FR2950445A1

FR2950445A1 - Real image e.g. aerial image, visualization method for e.g. advertisement application, involves superimposing real images using hologram assuring refractive or specular function and lambertian scattering or mixer function

Info

Publication number: FR2950445A1
Application number: FR0904552A
Authority: FR
Inventors: Alain Conraud
Original assignee: 3D EVENT
Current assignee: 3D EVENT
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2011-03-25
Anticipated expiration: 2029-09-24
Also published as: FR2950445B1

Abstract

The method involves superimposing real images (5) such as physical and aerial images, using a hologram assuring a refractive or specular function and a lambertian scattering or mixer function. A unique visual field is formed under the form of a spatial stack of layers by producing the superimposed images. The physical image is formed on a material surface, and the aerial image is floated in front of the physical image. An independent claim is also included for a device for visualization of real images.

Description

La présente invention concerne un procédé ou des dispositifs optiques de visualisation d'une pluralité d'images réelles de sources différentes sur un même axe optique, au moyen d'un hologramme, dont au moins une image est dite aérienne et localisée en aval dudit hologramme, soit en jaillissement en direction d'un public. Le domaine technique concerne les procédés optiques permettant, au moyen d'un hologramme, la visualisation d'une pluralité d'images réelles de sources différentes sur un même axe optique. Selon l'état de la technique, il est connu des procédés ou dispositifs à base de moyens optiques holographiques permettant la visualisation d'images réelles, soit au plan d'un hologramme ou soit en aval de celui-ci. Il est aussi connu des procédés ou dispositifs à base de moyens optiques holographiques permettant la visualisation d'images réelles multiples afin d'achever une fonction stéréoscopique ou auto-stéréoscopique ou mufti- stéréoscopique ; ce qui n'est pas le cas de la présente invention. Les problèmes techniques à résoudre sont les suivants : The present invention relates to a method or optical devices for displaying a plurality of real images of different sources on the same optical axis, by means of a hologram, of which at least one image is said to be aerial and located downstream of said hologram. , or gushing in the direction of an audience. The technical field relates to optical methods allowing, by means of a hologram, the visualization of a plurality of real images of different sources on the same optical axis. According to the state of the art, there are known methods or devices based on holographic optical means for viewing real images, either in the plane of a hologram or downstream thereof. There are also known methods or devices based on optical holographic means allowing the visualization of multiple real images in order to complete a stereoscopic or auto-stereoscopic or multi-stereoscopic function; which is not the case of the present invention. The technical problems to be solved are the following:

• présenter à un public une pluralité d'images réelles de sources différentes sur un même axe optique dont au moins une image soit aérienne et en jaillissement, ou autrement dit, « flottante » en direction d'un public observateur, • superposer et décaler longitudinalement ces images l'une par rapport à l'autre, • fournir un dispositif optique de structure simple et compacte, • produire un nombre d'images, chacune décalée longitudinalement par rapport à toutes les autres, • contenir tous les axes optiques (sources d'images & images formées) dans un même plan. To present to a public a plurality of real images from different sources on the same optical axis, of which at least one image is aerial and spurting, or in other words "floating" towards an observing public, superimposing and longitudinally shifting these images relative to each other, • provide an optical device of simple and compact structure, • produce a number of images, each offset longitudinally relative to all others, • contain all the optical axes (sources of 'images & images formed) in the same plane.

Les dispositifs selon l'invention permettent de remédier à ces inconvénients Il s'agit d'un procédé optique dit holographique de visualisation d'une pluralité d'images réelles de sources différentes. Suivant l'invention, ces problèmes techniques sont résolus à l'aide d'un procédé ou de dispositifs optiques de visualisation d'une pluralité d'images réelles de sources différentes sur un même axe optique, images superposées et décalées longitudinalement l'une par rapport à l'autre, dont au moins une image est dite physique, formée sur une surface matérielle et dont au moins une autre image est dite aérienne, en jaillissement en direction d'un public, flottante en avant de l'image dite physique, et visible sans lunettes particulières ni autres prothèses, 2 caractérisé en ce que cette superposition d'images se réalise au moyen d'un hologramme assurant au moins une fonction réfractive ou spéculaire et au moins une fonction de diffusion lambertienne ou de mélangeur. la superposition d'images dont au moins l'une est dite physique et dont au moins une autre est dite aérienne, se réalise au moyen des principes de l'optique holographique des fonctions combinées afin de produire plusieurs images issues de fonctions différentes. L'image formée par l'hologramme est dite dans l'axe optique, soit à la normale de cet hologramme, mais la source d'images ou l'objet se localise hors de cet axe optique, ce qui réalise que l'image formée n'est pas dans l'alignement de sa source ou de son objet et, en conséquence, que le champ en amont de l'hologramme est ainsi libre et disponible pour d'autres images. Cette situation implique la possibilité de produire un ensemble N d'images, superposées en cascade les unes derrière les autres, créant ainsi un champ 15 visuel unique sous la forme d'un empilement spatial à N couches. Suivant cette invention, tous les axes optiques (sources d'images & images formées) sont contenus dans un même plan. Suivant une première forme d'exécution de ce dispositif, l'hologramme incorpore une fonction de diffusion lambertienne et une fonction réfractive, 20 Suivant une seconde forme d'exécution de ce dispositif, l'hologramme incorpore une fonction de mélangeur et une fonction spéculaire L'invention est décrite en référence aux 8 dessins annexés représentant, à titre d'exemples non limitatifs, les formes de réalisation préférées du dispositif optique qu'elle concerne. 25 L'invention trouve diverses applications. II s'agit de la superposition spatiale d'images réelles. Suivant une première application, il s'agit de réaliser une animation avec création à partir d'un écran d'aspect invisible, plus précisément transparent, de deux images réelles sur un même axe optique, décalées longitudinalement dont au moins l'une est dite aérienne et localisée en avant de 30 l'écran. Il s'agit par exemple d'avoir un écran invisible au niveau d'un mur ou de toute autre paroi, et de créer un effet de surprise pour les personnes se localisant devant ce mur ou cette paroi, en faisant apparaître, simultanément ou non, une image au niveau du mur ou de la paroi, et une seconde image, aérienne et jaillissante, en avant de la première. 35 Une autre application de l'invention consiste à obtenir deux images décalées longitudinalement l'une par rapport à l'autre, l'une formée sur un écran physique (comme un écran plasma, LCD, à LED, ou OLED, à titre d'exemples), et l'autre située en avant de l'écran, c'est-à-dire en jaillissement pouvant être un message d'alerte. The devices according to the invention make it possible to remedy these drawbacks. It is an optical method called holographic display of a plurality of real images from different sources. According to the invention, these technical problems are solved by means of a method or optical devices for displaying a plurality of real images of different sources on the same optical axis, superimposed images and longitudinally offset one by one. relation to the other, of which at least one image is said to be physical, formed on a material surface and of which at least one other image is said to be aerial, gushing in the direction of a public, floating in front of the so-called physical image, and visible without particular glasses or other prostheses, 2 characterized in that this superposition of images is achieved by means of a hologram ensuring at least one refractive or specular function and at least one Lambertian scattering function or mixer. the superposition of images of which at least one is said to be physical and of which at least one is said to be aerial, is realized by means of the principles of the holographic optics of the combined functions in order to produce several images resulting from different functions. The image formed by the hologram is said in the optical axis, ie to the normal of this hologram, but the source of images or the object is located outside this optical axis, which realizes that the image formed is not in alignment with its source or object and, therefore, that the field upstream of the hologram is thus free and available for other images. This situation implies the possibility of producing a set N of images, cascaded one behind the other, thus creating a single visual field in the form of an N-layer spatial stack. According to this invention, all the optical axes (image sources and images formed) are contained in the same plane. According to a first embodiment of this device, the hologram incorporates a Lambertian scattering function and a refractive function. In a second embodiment of this device, the hologram incorporates a mixer function and a specular function. The invention is described with reference to the accompanying drawings showing, by way of non-limiting examples, the preferred embodiments of the optical device to which it relates. The invention has various applications. This is the spatial superposition of real images. According to a first application, it is a question of creating an animation with creation from a screen of invisible aspect, more precisely transparent, of two real images on the same optical axis, longitudinally offset, of which at least one is said to be aerial and located in front of the screen. It is for example to have an invisible screen at a wall or any other wall, and to create a surprise effect for people locating in front of the wall or wall, showing, simultaneously or not , an image at the level of the wall or wall, and a second image, aerial and gushing, in front of the first. Another application of the invention consists in obtaining two images offset longitudinally with respect to each other, one formed on a physical screen (such as a plasma, LCD, LED, or OLED screen, as a examples), and the other one in front of the screen, that is to say in spouting which can be an alert message.

II est aussi possible d'envisager un ensemble N d'images, superposées en cascade les unes derrière les autres, ce qui crée un champ visuel ainsi unique mais dense ou « riche » en contenu, ce champ étant un empilement spatial à N couches. L'application, dans ce cas, consiste à exploiter un plus ou moins grand nombre d'images empilées spatialement sur un même axe optique, ou autrement dit, sur un même axe visuel. La figure 1 présente le principe du procédé selon un 1 er dispositif. Un hologramme de transmission (1) intervenant comme une optique holographique est représentée sur son axe optique. 10 L'architecture optique contient 2 sources d'images (2,3) localisées hors de l'axe optique. Les flux issus de ces 2 sources d'images (2,3) agissent comme faisceaux de restitution de l'hologramme (1). La part diffractée de ces flux à l'émergence de l'hologramme (1) se propage dans 15 la direction de l'axe optique. La part non difractée de ces flux à l'émergence de l'hologramme s'évacue en dehors de l'axe optique. La figure 2 présente le cas classique d'une vidéo-projection sur un écran holographique (1). Une image réelle est formée sur le plan de l'hologramme (1) à 20 partir d'une projection sous un angle d'incidence que l'on a réglé et optimisé afin de maximiser la diffraction à l'émergence de l'hologramme (1). Le vidéo-projecteur (4) est équipé d'un objectif apte à former une image sur un écran non localisé à la normale de celui-ci. La figure 3 présente la fonction de la source d'image (3). 25 Cette source se constitue d'une surface dont chaque point (ou chaque pixel) diffuse en direction de chaque point constituant la surface de l'hologramme (1). La figure 4 présente l'architecture optique d'un hologramme (1) incluant une fonction de diffusion lambertienne en son plan ainsi qu'une fonction de lentille positive. 30 La fonction diffusante forme une image réelle plane localisée au plan strict de l'hologramme qui intervient comme un écran. Cette image plane se forme au moyen d'un projecteur d'image (4) comme un vidéo-projecteur ou un projecteur de diapositives à titre d'exemples non limitatifs. La fonction de lentille positive forme une image réelle (5) dite aérienne, plane ou 35 volumique, selon que la source d'image (3) soit plane ou volumique, en jaillissement de l'écran holographique en direction du public. Cette fonction holographique de lentille réalise l'équivalent d'une lentille réelle présentant le meilleur stigmatisme possible sur son plan anti-principal image. It is also possible to envisage a set N of images, superimposed in a cascade one behind the other, which creates a visual field thus unique but dense or "rich" in content, this field being a spatial stack with N layers. The application, in this case, consists in exploiting a greater or lesser number of images stacked spatially on the same optical axis, or in other words, on the same visual axis. Figure 1 shows the principle of the method according to a 1st device. A transmission hologram (1) acting as a holographic optics is represented on its optical axis. The optical architecture contains 2 image sources (2,3) located outside the optical axis. The fluxes from these 2 image sources (2, 3) act as retrieval beams of the hologram (1). The diffracted portion of these flows at the emergence of the hologram (1) propagates in the direction of the optical axis. The undifferentiated part of these flows at the emergence of the hologram is evacuated outside the optical axis. Figure 2 presents the classic case of a video-projection on a holographic screen (1). A real image is formed on the plane of the hologram (1) from projection at an angle of incidence which has been adjusted and optimized to maximize the diffraction at the emergence of the hologram ( 1). The video projector (4) is equipped with a lens capable of forming an image on a non-localized screen normal to it. Figure 3 shows the function of the image source (3). This source consists of a surface from which each point (or each pixel) diffuses towards each point constituting the surface of the hologram (1). Figure 4 shows the optical architecture of a hologram (1) including a lambertian scattering function in its plane as well as a positive lens function. The diffusing function forms a real plane image located at the strict plane of the hologram which acts as a screen. This flat image is formed by means of an image projector (4) such as a video projector or a slide projector as non-limiting examples. The positive lens function forms a so-called aerial, plane or volume image (5), depending on whether the image source (3) is planar or volumic, spurting out of the holographic screen towards the public. This holographic lens function achieves the equivalent of a real lens presenting the best possible stigma on its anti-main image plane.

L'image en jaillissement est visible directement car elle est diffusante. Ainsi, la fonction de diffusion présente à la surface de la source (3) est reconduite à la surface de l'image réelle (5). Les dimensions de l'hologramme (1) devant celles de la source d'image (3) conditionnent l'ouverture d'un champ angulaire de vision à partir du lieu de l'image réelle (5) formée. L'hologramme (1) agit comme une fenêtre à travers laquelle il est possible de voir, de façon directe, d'autres images formées à l'arrière et en retrait de cet hologramme ; ces images se superposent et se décalent longitudinalement à celles déjà formées : celle dite aérienne et celle produite au plan de l'hologramme. La figure 5 présente le principe du procédé selon un 2ème dispositif. Un hologramme de réflexion (6) intervenant comme une optique holographique est représentée sur son axe optique. L'architecture optique contient 2 sources d'images ; l'une (3) est localisée hors de l'axe optique, l'autre (7) est localisée sur l'axe optique. Le flux issu de la source d'images (3) agit comme faisceau de restitution de l'hologramme (1). Le flux issu de la source d'images (7) est transmis directement à travers l'hologramme sans diffraction. The spurt image is visible directly because it is diffusing. Thus, the diffusion function present on the surface of the source (3) is returned to the surface of the real image (5). The dimensions of the hologram (1) in front of those of the image source (3) condition the opening of an angular field of view from the place of the actual image (5) formed. The hologram (1) acts as a window through which it is possible to see, in a direct way, other images formed at the rear and behind this hologram; these images are superimposed and offset longitudinally to those already formed: the so-called aerial and the one produced in the plane of the hologram. Figure 5 shows the principle of the method according to a second device. A reflection hologram (6) acting as a holographic optic is represented on its optical axis. The optical architecture contains 2 image sources; one (3) is located off the optical axis, the other (7) is located on the optical axis. The stream from the image source (3) acts as a restitution beam of the hologram (1). The stream from the image source (7) is transmitted directly through the hologram without diffraction.

La part diffractée du flux issu de la source (3) à l'émergence de l'hologramme se propage dans la direction de l'axe optique. La part non difractée de ce flux à l'émergence de l'hologramme (6) s'évacue en dehors de l'axe optique. La figure 6 présente l'architecture optique d'un hologramme (6) incluant une fonction de miroir concave positif, ainsi qu'une fonction de mélangeur par transmission. La fonction de mélangeur assure la transmission totale et neutre d'une image physique et réelle (7) localisée à l'arrière de l'hologramme (6), en recul ou en contact de celui-ci. The diffracted part of the flux coming from the source (3) at the emergence of the hologram propagates in the direction of the optical axis. The undifferentiated part of this flow at the emergence of the hologram (6) is evacuated outside the optical axis. Figure 6 shows the optical architecture of a hologram (6) including a positive concave mirror function, as well as a transmission mixer function. The mixer function ensures the total and neutral transmission of a physical and real image (7) located at the back of the hologram (6), recoiling or in contact therewith.

Cette image physique (7) est produite par un écran LCD ou plasma ou à LED ou OLED à titre d'exemples non limitatifs La fonction de miroir concave positif forme une image réelle (8) dite aérienne, plane ou volumique, selon que la source d'image (3) soit plane ou volumique, en jaillissement de l'hologramme en direction du public. This physical image (7) is produced by an LCD or plasma or LED or OLED as non-limiting examples. The positive concave mirror function forms a real image (8) called air, plane or volume, depending on whether the source of image (3) either planar or volumic, sprouting from the hologram towards the public.

Cette fonction holographique de miroir réalise l'équivalent d'un miroir concave physique présentant le meilleur stigmatisme possible sur son plan anti-principal image. This holographic mirror function achieves the equivalent of a physical concave mirror exhibiting the best possible stigma on its anti-main image plane.

L'image en jaillissement est visible directement car elle est diffusante. Ainsi, la fonction de diffusion présente à la surface de la source (3) est reconduite à la surface de l'image réelle (8). Les dimensions de l'hologramme (6) devant celles de la source d'image (3) conditionnent l'ouverture d'un champ angulaire de vision à partir du lieu de l'image réelle (8) formée. La figure 7 présente une réalisation pratique du dispositif décrit au moyen des figures 5 et 6. La source d'image (3) est contenue dans un boîtier (9) de telle sorte que la surface diffusante de la source ne soit la moins visible possible d'un public observateur. L'hologramme (6) est en contact ou presque de l'écran produisant l'image physique (7). Une image réelle (8) dite aérienne est formée en jaillissement de l'image physique (7). La figure 8 présente une réalisation pratique du dispositif décrit au moyen des figures 2,3 et 4. La source d'image (3) est contenue dans un boîtier (9) de telle sorte que la surface de diffusante de la source ne soit la moins visible possible d'un public observateur. L'hologramme (1) rayonne une image formée sur son plan à partir d'un projecteur (4). Une image réelle (5) dite aérienne est formée en jaillissement de l'hologramme (1). The spurt image is visible directly because it is diffusing. Thus, the diffusion function present on the surface of the source (3) is returned to the surface of the real image (8). The dimensions of the hologram (6) in front of those of the image source (3) condition the opening of an angular field of view from the place of the actual image (8) formed. FIG. 7 shows a practical embodiment of the device described by means of FIGS. 5 and 6. The image source (3) is contained in a housing (9) in such a way that the diffusing surface of the source is not as visible as possible an observer audience. The hologram (6) is in or near contact with the screen producing the physical image (7). A so-called aerial real image (8) is formed in gushing of the physical image (7). FIG. 8 shows a practical embodiment of the device described by means of FIGS. 2, 3 and 4. The image source (3) is contained in a housing (9) in such a way that the diffusing surface of the source is not the less visible to an observer audience. The hologram (1) radiates an image formed on its plane from a projector (4). A so-called aerial real image (5) is formed in spurting of the hologram (1).

Le dispositif selon l'invention et toutes les variantes présentées, sont particulièrement destinés aux domaines de l'affichage d'informations visuelles, de la publicité, des expositions, de l'animation, du spectacle, et des loisirs. The device according to the invention and all the variants presented, are particularly intended for the fields of visual information display, advertising, exhibitions, animation, entertainment, and entertainment.

Claims

CLAIMS1) Method or optical devices for displaying a plurality of real images of different sources on the same optical axis, superimposed images and offset longitudinally with respect to each other, of which at least one image is said to be physical, formed on a material surface and of which at least one other image is said to be aerial, jutting towards a public, floating in front of the so-called physical image, and visible without particular glasses or other prostheses, characterized in that this superposition of Images are produced by means of a hologram ensuring at least one refractive or specular function and at least one Lambertian scattering function or mixer.

2) Method according to claim 1, characterized in that the superposition of images of which at least one is said to be physical and of which at least one other is said to be aerial, is realized by means of the principles of the holographic optics of the combined functions. to produce multiple images from different functions.

3) Process according to claims 1 and 2, characterized in that it is possible to produce a set N of images, superimposed in a cascade behind one another, thus creating a single visual field in the form of a spatial stack to N layers by means that the image formed by the hologram is said in the optical axis, ie to the normal of this hologram, but that the source of images or the object is located outside this optical axis, this which realizes that the image formed is not in alignment with its source or object and, therefore, that the field upstream of the hologram is thus free and available for other images.

4) Device for implementing the method according to one of claims 1 to 3, characterized in that all the optical axes (image sources & images formed) are contained in the same plane.

5) Device for implementing the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that several images are derived from different functions by means of a hologram (1) including a lambertian scattering function in its plane as well as a positive lens function.

6) Device according to claim 5, characterized in that the Lambertian scattering function forms a real plane image located in the strict plane of the hologram (1), this image being formed by means of a projection at an angle of incidence that has been tuned and optimized to maximize the diffraction at the emergence of the hologram, which realizes that this hologram acts as a screen.

7) Device according to claim 5, characterized in that the positive lens function forms a real image (5), flat or volume depending on whether the image source (3) is planar or volumic, springing from the holographic screen (1) towards a public by means that this holographic lens function achieves the equivalent of a real lens presenting the best possible stigma on its anti-main image plane for a physical object, plan or volume.

8) Device according to claim 5, characterized in that other images are formed at the rear and behind the hologram (1), these images overlapping and shifting longitudinally to those already formed (the so-called aerial and that produced in the plane of the hologram) by means that the hologram (1) acts as a window through which it is possible to see in a direct way.

9) Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that several images are derived from different functions by means of a hologram (6) including a positive concave mirror function and a mixer function by transmission.

10) Device according to claim 9, characterized in that the mixer function ensures the total and neutral transmission of a physical image (7) and actual located at the rear of the hologram (6), recoiling or in contact of it, which ensures full vision and directly of said physical image. 30

11) Device according to claim 9, characterized in that the positive concave mirror function forms a real image (8), flat or volume depending on whether the image source (3) is planar or volume, spurting the hologram (6) towards an audience by means that this concave mirror holographic function achieves the equivalent of a physical concave mirror having the best possible stigma on its anti-principal image plane for a physical, planar or volume object.

12) Device according to claims 5 and 9, characterized in that the spurting image (5, 8) is directly visible because it is diffusing by means of the diffusion function present on the surface of the image source ( 3) is returned to the surface of said spurt image (5, 8). 5

13) Device according to claims 5 and 9, characterized in that the dimensions of the hologram (1,6) in front of those of the image source (3) condition the opening of an angular field of view from the place of the actual image (5,8) formed.

14) Device according to claims 5 and 9, characterized in that the diffusing surface of the image source (3) is the least visible possible of an observer audience by means that this image source (3) is contained in a housing (9). 10