FR3080470A1 - Dispositif optique pour l'affichage d'image holographique - Google Patents

Dispositif optique pour l'affichage d'image holographique Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif optique (1) pour l'affichage d'image holographique (2) comportant au moins une source lumineuse (4) et une plaque holographique (6), ladite plaque holographique comportant une face d'entrée des rayons lumineux émis par ladite source lumineuse, une face de sortie (18) desdits rayons ainsi que des éléments optiques diffractifs configurés pour afficher en sortie de la plaque holographique une image définie en fonction des rayons lumineux émis par la source lumineuse (4) de manière à former l'image holographique. La source lumineuse est configurée pour prendre au moins deux configurations géométriques différentes, la source et la plaque étant par ailleurs configurées pour que les éléments optiques diffractifs permettent l'affichage d'une première image lorsque la source lumineuse est dans une première configuration géométrique et pour que les éléments optiques diffractifs permettent l'affichage d'une deuxième image lorsque la source lumineuse est dans une deuxième configuration géométrique.

Description

DISPOSITIF OPTIQUE POUR L’AFFICHAGE D’IMAGE HOLOGRAPHIQUE
Le domaine de la présente invention est celui des dispositifs optiques, et plus particulièrement des dispositifs optiques pour l'affichage d’image holographique. Ces dispositifs optiques peuvent notamment être appliqués sur des véhicules automobiles, pour des systèmes d’éclairage intérieur ou extérieur.
On connaît différents types de dispositifs optiques configurés pour l’affichage d’image holographique, parmi lesquels :
les écrans auto-stéréoscopiques, qui permettent l’obtention d’une image tridimensionnelle qui peut être dynamique mais avec une résolution limitée, et qui présentent l’inconvénient de ne pas être transparents, et donc de ne pas laisser passer le cas échéant la lumière que pourrait projeter une autre source de lumière ;
- les éléments optiques diffractifs, qui peuvent être transparents mais qui ne permettent pas la réalisation d’une image dynamique. Les dispositifs optiques de ce deuxième type comportent au moins une source lumineuse et un guide de lumière ou une lentille sur lequel ou laquelle est ménagé au moins un élément optique diffractif, le guide de lumière ou la lentille pouvant alors être connu sous la dénomination de plaque holographique. L’image projetée suite à l’activation de la source lumineuse et la diffraction des rayons émis est vue selon différents angles lorsque l’on tourne autour de l’image projetée. On comprend aisément qu’il est dès lors possible de mettre en œuvre un dispositif optique selon l’art antérieur pour un système d’éclairage extérieur, où un observateur extérieur peut se déplacer pour avoir l’effet dynamique de l’image holographique, mais qu’un tel dispositif ne peut convenir à l’affichage d’une image dynamique pour un conducteur qui doit rester dans sa position de conduite.
L’invention s’inscrit dans ce contexte de mise en œuvre d’un dispositif d’affichage d’image holographique et elle vise à proposer une alternative aux dispositifs optiques existants qui permette de réaliser l’affichage d’une image holographique dynamique, c’est-à-dire l’affichage d’une image évoluant dans le temps pour un observateur restant fixe, et notamment pour un conducteur auquel on souhaite afficher une image holographique, que celui-ci soit un pictogramme d’indication d’une situation de conduite ou bien une image. Plus particulièrement, on entend par image holographique une image tridimensionnelle affichée sur une plaque holographique, ou bien à distance de celle-ci, de manière à donner à l’observateur une impression que l’image est en relief et disposée entre lui-même et le support d’affichage de l’image tridimensionnelle.
Plus particulièrement, l’invention concerne un dispositif optique pour l’affichage d’image holographique comportant au moins une source lumineuse et une plaque holographique, ladite plaque holographique comportant une face d’entrée des rayons lumineux émis par ladite source lumineuse, une face de sortie desdits rayons lumineux ainsi que des éléments optiques diffractifs configurés pour afficher en sortie de la plaque holographique une image définie en fonction des rayons émis par la source lumineuse de manière à former l’image holographique. La source lumineuse est configurée pour prendre au moins deux configurations géométriques différentes, la source lumineuse et la plaque holographique étant par ailleurs configurées pour que les éléments optiques diffractifs permettent l’affichage d’une première image lorsque la source lumineuse est dans une première configuration géométrique et pour que les éléments optiques diffractifs permettent l’affichage d’une deuxième image lorsque la source lumineuse est dans une deuxième configuration géométrique.
Selon différentes caractéristiques de l’invention, prises respectivement seules ou en combinaison avec d’autres caractéristiques, on pourra prévoir que :
- les éléments optiques diffractifs sont agencés sur une face de la plaque holographique en regard de la face de sortie ; alternativement, les éléments optiques diffractifs peuvent être agencés sur la face de sortie de la plaque holographique.
- la source lumineuse et la plaque holographique sont agencées pour que les éléments optiques diffractifs fonctionnent en transmission, les éléments optiques diffractifs étant agencés sur la face d’entrée ou sur la face de sortie de la plaque holographique ;
- la source lumineuse est mobile dans plusieurs directions ;
- la source lumineuse et la plaque holographique sont agencées pour que les éléments optiques diffractifs fonctionnent pour une onde incidente guidée au préalable à l’intérieur de la plaque holographique par une succession de réflexions totales internes ;
- la face d’entrée de la plaque holographique est formée par une tranche de la plaque holographique ; cette tranche peut notamment être perpendiculaire à la face de sortie dans le cas d’une plaque holographique plane, étant entendu que la plaque holographique peut prendre la forme d’une nappe courbe, la face d’entrée étant formée par l’une des tranches ;
- les éléments optiques diffractifs sont configurés pour ne diffracter vers l’extérieur de la plaque holographique que la lumière guidée dans cette plaque holographique ;
- la source lumineuse comporte au moins une diode électroluminescente.
La source lumineuse peut consister en une source qui présente une unique zone d’émission présentant une surface d’émission constante, la source étant rendue mobile dans son ensemble, entre une première position, dans laquelle elle participe à la formation de la première image, et une deuxième position, dans laquelle elle participe à la formation de la deuxième image.
A titre de variante, la source lumineuse peut consister en une série de zones d’émission activables sélectivement par l’intermédiaire d’un module de contrôle, l’activation desdites zones d’émission étant pilotée pour donner au moins à la source lumineuse une première configuration dans laquelle une ou plusieurs premières zones d’émission sont allumées et qui correspond à la formation de la première image, et une deuxième configuration dans laquelle une ou plusieurs deuxièmes zones d’émissions sont allumées et qui correspond à la formation de la deuxième image.
Dans ces deux exemples de réalisation d’une source lumineuse, pour que l’invention fonctionne, il faut que l’angle apparent de la source vu du pixel soit strictement inférieur à l’angle de stéréoscopie, c’est-à-dire l’angle apparent formé par les deux yeux, vu de ce même pixel. Pour que l’invention fonctionne, il faut en effet que chaque œil puisse recevoir une image différente pour former une image tridimensionnelle.
Ici, on appelle pixel un point qui est disposé sur la structure diffractive formée par les éléments optiques diffractifs et qui est responsable de la formation d’une partie d’une image.
Dans le cas d’une source mobile, l’unique zone d’émission est dimensionnée pour respecter cette considération géométrique et dans le cas d’une source à plusieurs zones d’émission activables sélectivement, le nombre et la taille des zones pouvant être allumées sont prévus pour également respecter cette considération géométrique.
Selon d’autres caractéristiques, prises seules ou en combinaison avec d’autres caractéristiques relatives à un exemple de réalisation où la source lumineuse consiste en une série d zones d’émission activables sélectivement, on pourra prévoir que :
- le module de contrôle est configuré pour réaliser un allumage progressif et/ou une extinction progressive des zones d’émission de la source lumineuse ;
- le module de contrôle est configuré pour réaliser un allumage simultané de deux zones d’émission de la source lumineuse pendant une durée de transition prédéterminée ;
- le module de contrôle est configuré pour réaliser un allumage successif des zones d’émission selon une direction continue d’une extrémité à l’autre de la source lumineuse.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif, en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique, vue de côté, d’un dispositif optique d’affichage d’image holographique selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans lequel la source lumineuse est disposée en regard d’une tranche d’une plaque holographique ;
- la figure 2 est une représentation schématique, vue de côté, d’un dispositif optique d’affichage d’image holographique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, dans lequel la source lumineuse est disposée en regard d’une grande face, opposée à la face de sortie, d’une plaque holographique ;
- la figure 3 est une représentation schématique, vue de face, de l’image holographique affichée en fonction de la configuration géométrique de la source lumineuse, dans un dispositif optique selon le premier mode de réalisation de la figure 1 ;
- la figure 4 est une représentation équivalente à celle de la figure 3, dans un dispositif optique selon le premier mode de réalisation de la figure 2 ;
- la figure 5 est une représentation schématique, vue de dessus, de la variation d’image affichée par un dispositif optique selon l’invention en fonction de la configuration géométrique de la source lumineuse, deux positions de cette source lumineuse étant ici représentées.
faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, lesdites figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. 11 est également à noter que les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères sur l'ensemble des figures.
Un dispositif optique 1 selon l’invention est configuré pour l’affichage d’image holographique 2 dynamique, c’est-à-dire une image en trois dimensions apparaissant mobile pour un observateur immobile. Dans ce contexte, le dispositif optique trouve particulièrement un avantage à son application pour un système d’éclairage intérieur, avec un conducteur à qui on affiche aussi bien un logo en plusieurs dimensions pour des raisons d’esthétique ou d’imagerie identitaire de la marque du véhicule par exemple, qu’un pictogramme pouvant donner des indications sur la situation de conduite, par exemple une situation à risque. Bien entendu, si l’application à un système d’éclairage intérieur est particulièrement avantageuse, elle pourra également sans sortir du contexte de l’invention être appliqué pour un système d’éclairage extérieur.
Le dispositif optique 1 comporte au moins une source lumineuse 4 et un guide de lumière, qui présente ici la forme d’une plaque dite holographique 6.
La plaque holographique 6 comporte une structure diffractive qui permet de contrôler l’émission de lumière à travers la plaque de sorte à former, ici dans l’habitacle du véhicule, une image holographique 2 prédéfinie, visible en trois dimensions par un observateur présent dans l’habitacle et notamment le conducteur. En d’autres termes, des éléments optiques diffractifs 8 sont ménagés à l’intérieur ou en surface de la plaque holographique 6 pour dévier les rayons lumineux amenés à circuler dans la plaque, pour former en sortie une image holographique 2.
La source lumineuse 4 et la plaque holographique 6 sont configurées pour que les éléments optiques diffractifs 8 permettent l’affichage d’une première image lorsque la source lumineuse 4 est dans une première configuration géométrique et pour que ces mêmes éléments optiques diffractifs 8 permettent l’affichage d’une deuxième image lorsque la source lumineuse est dans une deuxième configuration géométrique. On décrira ci-après plus en détails la notion de configuration géométrique, notamment en référence à deux exemples de réalisation où la source est soit mobile pour prendre différentes positions d’émission, soit fixe mais avec plusieurs zones d’émission activables sélectivement.
Par ailleurs, et tel que cela sera décrit ci-après plus en détails également, un premier mode de réalisation de l’invention est tel que la source lumineuse 4 et la plaque holographique 6 sont agencées pour que les éléments optiques diffractifs 8 fonctionnent pour une onde incidente guidée au préalable à l’intérieur de la plaque holographique par une succession de réflexions totales internes, et un deuxième mode de réalisation de l’invention est tel que la source lumineuse et la plaque holographique sont agencées pour que les éléments optiques diffractifs fonctionnent en transmission.
Dans ce qui va suivre, le premier mode de réalisation de l’invention est associé à une source lumineuse selon un premier exemple de réalisation et le deuxième mode de réalisation de l’invention est associé à une source lumineuse selon un deuxième exemple de réalisation, afin de décrire chacun des modes et exemples, mais il sera compris que ceux-ci peuvent être combinés différemment sans sortir du contexte de l’invention.
La plaque holographique 6 formant guide de lumière présente la forme d’une nappe, avec deux grandes faces 10, 12 disposées parallèlement l’une à l’autre et quatre tranches de fermeture 14 reliant ces deux grandes faces, une parmi les grandes faces et les tranches de fermeture formant une face d’entrée de lumière 16.
Dans l’exemple illustré, la plaque holographique 6 formant guide de lumière présente la forme d’une plaque parallélépipédique, mais il sera compris que la plaque holographique, sans sortir du contexte de l’invention, peut être courbe.
Fonctionnellement, la plaque holographique comporte une face d’entrée 16 des rayons lumineux émis par la source lumineuse et une face de sortie 18 de ces rayons après guidage des rayons à l’intérieur de la plaque depuis la face d’entrée vers la face de sortie. La face de sortie 18 est une des grandes faces 12 de la plaque, tournée vers l’observateur, à savoir le conducteur et/ou les passagers du véhicule, pour permettre l’affichage de l’image holographique 2 en direction de cet habitacle.
La plaque holographique 6 comporte des éléments optiques diffractifs pour réaliser une diffraction appropriée sur les rayons pénétrant ou circulant dans la plaque holographique afin de permettre l’affichage en sortie de la plaque de l’image holographique souhaitée.
Les éléments optiques diffractifs 8 peuvent être agencés sur la face de sortie 18, ou bien être agencés sur la grande face 10 opposée à la face de sortie 18 et ils peuvent notamment être réalisés de manière à s’étendre vers l’intérieur de la plaque holographique. De façon connue, les éléments optiques diffractifs sont agencés en réseau dont la forme est définie par calcul. Plus particulièrement, la structure d’un réseau diffractif est pixelisée, cette pixellisation étant définie en calculant les paramètres de chaque réseau, chaque point de l’image finale étant formé par un des réseaux de la plaque, et cela pour chaque position de l’image tridimensionnelle à afficher. On fabrique ensuite la plaque par des techniques de réplication type lithographie et injection. Un agencement d’éléments diffractifs a été réalisé en pointillé sur la figure 1 sans que sa forme ici schématique soit limitative de l’invention.
Tel que cela a pu être décrit précédemment, ce que l’on appelle ici pixel est le motif réalisé sur la plaque holographique et associé à la formation d’un point sur l’image à afficher au final. Et ce pixel est divisé en sous pixel correspondant aux réseaux diffractifs permettant de réaliser ce point de l’image dans les différentes positions de l’image finale possible.
convient de noter que, si l’on parle de division du pixel, les sous pixels d’un même pixel sont répartis sur la plaque et ne sont pas tous regroupés dans une région définie de la plaque holographique.
En d’autres termes, la structure diffractive est divisée en pixels, chaque pixel étant luimême décomposé en sous-pixel, avec autant de sous-pixel que de vues souhaitées. Chaque sous pixel est alors un réseau avec ses paramètres propres, qui peuvent notamment consister en la direction de la structure, le pas, etc...
La plaque holographique 6 peut à titre d’exemple non limitatif être réalisée en polymère thermoplastique de type polyméthacrylate de méthyle (PMMA), permettant le guidage des rayons lumineux à travers la plaque holographique, de la face d’entrée à la face de sortie. D’autres types de matériaux transparents peuvent être utilisés, comme du polycarbonate (PC), du verre, ou encore de la silice ou du polyéthylène téréphtalate (PET).
Dans le premier mode de réalisation, illustré sur les figures 1 et 3, la face d’entrée 16 est formée par une tranche 14 de la plaque holographique et notamment une tranche correspondant au petit côté de cette plaque. La source lumineuse 4 est agencée en regard de cette face d’entrée, suffisamment proche de cette dernière pour s’assurer que la totalité ou presque des rayons lumineux émis pénètre dans la plaque holographique 6 par cette face d’entrée 16. De la sorte, la face d’entrée 16 et la face de sortie 18 de la plaque holographique 6 sont perpendiculaires l’une par rapport à l’autre.
Dans le deuxième mode de réalisation, illustré sur les figures 2 et 4, la face d’entrée 16 est formée par une grande face 10 opposée à la face de sortie 18. Là encore, la source lumineuse est agencée en regard de cette face d’entrée, étant noté que contrairement à ce qui a pu être illustré pour le premier mode de réalisation, il convient ici de respecter une distance minimum entre la source lumineuse et la face d’entrée. Cette distance minimum est fonction de la dimension de l’image que l’on veut afficher afin que le faisceau issu de la source, avec un angle d’émission d’environ 120°, couvre toute l’image. En éloignant la source, la largeur du faisceau interceptée est plus grande, ce qui permet d’obtenir une dimension d’image affichée suffisamment grande. On comprend que dans ce deuxième mode de réalisation, plus l’image souhaitée est grande plus il faudra éloigner la source lumineuse de la plaque holographique. En d’autres termes, pour une structure donnée, la distance entre la source lumineuse et la plaque holographique permet de contrôler la dimension de l’image visible.
convient de noter que dans l’exemple illustré sur la figure 2, la distance de la source lumineuse par rapport à la plaque holographique est à peu près à l’échelle tandis que l’épaisseur et le pas de la structure diffractive 8 a été exagérée pour la rendre visible.
Dans chacun des modes de réalisation précédemment évoqués, la source lumineuse 4 est configurée pour prendre au moins deux configurations géométriques différentes. Par configuration géométrique différente, on entend couvrir notamment deux exemples de réalisation distincts qui permettent tous les deux de modifier au cours de l’affichage de l’image holographique la zone d’émission des rayons lumineux.
Dans un premier exemple de réalisation, notamment visible sur les figures 1 et 3, la source lumineuse 4 est une source qui présente une unique surface d’émission, qui est montée mobile dans son ensemble, ici en coulissement le long d’un rail 20 pour prendre au moins deux positions d’émission différentes en regard de la face d’entrée 16, ici formée par une tranche de la plaque holographique. En d’autres termes, la source lumineuse 4 est une source mobile dans son ensemble entre une première position Pl, dans laquelle elle participe à la formation d’une première image holographique, c’est-à-dire une image holographique 2 affichée de manière à être visible par le conducteur du véhicule par exemple sous un premier angle, et une deuxième position P2, dans laquelle la source lumineuse participe à la formation d’une deuxième image, c’est-à-dire l’image holographique 2 telle que décrite ci-dessus et affichée de manière à être visible par le conducteur du véhicule par exemple sous un deuxième angle.
Selon différentes variantes de mise en œuvre de cet exemple de réalisation, on peut prévoir que la diode formant la source lumineuse 4 est allumée de façon continue au cours de son déplacement, avec une intensité constante ou bien une baisse d’intensité lorsque la source se déplace entre deux positions déterminées. La source lumineuse peut également être allumée uniquement lorsque la source lumineuse a atteint des points d’émission prédéterminés.
Sur la figure 1, on a illustré une source lumineuse 4 mobile en translation, ici le long de la plaque holographique selon une première direction Dl. Cette première direction D1 n’est pas liée à la structure diffractive mais au mouvement de l’image. Cette première direction peut être défini comme l’intersection entre d’une part la surface de la plaque holographique sur laquelle est réalisée la structure diffractive et d’autre part un plan dont la normale est l’axe de rotation souhaité pour l’image tridimensionnelle à afficher.
De la sorte, pour donner à l’observateur un effet pivotant de l’image affichée autour d’un axe de rotation vertical, il convient d’orienter la première direction Dl de translation horizontalement le long de la plaque holographique, tel que cela est illustré sur la figure 1. Et l’on comprend que pour donner à l’observateur un effet pivotant de l’image affichée autour d’un axe de rotation horizontal s’étendant le long de la plaque holographique, il convient d’orienter la première direction Dl verticalement.
En variante, on pourrait prévoir que la source lumineuse soit mobile en rotation, et notamment si ce premier exemple de réalisation de la source lumineuse est mis en œuvre dans le cadre du deuxième mode de réalisation avec la source lumineuse agencée en regard de la grande face de la plaque holographique à l’opposé de la face de sortie.
Dans un deuxième exemple de réalisation, notamment visible sur les figures 2 et 4, la source lumineuse 4 est fixe et elle comporte plusieurs zones d’émission que l’on peut activer sélectivement. A titre d’exemple, la source lumineuse consiste en une série de diodes électroluminescentes 22, disposées ici sur une unique carte de circuit imprimés 24, et la zone d’émission est déterminée en fonction des diodes qui sont allumées ou éteintes. Un module de contrôle 26 associé permet de piloter l’allumage et l’extinction de chacune des diodes électroluminescentes 22, les diodes étant adressables sélectivement. Dans l’exemple illustré sur la figure 4 notamment, les différentes zones d’émission sont formées respectivement par l’allumage d’une diode électroluminescente.
convient de noter que les différentes zones d’émission sont disposées de façon rectiligne mais que cet exemple de réalisation permet de disposer plus librement les zones d’émission, par exemple en cercle pour réaliser une zone d’émission rotative.
ίο
La pluralité de diodes, par exemple les cinq diodes du deuxième exemple de réalisation illustré, est agencée de sorte que ces diodes 22 sont disposées en série, ici selon la première direction D1 précédemment évoquée, étant entendu que cette orientation peut être modifiée pour faire pivoter différemment l’image tridimensionnelle à afficher.
Le déplacement de la source lumineuse 4 dans le premier exemple de réalisation ou l’activation sélective des diodes 22 formant zones d’émission dans le deuxième exemple de réalisation est piloté par l’intermédiaire d’un module de contrôle 26 tel que précédemment évoqué pour donner au moins à la source lumineuse 4 une première configuration géométrique qui correspond à la formation de la première image holographique tel que précédemment défini, et une deuxième configuration qui correspond à la formation de la deuxième image holographique tel que précédemment défini.
On comprend que dans le premier exemple de réalisation, les différentes configurations géométriques correspondent à des configurations spatiales qui sont respectivement obtenues par une position prédéterminée de la source lumineuse mobile, ici le long du rail 20, et que dans le deuxième exemple de réalisation, les différentes configurations géométriques correspondent à des configurations géométriques qui sont respectivement obtenues par une mise en forme de la série de zones d’émission, par adressage sélectif via le module de contrôle des diodes 22 formant ici ces zones d’émission.
Notamment, les figures 3 et 4 illustrent l’allumage sélectif des zones d’émission et l’image que cet allumage sélectif participe à former dans un cas pratique avec cinq positions déterminées d’émission.
La figure 3 illustre cet allumage sélectif dans le cas du premier mode de réalisation, avec une source lumineuse ménagée en regard d’une tranche de la plaque holographique, et dans le cas du premier exemple de réalisation, avec une source lumineuse mobile. En 3a, on a illustré une image holographique 2 vue sous un premier angle, grâce au traitement par la plaque holographique 6 des rayons émis par la source lumineuse 4 lorsqu’elle est dans une première position Pl. En 3b, on a illustré la même image holographique 2 vue sous un deuxième angle, grâce au traitement par la plaque holographique des rayons émis par la source lumineuse lorsqu’elle est dans une deuxième position P2. Afin de rendre visible le déplacement en translation (flèche T) le long de la première direction de la source lumineuse, la première position a été laissée en pointillés. En 3c, 3d, 3e, on a illustré à la suite l’image holographique 2 vue sous un troisième, un quatrième et un cinquième angle, grâce au traitement par la plaque holographique des rayons émis par la source lumineuse lorsqu’elle est dans une troisième position P3, quatrième position P4, cinquième position P5.
en résulte, pour un observateur fixe, par exemple un conducteur de véhicule, un affichage dynamique de l’image holographique 2, le prisme tridimensionnel ici affiché donnant l’impression de pivoter de façon continue au fur et à mesure du déplacement de la zone d’émission.
La figure 4 illustre l’allumage sélectif précédemment évoqué dans le cas du deuxième mode de réalisation, avec une source lumineuse ménagée en regard d’une grande face de la plaque holographique, et dans le cas du deuxième exemple de réalisation, avec une source lumineuse comportant plusieurs diodes 22a, 22b,..., 22d, 22e adressables sélectivement de manière à former plusieurs zones d’émission dans la même source lumineuse.
En 4a, on a illustré l’allumage d’une première diode 22a, ici celle disposée à une extrémité de la source lumineuse, qui permet l’affichage d’une image holographique 2, ici un prisme, orienté selon un premier angle. Tel que cela est illustré, les autres diodes, visibles en transparence à travers la plaque holographique, sont éteintes. En 4b, on a illustré l’allumage d’une deuxième diode 22b, directement voisine de la première diode 22a, qui permet l’affichage de la même image holographique 2, ici un prisme, orienté selon un deuxième angle. Successivement, en 4c, 4d, 4e, on a illustré l’allumage d’une diode différente et l’affichage de l’image holographique vue sous un angle particulier qui en résulte.
Dans le cas d’une source lumineuse qui peut prendre cinq configurations géométriques différentes, comme illustré, on comprend des figures 3 et 4 que l’on peut obtenir l’image sous cinq angles différents en fonction des cinq configurations géométriques différentes réalisées selon l’allumage sélectif des zones d’émission.
Le module de contrôle 26 est configuré pour réaliser l’allumage et l’extinction des zones d’émissions de la source lumineuse 4 et pour donner ainsi à la source lumineuse la configuration géométrique souhaitée. Le module de contrôle peut notamment être configuré, dans le deuxième exemple de réalisation, pour réaliser un allumage progressif et/ou une extinction progressive des sources de la série formant la source lumineuse. De la sorte, le passage d’une configuration géométrique à l’autre de la source lumineuse réalisée selon le deuxième exemple de réalisation se fait de façon continue. Le mouvement dynamique de l’image holographique 2 affichée est ainsi régulier, sans à coup au passage d’une position angulaire à l’autre.
Dans ce contexte de réaliser un passage harmonieux de l’image holographique d’une position angulaire à l’autre, et toujours dans le deuxième exemple de réalisation, le module de contrôle peut être configuré pour réaliser un allumage simultané de deux zones d’émission de la série formant la source lumineuse 4 pendant une durée de transition préalablement déterminée. En d’autres termes, pour reprendre l’exemple illustré sur la figure 4, il pourrait être prévu d’allumer dans un premier temps la première diode 22a, pendant une durée t, de tO à t, et d’allumer la deuxième diode 22b pendant la même durée t, de l’instant t-At à l’instant 2t-At, At correspondant au temps de recouvrement lors duquel les deux diodes 22a, 22b voisines sont simultanément allumées.
convient de noter que, dans les cas illustrés, le module de contrôle est configuré pour réaliser un allumage successif des zones d’émission selon un sens d’activation continu d’une extrémité à l’autre de la source lumineuse, conformément à la flèche T illustré sur différentes figures. Ceci implique l’affichage d’une image holographique 2 pivotant de façon continue selon un même sens de rotation. Bien entendu, le module de contrôle pourrait être configuré pour réaliser une séquence d’allumage aléatoire lors de laquelle la diode allumée après la diode précédente n’est pas nécessairement directement voisine de ladite diode précédente.
On va maintenant décrire plus en détails les différents modes de réalisation tels qu’ils ont été évoqués précédemment, et notamment dans un premier temps le premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 3, dans lequel la source lumineuse 4 et la plaque holographique 6 sont agencées pour que les éléments optiques diffractifs 8 que comporte la plaque holographique fonctionnent pour une onde incidente guidée au préalable à l’intérieur de la plaque holographique par une succession de réflexions totales internes.
Tel que cela a été précisé, les éléments optiques diffractifs 8 sont disposés sur une grande face 10 opposée à la face de sortie 18, tandis que la face d’entrée 16 de la plaque holographique est formée par une tranche du guide de lumière, perpendiculaire à la face de sortie et à la face sur laquelle sont agencés les éléments optiques diffractifs. Cet agencement peut notamment différer en ce que les éléments diffractifs peuvent être aussi bien disposés sur la face opposée à la face de sortie ou sur la face de sortie.
La source lumineuse 4, qu’elle soit réalisée selon le premier ou le deuxième exemple de réalisation, est disposée en regard de la tranche 14 formant la face d’entrée 16 et elle est associée à un module de contrôle 26 qui permet d’obtenir la configuration géométrique souhaitée.
Les rayons lumineux émis par cette source lumineuse, représentés en traits pleins sur la figure 1, se propagent par réflexions totales internes successives entre les deux grandes faces 10, 12, depuis la face d’entrée 16 jusqu’à la zone diffractive, c’est-à-dire la zone dans laquelle sont agencés les éléments optiques diffractifs 8. Lorsque les rayons rencontrent les éléments optiques diffractifs 8, ils sont orientés vers la face de sortie 18 avec un angle d’incidence forçant ces rayons à sortir de la plaque holographique 6, formant l’image holographique 2 correspondant à la forme du réseau diffractif.
Dans l’exemple illustré, la structure diffractive formée par les éléments optiques diffractifs 8 est configurée de telle sorte que seuls les rayons guidés à l’intérieur de la plaque holographique soient diffractés. Des rayons lumineux additionnels 28, représentés en traits mixte sur la figure 1, peuvent ainsi traverser la plaque sans subir de diffraction, la plaque étant ici transparente. De tels rayons lumineux additionnels peuvent notamment être émis depuis une source lumineuse additionnelle ici non représentée et qui peut être agencée en retrait de la grande face de la plaque holographique à l’opposé de la face de sortie de cette plaque.
La disposition de la source lumineuse en regard d’une tranche de la plaque holographique permet la transparence du dispositif, avec une partie de la lumière transmise par la source lumineuse additionnelle qui n’est pas déviée par les éléments optiques diffractifs, tout en assurant la réalisation d’une image holographique dynamique par la mobilité de la source, la mobilité pouvant s’entendre comme cela a été décrit par une source réellement mobile ou par une source pourvue de plusieurs zones d’émission adressables sélectivement.
On va maintenant décrire plus en détails le deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 2, 4 et 5, dans lequel la source lumineuse 4 et la plaque holographique 6 sont agencées pour que les éléments optiques diffractifs fonctionnent en transmission.
Là encore, les éléments optiques diffractifs 8 sont disposés sur une grande face opposée à la face de sortie 18, et cette fois, la face d’entrée 16 de de la plaque holographique est parallèle à la face de sortie en étant formée par cette grande face sur laquelle sont agencés les éléments optiques diffractifs.
La plaque holographique peut notamment être réalisée dans un matériau translucide. Les rayons lumineux additionnels, et notamment la lumière extérieure, subit également la diffraction par l’intermédiaire de la structure diffractive, mais ces rayons additionnels ne forment pas particulièrement de motifs venant gêner l’affichage de l’image tridimensionnelle, puisque les rayons de la lumière extérieure arrivent dans toutes les directions.
La source lumineuse 4, qu’elle soit réalisée selon le premier ou le deuxième exemple de réalisation, est disposée en regard de la grande face 10 formant la face d’entrée 16 et elle est associée à un module de contrôle 26 qui permet d’obtenir la configuration géométrique souhaitée. Ceci est notamment visible sur la figure 5, qui représente le dispositif schématiquement en vue de dessus.
Le dispositif optique est ici configuré de sorte que, si l’on définit un axe optique Ax de la plaque holographique comme étant parallèle à la direction normale à la plaque holographique, la source lumineuse 4 et la plaque holographique 6 sont agencées en série selon cet axe optique. Dans le cas illustré du deuxième mode de réalisation, les zones d’émission de la source lumineuse sont agencées dans le même plan. 11 convient de noter que le dispositif selon l’invention pourrait afficher une image tridimensionnelle même si les zones d’émission n’étaient pas dans le même plan. Si tel était le cas, en plus du mouvement de l’image il y aurait aussi un facteur de grandissement suivant la distance entre la zone d’émission et la plaque holographique.
Dans le cas où le dispositif est réalisé selon le deuxième mode de réalisation, la source lumineuse 4 peut avantageusement être mobile dans plusieurs directions, du fait de la disposition de la source en regard de la grande face de la plaque holographique, et elle peut être mobile en translation comme précédemment décrit, ou en rotation.
L'invention telle qu’elle vient d’être décrite permet d’atteindre les buts qu’elle s’était fixés et notamment de réaliser un dispositif optique permettant l’affichage d’image holographique dynamique, c’est-à-dire donnant une impression de mouvement à un observateur fixe.
L’invention telle qu’elle vient d’être décrite ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif optique (1) pour l’affichage d’image holographique (2) comportant au moins une source lumineuse (4) et une plaque holographique (6), ladite plaque holographique comportant une face d’entrée (16) des rayons lumineux émis par ladite source lumineuse (4), une face de sortie (18) desdits rayons lumineux ainsi que des éléments optiques diffractifs (8) configurés pour afficher en sortie de la plaque holographique une image définie en fonction des rayons lumineux émis par la source lumineuse (4) de manière à former l’image holographique, caractérisé en ce que la source lumineuse (4) est configurée pour prendre au moins deux configurations géométriques différentes, la source lumineuse et la plaque holographique (2) étant par ailleurs configurées pour que les éléments optiques diffractifs permettent l’affichage d’une première image lorsque la source lumineuse est dans une première configuration géométrique et pour que les éléments optiques diffractifs permettent l’affichage d’une deuxième image lorsque la source lumineuse est dans une deuxième configuration géométrique.
  2. 2. Dispositif optique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les éléments optiques diffractifs (8) sont agencés sur une face (10) de la plaque holographique (6) en regard de la face de sortie (18).
  3. 3. Dispositif optique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments optiques diffractifs (8) sont agencés sur la face de sortie (18) de la plaque holographique (6).
  4. 4. Dispositif optique (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source lumineuse (4) et la plaque holographique (6) sont agencées pour que les éléments optiques diffractifs (8) fonctionnent en transmission, les éléments optiques diffractifs étant agencés sur la face d’entrée (16) ou sur la face de sortie (18) de la plaque holographique (6).
  5. 5. Dispositif optique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la source lumineuse (4) est mobile dans plusieurs directions.
  6. 6. Dispositif optique (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source lumineuse et la plaque holographique (6) sont agencées pour que les éléments optiques diffractifs (8) fonctionnent pour une onde incidente guidée au préalable à l’intérieur de la plaque holographique par une succession de réflexions totales internes.
  7. 7. Dispositif optique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face d’entrée (16) de la plaque holographique (6) est formée par une tranche (14) de la plaque holographique (6).
  8. 8. Dispositif optique (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les éléments optiques diffractifs (8) sont calculées pour ne diffracter vers l’extérieur du guide d’onde que la lumière guidée dans ce même guide
  9. 9. Dispositif optique (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse (4) est une source ponctuelle mobile entre une première position, dans laquelle elle participe à la formation de la première image, et une deuxième position, dans laquelle elle participe à la formation de la deuxième image.
  10. 10. Dispositif optique (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la source lumineuse (4) consiste en une série de zones d’émission activables sélectivement par l’intermédiaire d’un module de contrôle (26), l’activation desdites zones étant pilotée pour donner au moins à la source lumineuse une première configuration dans laquelle une ou plusieurs premières zones d’émission sont allumées et qui correspond à la formation de la première image, et une deuxième configuration dans laquelle une ou plusieurs deuxièmes zones d’émission sont allumées et qui correspond à la formation de la deuxième image.
  11. 11. Dispositif optique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le module de contrôle (26) est configuré pour réaliser un allumage progressif et/ou une extinction progressive des zones d’émission de la source lumineuse (4).
  12. 12. Dispositif optique selon l’une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que le module de contrôle (26) est configuré pour réaliser un allumage simultané de deux zones d’émission de la source lumineuse pendant une durée de transition prédéterminée.
  13. 13. Dispositif optique selon l’une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le module de contrôle (26) est configuré pour réaliser un allumage successif des zones d’émission selon une direction continue d’une extrémité à l’autre de la source lumineuse.
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US20160065955A1 (en) * 2014-09-01 2016-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Backlight unit and holographic display including the same

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