'impression de voir, en face de soi, une image à une distance finie, égale à la longueur du trajet des rayons compris entre la source 2 et ses  At the following elementary phase, a voltage is applied to the liquid crystal plate of optics 3 which makes the optics 3 pass to the left circular polarizer state. The rays from the source 2 therefore pass through the optics 4 practically without attenuation and arrive at the plane mirror 5 which reflects them, reversing their direction of polarization. Consequently, the rays reflected by the plane mirror 5 are circularly polarized to the right, and are therefore i0 reflected by optics 4 towards the observer, located at 7. The observer therefore has the impression of seeing, opposite itself, an image at a finite distance, equal to the length of the ray path between source 2 and its

yeux, en passant par le miroir plan 5.  eyes, through the plane mirror 5.

Il en résulte que, suivant le sens de polarisation de l'optique 3 (donc suivant la tension appliquée à sa lame à cristaux liquides),  It follows that, according to the direction of polarization of the optics 3 (therefore according to the voltage applied to its liquid crystal plate),

l'observateur voit soit une image collimatée à l'infini, soit une image proche.  the observer sees either an infinitely collimated image or a close image.

Lorsque l'on inverse alternativement et très rapidement (par exemple à la fréquence d'au moins 100 Hz) ce sens de polarisation, I'observateur a l'impression de voir simultanément, grâce à la persistance rétinienne, une image proche et une image éloignée superposées, donc de voir une image  When one reverses alternately and very quickly (for example at the frequency of at least 100 Hz) this direction of polarization, the observer has the impression of seeing simultaneously, thanks to the retinal persistence, a near image and an image distant superimposed, so to see a picture

en trois dimensions.in three dimensions.

Selon une variante avantageuse de ce mode de réalisation  According to an advantageous variant of this embodiment

(référencée 8 en figure 2), on peut former des images proches à des distan-  (referenced 8 in FIG. 2), it is possible to form images close to distances

ces finies différentes. A cet effet, on dispose sur l'axe 2A prolongeant l'axe  these different finishes. For this purpose, we have on axis 2A extending the axis

optique de la source 2, au-delà de l'optique 4, dans l'ordre, une lame semi-  source optics 2, beyond optics 4, in order, a semi-lamina

réfléchissante 9, orientée à 45 par rapport à cet axe, un obturateur 10A et un miroir plan 11A, ces deux derniers éléments étant perpendiculaires à l'axe. Soit 2B un axe perpendiculaire à l'axe 2A et coupant ce dernier sur la face d'entrée de la lame 9. Sur l'axe 2B, on dispose, d'un côté de la lame 9 par exemple à gauche sur le dessin, un obturateur 1 OB suivi d'un miroir plan 11B. L'obturateur 10OB et le miroir 11B sont perpendiculaires à l'axe 2B. Les  reflecting 9, oriented at 45 relative to this axis, a shutter 10A and a plane mirror 11A, these last two elements being perpendicular to the axis. Let 2B be an axis perpendicular to the axis 2A and cutting the latter on the entry face of the blade 9. On the axis 2B, there is, on one side of the blade 9 for example on the left in the drawing, a shutter 1 OB followed by a plane mirror 11B. The shutter 10OB and the mirror 11B are perpendicular to the axis 2B. The

deux trajets optiques entre la source 2 et l'observateur et passant par les mi-  two optical paths between source 2 and the observer and passing through the mid

roirs 11A et 11 B sont respectivement égaux aux deux distances finies diffé-  blacks 11A and 11B are respectively equal to the two different finite distances

rentes auxquelles on désire présenter à l'observateur des images d'objets  rents to which one wishes to present to the observer images of objects

proches. Les positions des obturateurs 10A et 10B ne sont pas critiques.  relatives. The positions of the shutters 10A and 10B are not critical.

Ces obturateurs sont par exemple du type à cristaux liquides ferroélectri-  These shutters are for example of the ferroelectric liquid crystal type.

ques qui sont, en fonction de la tension qui leur est appliquée, soit opaques, soit pratiquement transparents. En fonctionnement, ces obturateurs sont normalement opaques, et ne sont rendus transparents que lorsque la source 2 forme l'image devant être vue à distance finie respectivement égale à celle  which, depending on the voltage applied to them, are either opaque or practically transparent. In operation, these shutters are normally opaque, and are only made transparent when the source 2 forms the image to be seen at a finite distance respectively equal to that

du trajet optique entre la source et l'observateur en passant par le miroir cor-  of the optical path between the source and the observer via the cor- rect mirror

respondant. La source 2 produit alternativement et cycliquement des images devant être vues à l'infini et des images devant être vues à chacune des distances finies correspondant aux positions des miroirs 1 1 A à 1 1 B. On va maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif 8 pour l'affichage à deux distances finies différentes, I'affichage à l'infini se faisant  respondent. The source 2 alternately and cyclically produces images to be seen at infinity and images to be seen at each of the finite distances corresponding to the positions of the mirrors 1 1 A to 1 1 B. We will now explain the operation of the device 8 for the display at two different finite distances, the display at infinity being

de la même façon que pour le dispositif 1 de la figure 1.  in the same way as for device 1 in FIG. 1.

Lorsque l'optique 3 polarise la lumière issue de la source 2 circu-  When the optics 3 polarizes the light coming from the source 2 circulating

lairement à gauche, celle-ci traverse l'optique 4 pratiquement sans atténua-  left, this crosses optics 4 practically without attenuation

tion. Lorsque cette lumière polarisée arrive sur la lame 9, 50 % en est réflé-  tion. When this polarized light arrives on the blade 9, 50% is reflected

chie vers le miroir 11B, et 50 % en est transmise vers le miroir 11A. Si l'obturateur 10B est " fermé " (opaque) et si 10A est " ouvert ", la lumière réfléchie par la lame 9 vers 10 OB est perdue, mais la lumière traversant la  shit to the mirror 11B, and 50% is transmitted to the mirror 11A. If the shutter 10B is "closed" (opaque) and if 10A is "open", the light reflected by the blade 9 towards 10 OB is lost, but the light passing through the

lame 9 atteint le miroir 11A et, en s'y réfléchissant, change de sens de pola-  blade 9 reaches the mirror 11A and, reflecting on it, changes its direction of pola-

risation circulaire. Ainsi, la lumière polarisée circulairement à droite repart vers la lame 9, qu'elle traverse, et se réfléchit sur l'optique 4 en direction de l'observateur. De façon analogue, lorsque l'obturateur 1 OB est ouvert et 1 OA fermé, la lumière de la source, polarisée circulairement à gauche, traverse l'optique 4, et la partie qui se réfléchit sur la lame 9 arrive sur le miroir 11 B, s'y réfléchit en changeant de sens de polarisation circulaire, se réfléchit à  circular risation. Thus, the light circularly polarized to the right leaves towards the plate 9, which it crosses, and is reflected on the optics 4 in the direction of the observer. Similarly, when the shutter 1 OB is open and 1 OA closed, the light from the source, circularly polarized to the left, passes through the optics 4, and the part which is reflected on the plate 9 arrives at the mirror 11 B , reflects on it by changing the direction of circular polarization, reflects on

nouveau sur la lame 9, puis se réfléchit sur l'optique 4 vers l'observateur.  again on slide 9, then is reflected on optics 4 towards the observer.

Les commutations de la cellule à cristaux liquides de l'optique 3 et des obturateurs 10A, 10B se faisant à fréquence élevée (par exemple Hz), en synchronisme avec l'affichage sur l'écran de la source 2  The switching of the liquid crystal cell of the optics 3 and of the shutters 10A, 10B taking place at high frequency (for example Hz), in synchronism with the display on the screen of the source 2

d'images correspondantes, I'observateur a l'impression de voir simultané-  corresponding images, the observer has the impression of seeing simultaneous

ment des images à l'infini superposées à des images vues à deux distances  infinity images superimposed on images seen at two distances

finies différentes, proches de l'observateur.  different finishes, close to the observer.

Du fait que l'on introduit dans le trajet de la lumière correspondant à des objets proches une lame semi-réfléchissante ordinaire (9), la réflexion et la transmission partielles qu'elle provoque simultanément réduisent de moitié l'intensité de chacun des faisceaux (réfléchi et transmis) issus du faisceau incident, et ce, à chaque passage de la lame. Ceci signifie que l'intensité des faisceaux revenant sur l'optique 4 après réflexion sur l'un des  Due to the fact that an ordinary semi-reflecting plate (9) is introduced into the path of light corresponding to close objects, the partial reflection and transmission which it simultaneously causes halves the intensity of each of the beams ( reflected and transmitted) from the incident beam, and this, each time the blade passes. This means that the intensity of the beams returning to optics 4 after reflection on one of the

miroirs 11 A ou 1 1 B est réduite de 75 %.  mirrors 11 A or 1 1 B is reduced by 75%.

Bien entendu, on pourrait encore augmenter le nombre d'images  Of course, we could further increase the number of images

à distances finies différentes en cascadant d'autres ensembles [lame semi-  at different finite distances by cascading other assemblies [semi-blade

réfléchissante + obturateur + miroir plan], mais l'intensité des faisceaux ré-  reflective + shutter + plane mirror], but the intensity of the beams

sultants en serait très fortement diminuée, ce qui pourrait quand même pré-  sultants would be greatly reduced, which could nevertheless pre-

senter un intérêt pour la formation d'images " fantômes " à différentes dis-  feel an interest in the formation of "ghost" images at different

o tances finies.o tances finished.

Selon une autre variante avantageuse (non représentée), dans le dispositif 8 de la figure 2, I'optique réfléchissante polarisée 4 est constituée d'une lame quart d'onde accolée à un film DBEF. En effet, en transmission,  According to another advantageous variant (not shown), in the device 8 of FIG. 2, the polarized reflective optics 4 consists of a quarter-wave plate attached to a DBEF film. Indeed, in transmission,

la lumière en sortie est polarisée linéairement et elle est directement compa-  the output light is linearly polarized and is directly compared

tible avec les obturateurs 10A et 10 OB à cristaux liquides ferroélectriques qui  target with 10A and 10 OB ferroelectric liquid crystal shutters which

travaillent en polarisation linéaire. Pour conserver l'effet d'inversion de pola-  work in linear polarization. To keep the polarity reversal effect

risation du miroir il faut travailler en polarisation circulaire, et pour celà rajou-  risation of the mirror it is necessary to work in circular polarization, and for that rajou-

ter entre les obturateurs 10A et 10OB et les miroirs 11A et 11B, une lame  ter between the shutters 10A and 10OB and the mirrors 11A and 11B, a blade

quart d'onde pour transformer la polarisation circulaire en polarisation li-  quarter wave to transform circular polarization into polarization

néaire et vice et versa.neary and vice versa.

On a représenté en figure 3 un deuxième mode de réalisation 12  FIG. 3 shows a second embodiment 12

du dispositif de visualisation de l'invention.  of the display device of the invention.

Dans ce mode de réalisation, tous les éléments optiques ont le même axe optique rectiligne, et la source d'images 2 (qui peut être la même  In this embodiment, all the optical elements have the same rectilinear optical axis, and the image source 2 (which can be the same

que celle du dispositif des figures 1 et 2) est disposée face à l'observateur.  that that of the device of FIGS. 1 and 2) is arranged facing the observer.

Devant l'écran de la source 2, on dispose la même optique 3 que  In front of the source screen 2, we have the same optics 3 as

celle des figures 1 et 2, puis, dans l'ordre, un miroir sphérique semi-  that of FIGS. 1 and 2, then, in order, a semi-spherical mirror

réfléchissant 13 dont le foyer est orienté à l'opposé de la source 2, et une optique réfléchissante polarisée 14. L'optique 14 est située sur l'axe optique  reflective 13 whose focus is oriented opposite the source 2, and a polarized reflecting optic 14. The optic 14 is located on the optical axis

du miroir 12 à la même distance que sa sphère focale. Le centre de cour-  from mirror 12 at the same distance as its focal sphere. The racing center

bure du miroir 9 est référencé 15, et l'observateur se place le plus près pos-  bure of the mirror 9 is referenced 15, and the observer places himself as close as pos-

sible de ce centre. L'optique 14 comporte une lame quart d'onde accolée à un film de type " DBEF " tel que celui mentionné ci-dessus en référence à l'optique 4. Cette optique 14 réfléchit la lumière polarisée circulairement  sible of this center. The optic 14 comprises a quarter-wave plate attached to a “DBEF” type film such as that mentioned above with reference to the optic 4. This optic 14 reflects the circularly polarized light

dans un sens (à droite dans le présent exemple) et transmet la lumière pola-  in one direction (right in this example) and transmits polar light

risée circulairement dans l'autre sens (à gauche dans le présent exemple).  laughed circularly in the other direction (on the left in this example).

Le fonctionnement du dispositif 12 est le suivant. Lorsque la lame à cristaux liquides de l'optique 3 reçoit une tension telle que cette optique 3 polarise la lumière circulairement à droite, cette lumière est réfléchie par  The operation of the device 12 is as follows. When the liquid crystal plate of optics 3 receives a voltage such that this optics 3 polarizes the light circularly to the right, this light is reflected by

l'optique 14 vers le miroir sphérique 13. La réflexion de la lumière sur le mi-  optics 14 towards the spherical mirror 13. The reflection of light on the mid

roir 13 inverse son sens de polarisation, et elle devient donc polarisée circu-  black 13 reverses its direction of polarization, and it therefore becomes polarized circu-

lairement à gauche. Cette lumière peut donc traverser l'optique 14 pratique-  left to the left. This light can therefore pass through optics 14 practical-

ment sans atténuation. Grâce au fait que l'image réfléchie par l'optique 14 est située sur la sphère focale (tout au moins au niveau de l'axe optique) du  without attenuation. Thanks to the fact that the image reflected by the optics 14 is located on the focal sphere (at least at the level of the optical axis) of the

miroir sphérique 13, les rayons lumineux réfléchis par ce miroir sont collima-  spherical mirror 13, the light rays reflected by this mirror are collimated

tés, cette image est vue à l'infini par l'observateur.  tees, this image is seen endlessly by the observer.

Lorsque l'optique 3 polarise circulairement la lumière à gauche, par une commande appropriée de sa lame à cristaux liquides, cette lumière traverse le miroir 13 et l'optique 14 pratiquement sans atténuation, et l'observateur voit directement face à lui l'image formée sur l'écran de la  When the optic 3 circularly polarizes the light to the left, by an appropriate control of its liquid crystal plate, this light passes through the mirror 13 and the optic 14 practically without attenuation, and the observer sees the image directly opposite it formed on the screen of the

source 2.source 2.

Ainsi, lorsque l'on commute très rapidement (par exemple à Hz) la polarisation de l'optique 14, en synchronisme avec la formation sur l'écran de la source 2 d'images correspondantes (à l'infini et à distance  Thus, when the polarization of the optics 14 is very quickly switched (for example at Hz), in synchronism with the formation on the screen of the source 2 of corresponding images (at infinity and at a distance

finie), l'observateur a également l'illusion de voir une image à trois dimen-  finished), the observer also has the illusion of seeing a three-dimensional image

sions.sions.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de visualisation d'images en trois dimensions, carac-  1. Three-dimensional image display device, character- térisé en ce qu'il comporte une source unique d'images (2) produisant alter-  terized in that it comprises a single source of images (2) producing alter- nativement des images proches et des images éloignées d'un point d'observation (7), et un dispositif (4, 6 ou 13, 14) collimatant sélectivement  natively near images and images distant from an observation point (7), and a device (4, 6 or 13, 14) selectively collimating les images éloignées et proches.distant and close images. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de collimation sélective comporte une optique (3) de polarisation circulaire à sens commutable, disposée devant la source (2), une optique (4) réfléchissante polarisée laissant passer la lumière polarisée circulairement dans un sens, et réfléchissant celle polarisée circulairement dans l'autre sens, cette optique étant disposée à 45 par rapport à l'axe optique de la  2. Device according to claim 1, characterized in that the selective collimation device comprises an optic (3) of circular polarization with switchable direction, disposed in front of the source (2), a polarized reflecting optic (4) letting polarized light pass circularly in one direction, and reflecting that circularly polarized in the other direction, this optic being arranged at 45 with respect to the optical axis of the source, un miroir sphérique (6) dont l'axe optique est disposé à 45 par rap-  source, a spherical mirror (6) whose optical axis is arranged at 45 relative to port à l'optique réfléchissante polarisée, l'observateur étant situé près du foyer du miroir, et un miroir plan (5) disposé sur l'axe optique de la source,  port with polarized reflecting optics, the observer being located near the focal point of the mirror, and a plane mirror (5) disposed on the optical axis of the source, au-delà de l'optique réfléchissante polarisée.  beyond the polarized reflective optics. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de collimation sélective comporte une optique (3) de polarisation  3. Device according to claim 1, characterized in that the selective collimation device comprises a polarization lens (3) circulaire à sens commutable, disposée devant la source, un miroir sphéri-  switchable circular, arranged in front of the source, a spherical mirror que semi-réfléchissant (13) et une optique (14) réfléchissante polarisée lais-  that semi-reflecting (13) and a polarized reflecting optic (14) leaving sant passer la lumière polarisée circulairement dans un sens et réfléchissant celle polarisée circulairement dans l'autre sens, tous ces éléments ayant le même axe optique rectiligne, l'observateur étant situé près du foyer (15) du  being able to pass the light circularly polarized in one direction and reflecting that circularly polarized in the other direction, all these elements having the same rectilinear optical axis, the observer being located near the focus (15) of the miroir sphérique.spherical mirror. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que I'optique de polarisation circulaire comporte un polariseur linéaire accolé à  4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the circular polarization optic comprises a linear polarizer attached to une lame à cristaux liquides et à une lame quart d'onde.  a liquid crystal slide and a quarter wave slide. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'optique semi-réfléchissante polarisée (4) comporte une lame quart d'onde  5. Device according to claim 2, characterized in that the polarized semi-reflecting optics (4) comprises a quarter wave plate accolée à un film de type " DBEF " et à une autre lame quart d'onde.  attached to a "DBEF" type film and another quarter-wave plate. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lame semi-réfléchissante polarisée (14) comprend une lame quart d'onde  6. Device according to claim 3, characterized in that the polarized semi-reflecting plate (14) comprises a quarter wave plate accolée à un film de type " DBEF ".  attached to a "DBEF" type film. 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte, sur le trajet optique en aval de la lame réfléchissante polarisée (4), au  7. Device according to claim 2, characterized in that it comprises, on the optical path downstream of the polarized reflecting plate (4), at moins une lame semi-réfléchissante (9) sur les trajets réfléchi (2B) et trans-  minus a semi-reflecting plate (9) on the reflected (2B) and trans- mis (2A) de laquelle on dispose à chaque fois un obturateur (10A, 10OB) suivi d'un miroir plan (l11A, 11B), les miroirs plans se trouvant à des distances  put (2A) from which there is each time a shutter (10A, 10OB) followed by a plane mirror (l11A, 11B), the plane mirrors being at distances O différentes de la lame semi-réfléchissante, et les obturateurs étant comman-  O different from the semi-reflecting plate, and the shutters being controlled dés à l'ouverture lors de l'affichage par la source d'images devant être vues  opening dice when displayed by the source of images to be seen à des distances finies différentes correspondantes.  at corresponding different finite distances. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caracté-  8. Device according to one of the preceding claims, character- risé en ce que la source produit des images à une fréquence d'au moins  laughed at that the source produces images at a frequency of at least 1 00 Hz.1 00 Hz.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2880956A1 (en) * 2005-01-20 2006-07-21 Rosenthal Patrick Olivier Levy IMPROVEMENTS IN A VISUALIZATION SYSTEM OF IMAGES NOTABLY IN RELIEF
FR2880955A1 (en) * 2005-01-20 2006-07-21 Rosenthal Patrick Olivier Levy IMPROVEMENTS TO A SYSTEM OF VISUALIZATION OF IMAGES IN RELIEF

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0195584A2 (en) * 1985-03-14 1986-09-24 Tektronix, Inc. Light reflecting three-dimensional display system
US4674837A (en) * 1983-04-13 1987-06-23 Bruker Medizintechnik Gmbh Apparatus for producing complete three-dimensional images of a spatial object
FR2685101A1 (en) * 1991-12-17 1993-06-18 Thomson Csf Wide-field high-brightness compact collimination device
FR2690534A1 (en) * 1992-04-24 1993-10-29 Thomson Csf Optical collimator, especially for helmet with visor - incorporates circular polarisation selector followed by semi-reflective spherical mirror and linear reflective polariser
FR2693004A1 (en) * 1992-04-03 1993-12-31 Thomson Csf Optical collimator for visor of protective helmet etc. - comprises sequence of linear polariser, spherical mirror, slide and flat mirror, with reflection of mirrors controlled by surface coatings
US5325386A (en) * 1992-04-21 1994-06-28 Bandgap Technology Corporation Vertical-cavity surface emitting laser assay display system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4674837A (en) * 1983-04-13 1987-06-23 Bruker Medizintechnik Gmbh Apparatus for producing complete three-dimensional images of a spatial object
EP0195584A2 (en) * 1985-03-14 1986-09-24 Tektronix, Inc. Light reflecting three-dimensional display system
FR2685101A1 (en) * 1991-12-17 1993-06-18 Thomson Csf Wide-field high-brightness compact collimination device
FR2693004A1 (en) * 1992-04-03 1993-12-31 Thomson Csf Optical collimator for visor of protective helmet etc. - comprises sequence of linear polariser, spherical mirror, slide and flat mirror, with reflection of mirrors controlled by surface coatings
US5325386A (en) * 1992-04-21 1994-06-28 Bandgap Technology Corporation Vertical-cavity surface emitting laser assay display system
FR2690534A1 (en) * 1992-04-24 1993-10-29 Thomson Csf Optical collimator, especially for helmet with visor - incorporates circular polarisation selector followed by semi-reflective spherical mirror and linear reflective polariser

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2880956A1 (en) * 2005-01-20 2006-07-21 Rosenthal Patrick Olivier Levy IMPROVEMENTS IN A VISUALIZATION SYSTEM OF IMAGES NOTABLY IN RELIEF
FR2880955A1 (en) * 2005-01-20 2006-07-21 Rosenthal Patrick Olivier Levy IMPROVEMENTS TO A SYSTEM OF VISUALIZATION OF IMAGES IN RELIEF
WO2006077324A1 (en) * 2005-01-20 2006-07-27 3Dsolar Ltd. Two-screen three-dimensional image display system
WO2006077323A1 (en) * 2005-01-20 2006-07-27 3Dsolar Ltd. System for displaying images in three dimensions

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