WO2007034062A1 - Dispositif de vision d'image codee a synthese additive - Google Patents

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WO2007034062A1
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sub
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lenticular
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PCT/FR2006/002133
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Franck Guigan
Martine Guigan - Reinhard
Antoine Guigan
Charles Guigan
Pierre Guigan
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Franck Guigan
Guigan-Reinhard Martine
Antoine Guigan
Charles Guigan
Pierre Guigan
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Definitions

  • the objective of the present invention is to improve the performance of additive-synthesized coded image vision devices, such as those produced for example by a liquid crystal display, a plasma display or a light-emitting diode screen. (OF THE) .
  • These screens are referred to here as RGB screens because the three colors used for additive synthesis are usually Red, Green, and Blue.
  • the means used consists in associating such an image with an assembly of spherical optical lenses or the like, known as a lenticular network with elementary optical systems centered, to allow, according to the embodiments of the invention: the vision of still or moving images in 3D without the need to wear specific glasses, and / or the vision of still or moving flat images, with better definition and / or comfort for the viewer than that of the coded picture 1 used.
  • Optical devices known as lenticular arrays which are often constituted by a plate of transparent material of which one face is plane and the other comprises a large number of cylindrical or spherical lenses 21, 22 and following, can be used to emit different images depending on the directions. They are used in particular for the production of relief images or for the restitution of animations. In the context of the present invention, they are also used to view the pixels of the screen at a location different from their actual location (pixel comes from picture element and signifies an elementary part of image).
  • the proposed device is an optical device comprising: a coded image 1 with additive synthesis, and a device called a lenticular network 2, comprising a plurality of juxtaposed elementary optical devices, characterized in that: said elementary optical devices each comprise a optical system centered or assimilated said elementary lens, being specified that the term optical system centered or assimilated: both an optical system having an axis of symmetry of revolution substantially perpendicular to the focal plane of said elementary lens, - a system optical system comprising a central portion which is a cylindrical lens, and two ends which are both spherical lens portions, the spheres being each tangent to the cylinder of said cylindrical lens, an optical system having substantially identical optical characteristics, a optical system being in p articulary considered substantially identical to a centered system since the deviation of parallel light rays between them crossing the system converges them on a so-called focusing area, which is contained in a surface that is both homothetic to the surface of the pupil of said optical system, and of a surface
  • D three sub-pixels of the coded image 1 located vis-à-vis three elemental lenses whose optical centers are closest to each other are of 3 different colors;
  • the elementary lenses of the lenticular network are arranged in honeycombs
  • the top half of every second subpixel is located in a screw of an elementary lens, and the lower half of the horizontally adjacent subpixel is located opposite another elementary lens.
  • the face of the lenticular array 2 located on the side of the coded picture 1 comprises slots 41, 42, 43, 44 and following the right of the boundary between the sub-pixels located vis-à-vis.
  • U the lenticular network 2 is constituted by the superposition of two lenticular networks 210 and 220 with cylindrical lenses, these two networks having a substantially common focal plane;
  • the optical device comprises means for periodically varying the relative positions of the lenticular array 2 or of one of the cylindrical lenticular lens networks composing it, in the case where the lenticular array 2 is constituted by the superimposition of two lenticular arrays. with cylindrical lenses - and coded picture 1.
  • the invention is a method of displaying one or more images with an optical device according to the invention.
  • the invention will be well understood, and other objects, advantages and characteristics thereof will appear more clearly on reading the description which follows, which is illustrated in Figures 1 to 19.
  • a distribution plane of the sub-pixels 11, 12 and following of a coded image 1 according to the invention in a configuration adapted to the display of a single image directed simultaneously to the two eyes of the viewer.
  • the hexagons represent the contour of the pupils of the elementary lenses 21, 22 and following of the lenticular network 2.
  • FIG. 2 a perspective view of a lenticular network 2 according to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view, seen from the opposite side to the viewer, of a lenticular array 2 according to the invention in an improved embodiment where the lenticular network 2 consists of biconvex lenses, each of the elementary lenses comprising a second lens. dioptre noted 51,52 and following on the rear face of the lenticular network 2, which also has slots 61, 62 and following.
  • FIG. 4 a perspective view of the same face of a lenticular array 2 according to the invention, in another improved embodiment where the rear face of the lenticular array 2 comprises prisms 71, 72 and following, and slots 61 , 62 and following.
  • FIG. 5 a perspective view of three halves of elementary lenses of a lenticular array in a particular embodiment of the invention, having the advantage of removing the view of the viewer the dark parts that exist in some cases between the subpixels of a coded picture 1 produced by an electronic screen.
  • Each elementary lens is composed of a central cylindrical portion 82 and two spherical ends 83a and 83b.
  • the back of the lenticular network 2 here comprises slots 41 at the right of each separation between the subpixels of the coded picture 1.
  • FIG. 6 a perspective view of a series of 8 elementary lenses similar to those of FIG. whose design is simplified.
  • FIG. 7 a perspective view of a lenticular network 8 called a secondary network whose elementary lenses are of the type illustrated in FIG. 5. Said secondary network 8 is placed in direct contact with the pixels of the coded picture 1.
  • FIG. 8 a distribution plane of the sub-pixels 14, 15 and following of a coded image 1.
  • the hexagons represent the contour of the pupils of the elementary lenses of the lenticular network 2 in a configuration adapted to the simultaneous display of two directed images each to one of the viewer's eyes.
  • FIGS. 9a to 9d the plane of distribution of the pixels of a coded picture 1, in one embodiment of the invention in which the coded picture 1 combines sub-pixels coming from 4 different primary pictures.
  • Each of these figures illustrates a different parallax allowing to see one of the 4 images.
  • Figure 10 the pixel distribution plane of a coded picture 1, in one embodiment of the invention wherein the coded picture 1 combines sub-pixels from 9 different primary pictures.
  • Figure 11 the pixel distribution plane of a coded picture 1, in another embodiment of the invention in which the coded picture 1 also combines sub-pixels from 9 different primary pictures, but with a layout less advantageous elementary lenses.
  • 12 to 14 three perspective views of the same lenticular network 2 provided with a slotted device 41, 42 and 43 preventing the viewer from seeing the partition walls of the sub-pixels of the coded image 1.
  • FIG. 15 a variant of a device according to the invention in which the lenticular network 2 with centered optical systems is constituted by the assembly of two lenticular networks 210 and 220 with lenses cylinders 2101, 2102 and following for the network 210 and 2201, 2202 and following for the network 220.
  • Figure 16 a perspective view of a device according to the invention, comprising an image 1 composed of sub-pixels 11, 12, 13 and following which are LEDs of three different colors arranged in equilateral triangles.
  • the LEDs of a first color are represented by triangles, those of the second color by squares and those of the third by circles.
  • the lenticular network 2 comprises elementary lenses 21, 22, 23 and following.
  • the LEDs are separated by reflective and white partitions 91, 92 and following, which delimit boxes whose bottom is also reflective and white.
  • Figure 17 is a perspective view of a variant of the device of Figure 16, in which the partitions have been replaced by reflectors white and reflective.
  • 18 a perspective view of a device according to the invention, comprising an image 1 composed of sub-pixels 11, 12, 13 and following which are LEDs of three different colors arranged in equilateral triangles, a lenticular array 2 comprising elementary lenses 21, 22, 23 and following, and a frosted surface 10 on which each LED projects through the elementary lens situated opposite a real image.
  • the color representation code of the LEDs is identical to that described for FIGS. 16 and 17.
  • FIG. 19 a diagram which shows a possible distribution of the real images projected on the frosting of a device according to the invention associating an LED screen producing a coded image 1 with a lenticular network 2 and a frosted surface 10.
  • the LEDs are arranged here in horizontal lines, and there is an elementary lens of the lenticular array 2 for each LED.
  • the color representation code of the LEDs is different from that used for FIGS. 16 to 18.
  • the general principle of the present invention consists in viewing an additive synthesis coded image 1, such as an LCD or plasma screen, through a lenticular network. spherical elementary lenses, and arrange these lenses so that the synthesis of whites is done in the best conditions.
  • the lenticular network comprises elementary lenses that are centered optical systems or the like.
  • Such a system can be both an optical system having an axis of symmetry of revolution substantially perpendicular to the focal plane of said elementary lens, an optical system comprising a central portion which is a cylindrical lens, and two ends which are both portions of spherical lenses, the spheres being each tangent to the cylinder of said cylindrical lens.
  • any optical system having substantially identical optical characteristics makes it possible to obtain the same results.
  • He can in particular be any optical system having the effect of converging light rays parallel to each other on an area called focusing area as small as possible, and in particular significantly smaller than the pupillary surface of the optical system considered.
  • this triangle must have its three sides as equal as possible.
  • the elementary lenses of the lenticular network 2 are then arranged in honeycombs as illustrated by FIGS. 1, 2, 3, 4, 7, 9a to 9d, 10, 12 to 14, and 16 to 20.
  • the first advantage of the present invention is therefore to achieve this result, even in the case where the light sources themselves are not arranged in triangles of different colors.
  • FIG. 2 shows a perspective view of such a lenticular network 2.
  • All the sub-pixels 11 of the coded image 1 here receive the projection of an elementary lens 21, and in each horizontal line of sub-pixels pixels, the high half of one sub-pixel in two is located in the screw of an elementary lens, and the lower half of the horizontally adjacent sub-pixel is located in a screw of another elementary lens.
  • the lenses used are very short focal length, so that the viewer sees only the pixel provided with the lens located vis-à-vis.
  • the most recommended manufacturing methods are gravity casting by overmolding the electronic screen itself, or the printing of lenses on the surface of the screen.
  • the shape of the elementary lenses shown in FIG. 2 by an assembly of a spherical diopter and a planar diopter can be improved by using biconvex lenses as illustrated in FIG. 3 which shows the rear face of this network, electronic image side. 1. It illustrates a further improvement in the case where the lenticular network can not be placed close enough to the coded image 1.
  • the convergent diopters 51, 52 and following located at the rear of each elementary lens of the lenticular network 2 here there are also slots 61, 62 and following made between these rear diopters.
  • These slots 61, 62 and following is to ensure total reflection of the light rays from the sub-pixels of the coded image 1, and to prevent the eye of the viewer can see through an elementary lens a sub-pixel adjacent to the one facing the lens, even when the viewer moves significantly away from the optimal position in front of the screen.
  • FIG. 4 Another improvement is illustrated in FIG. 4: there is on the face of the lenticular array located on the side of the elementary image a prism located opposite each sub-pixel, deviating the light emitted by the sub-pixel. considered in the direction of the elementary lens situated vis-à-vis the upper part or the lower part of the sub-pixel considered, as appropriate. This corresponds to the fact that the projections of two horizontally adjacent elementary lenses are located one in the upper half of the corresponding sub-pixel, and the other in the lower half of the corresponding sub-pixel.
  • the prisms are marked 71, 72 and following.
  • These slots and prisms also have the advantage of preventing the lenses from focusing on the dark areas that may exist between the sub-pixels of the coded picture 1. These dark areas often exist when the coded picture 1 is produced by a electronic screen. It corresponds to the border between the sub-pixels. The fact that the elemental lenses focus on these dark areas, in whole or in part, has in many applications the effect of causing unpleasant moiré.
  • a convergent lens As shown in Figure 5.
  • Such a lens has a central portion which is a cylindrical lens 82, and two ends 83a and 83b which are both portions of spherical lenses, the portions of spheres 83a and 83b being each tangent to the cylinder of said cylindrical lens 82.
  • Such lenses can have a fairly free form as long as they are curved, so that the viewer can see only the center subpixels.
  • Such a simplified lens is shown in Figure 6 which show two superimposed lines of 4 adjacent lenses.
  • Such lenses may be simple drops of colorless varnish deposited on the sub-pixels.
  • a simple method of manufacture is to start by printing lines of separation between the subpixels, with a method such that the lines are thin in width but far exceed the surface of the subpixels.
  • a drop of colorless lacquer is then poured onto every second lens in each lens line, shifting each lens line of a sub-pixel.
  • the capillarity has the effect of giving the lenses the convex shape.
  • the printed lines also have the effect of giving birth to the slots 41, 42 and following.
  • a lenticular network 2 of this type placed alone in front of an additive synthesis coded image 1 composed of right-angled sub-pixels horizontally juxtaposed to form a square colored triplet, is in itself an implementation of the invention, since the elementary lenses of said lenticular array 2 are located opposite subpixels of the coded picture 1 and that two subpixels of the coded picture 1 located opposite two elementary lenses whose optical centers are the closest to each other are of different colors.
  • a lenticular network of this type eliminating the dark bands
  • a lenticular network 2 may be disposed between the lenticular array 2 and the coded picture 1.
  • Said additional lenticular network 8 comprises an elementary lens opposite each sub-pixel, said lenses being contiguous; Other devices to prevent the elemental lenses from focusing on the dark areas will be described later. They can be combined with those just described, in almost all modes of implementation described above and below.
  • Type 2 arrangements Improved definition in 2D and 3D with 2 views
  • the distribution plan is that described in Figure 8.
  • the arrangement of the lenses is not a perfect honeycomb, but remains close to this ideal arrangement.
  • the focal length of the lenses F is ideally determined by the following formula
  • this device is particularly suitable for products with small screens, because the viewer always keeps his phone, his organizer, or his electronic game at a distance that is known and fixed.
  • This device can be used in two different ways: o
  • the primary images seen by each of the two eyes correspond to two different shots of the same scene, taken from two distant locations for example 6cm one of the other horizontally.
  • the primary images are two different extractions of the same image, which has the effect that each eye receives a different information that completes that received by the other eye. It is therefore possible to extract these primary images from an original image at a higher resolution than that of the coded image 1.
  • the 4 figures 9a to 9d allow to see how the horizontal variation of the parallax allows the spectator to see successively the 4 primary images.
  • the viewer can also adjust the arrangement of images to see in any position the two central images. It is indeed one of the peculiarities of these devices that the vertical variation of the spectator results in a change of the primary images seen by the two eyes.
  • this device can also be used for the 2D with a very good resolution, since the 4 primary images are in this case 2 or 4 different extractions and thus complementary of the same one. image, which can have a resolution much higher than the physical resolution of the screen.
  • Type 4 arrangements 3D broadcasting to a large number of views
  • the invention is compatible with all possible numbers of primary images.
  • Figures 9 and 10 show 9 views. They are just examples of what can be achieved for display terminals intended for a public likely to move in front of the screen.
  • the device of FIG. 10 is particularly advantageous. He respects the rule that the subpixels seen simultaneously by the viewer form almost equilateral triangles. Such an arrangement is obtained for many numbers of primary images provided that the following rules are respected: the centers of two simultaneously active subpixels 14 and 15 of the same line of subpixels are separated from a number of sub-pixels equal to the number of so-called primary images, where the active sub-pixel 16 closest to two simultaneously active sub-pixels 14 and 15 in the line of sub-pixels immediately higher or lower is located as close as possible the center of the segment joining said two active subpixels simultaneously 14 and 15; it being specified that above and below "simultaneous active sub-pixels" means the sub-pixels belonging to the same projection of the center P of the optical centers of the elementary lenses.
  • the face of the lenticular array 2 located on the coded picture 1 side comprises slots 41, 42 and 43 at the border between the subpixels located opposite.
  • an additional optical structure is added to the rear face of the lenticular array 2, or else to a structure separate from the lenticular array 2.
  • Each small rectangular structure surrounded by slots corresponds to a sub-pixel of the coded image 1, and the 4 lateral faces of each of said small rectangular structures have a slight clearance which has the consequence that the rays coming from the sub-pixels are think totally.
  • each rear face may advantageously, instead of being plane, be a convergent spherical lens (not shown in these figures).
  • an elementary lens 21 of the lenticular array 2 focuses on the plane F said starting slots 41, 42 and 43.
  • Another way to solve this problem is to have a frosted parallel to the coded image, at a distance such that the sub-pixels each illuminate a surface a little wider than their own surface.
  • Variable geometry devices Some light sources used in the construction of additive synthesis electronic displays, such as LEDs, can be switched on and off at a very high rate, with little or no remanence.
  • LED screens use this physical feature to make several successive displays of images that are different extractions of pixels from the same higher resolution image than that displayed at a time t by the coded image 1, which which, according to them, improves the sharpness of the image perceived by the spectator.
  • retinal persistence causes the human eye to confuse these successive displays.
  • Such a change in geometry consists in periodically varying the relative positions of the lenticular array 2 and the coded picture 1, either by mechanical means or by magnetic means such as one or more electromagnets vibrating the lenticular array 2, and / or the coded image 1. It is also possible to use all kinds of movements according to the number of successive ignitions provided during a complete periodic movement: for example linear reciprocating or circular, or a combination of such movements. It is also possible to use electronic lenticular arrays, so as not to move any physical object to produce no vibration and no noise.
  • the term "electronic lenticular network” is understood above to mean lenticular networks consisting of a plate of transparent material whose refractive index or other optical characteristic is varied by electronic means.
  • FIG. 16 and 17 show an embodiment in which we obtain a 3D effect.
  • the coded picture 1 is emitted in different directions. It is thus possible to emit different images to the two eyes of the spectators.
  • the presence of the partitions 91, 92 and following has the effect of giving to the entire box that close these partitions, which is white, a color and a luminous intensity that is directly a function of the luminous intensity of the corresponding LED. It allows viewers to be at different heights from the screen.
  • a frosted cover not shown, can be plated on the front face of each of these boxes to make the luminous intensity homogeneous over the entire surface of the box.
  • the partitions can also, advantageously, be replaced by reflectors, as shown in FIG. 17.
  • FIG. 18 shows an implementation mode in which an improvement in the resolution is obtained.
  • the focal length of the elementary lenses 21.22 and 23 is calculated so that each LED projects through the elementary lens located opposite a real image on the frosted surface.
  • Figure 19 is a diagram showing a particularly advantageous example of distribution of real images projected on the frosted.
  • the vertical squares show this time the place where the LEDs marked R for red appear, V for green and B for blue in a position of the lenticular network.
  • the slanted squares show the apparent position of the LEDs when the lenticular array has been moved from a first motion noted a, and the circles show the apparent position of the LEDs when the lenticular array has been displaced by a second motion noted b. They seem to have moved in a movement noted "a".
  • the circles show the apparent position of the LEDs when the lenticular array has been moved again.
  • lenticular arrays in accordance with the invention by superimposing two lenticular networks with cylindrical lenses as illustrated in FIG. 15.
  • the lenticular network 2 is then constituted by the superposition of two lenticular networks 210 and 220 with cylindrical lenses. , the elementary lenses of these two networks having a substantially common focal plane after being superimposed.
  • the elementary lenses of the lenticular array have been described as spherical diopters or other shapes. It can of course be Fresnel lenses; the lenticular network expression 2 is used to describe sets of lenses of different types; it goes without saying that this expression must be understood in the broad sense, and that lenticular networks with optical systems centered, with double cylindrical or annular lenses can be replaced by opaque plates having holes or circular transparent zones, or whimsical shapes in instead and place of optical systems described - such opaque plates with transparent areas may in particular be liquid crystal screens which have the advantage of being able to be programmed automatically, which is a particular advantage in the implementation modes described more high under the title "Devices with variable geometry".
  • the coded picture 1 is ideally a liquid crystal screen or a plasma screen or a screen with colored light sources such as light emitting diodes (LEDs), but the device also works with any printed image whose pixels comprise sub-pixels of different colors made to be added by the human eye.
  • the lenticular arrays are described with the spectator-side lenses, but the converse is possible and has the advantage in certain cases of allowing the optical centers of the lenses to be brought closer to the plane of the sub-pixels, without as much to have to decrease the thickness of the lenticular network. Small screens are advantageously produced by injection.
  • a monobloc piece can then also fulfill other functions (pivoting, sliding, bringing the lens plane closer to that of the sub-pixels to suppress the effect of the lenses).
  • Large screens are produced by pouring into a mold (a process well known for producing screens for backlighting), or by juxtaposition on a glass plate or other material of slabs produced by injection, or by other methods of printing lenses by screen printing or stereo-lithography, or other known or forthcoming methods.
  • the lenticular network is advantageously slightly elastic and secured by its edges only of the coded image 1, or a weakly deformable chassis in solidarity with the electronic screen.
  • the main applications of the present invention are: o advertising display, advertising signs, promotion at the point of sale, the composition of virtual showcases; o all applications of television, video and film, and in particular the following: sports broadcasts, movies and soap operas, television news and reports, video games, advertising, amusement park attractions computer-aided design workstation terminals, product design and architecture, scientific visualization, medical imaging (3D X-rays, NMR, CT, ultrasound, endoscopy, microsurgery, etc.), piloting equipment and flight simulators, personal films, education, mission planning, reconnaissance, damage assessment, terrain analysis, cartography, geography, research seismic, teleconferencing, mobile phones, organizers; o lighting fixtures, works of art, decorative objects and gadgets.
  • medical imaging (3D X-rays, NMR, CT, ultrasound, endoscopy, microsurgery, etc.
  • piloting equipment and flight simulators personal films, education, mission planning, reconnaissance, damage assessment, terrain analysis, cartography, geography, research seismic, teleconferencing, mobile phones, organizers

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Abstract

L’objectif poursuivi par la présente invention est d'améliorer les performances des dispositifs de vision d’images codées à synthèse additive, en regardant une image codée 1 à travers un réseau lenticulaire 2 à lentilles élémentaires sphériques, et à disposer ces lentilles de telle sorte que la synthèse des blancs se fasse dans les meilleures conditions, pour permettre, selon les modes de mise en oeuvre de l’invention : la vision d’images fixes ou animées en 3D sans qu’il soit nécessaire de porter des lunettes spécifiques, et/ou la vision d’images fixes ou animées plates, avec une meilleure définition et/ou un meilleur confort pour le spectateur que celle de l’image codée 1 utilisé. Deux sub-pixels de l’image codée 1 situés en vis-à-vis de deux lentilles élémentaires 21, 22 et suivantes dont les centres optiques sont les plus proches l’un de l’autre sont de couleurs différentes.

Description

Dispositif de vision d' image codée à synthèse additive
L'objectif poursuivi par la présente invention est d'améliorer les performances des dispositifs de vision d'images codées à synthèse additive, comme celles produites par exemple par un écran à cristaux liquides, par un écran à plasma ou par un écran à diodes électroluminescentes (DEL) . Ces écrans sont ici dénommés écrans RVB parce que les trois couleurs utilisées pour la synthèse additive sont généralement le Rouge, le Vert et le Bleu. Le moyen mis en œuvre consiste à associer une telle image avec un assemblage de lentilles optiques sphériques ou similaires, connu sous le terme de réseau lenticulaire à systèmes optiques élémentaires centrés, pour permettre, selon les modes de mise en oeuvre de l'invention : o la vision d' images fixes ou animées en 3D sans qu' il soit nécessaire de porter des lunettes spécifiques, o et/ou la vision d'images fixes ou animées plates, avec une meilleure définition et/ou un meilleur confort pour le spectateur que celle de l'image codée 1 utilisé.
Les dispositifs optiques connus sous le nom de réseaux lenticulaires, qui sont souvent constitués par une plaque de matériau transparent dont une face est plane et l'autre comprend un grand nombre de lentilles cylindriques ou sphériques 21, 22 et suivantes, peuvent être utilisés pour émettre des images différentes selon les directions. Ils sont utilisés en particulier pour la production d' images en relief ou pour la restitution d'animations. Dans le cadre de la présente invention, ils sont également utilisés pour voir les pixels de l'écran à un emplacement différent de leur emplacement réel (pixel vient de picture élément et signifie une partie élémentaire d'image).
Le dispositif proposé est un dispositif optique comprenant : o une image codée 1 à synthèse additive, o et un dispositif dit réseau lenticulaire 2, comportant une pluralité de dispositifs optiques élémentaires juxtaposés, caractérisé par le fait : o que lesdits dispositifs optiques élémentaires comprennent chacun un système optique centré ou assimilé dit lentille élémentaire, étant précisé que l'on entend par système optique centré ou assimilé : aussi bien un système optique possédant un axe de symétrie de révolution sensiblement perpendiculaire au plan focal de ladite lentille élémentaire, - qu'un système optique comportant une partie centrale qui est une lentille cylindrique, et deux extrémités qui sont toutes les deux des portions de lentilles sphériques, les sphères étant chacune tangente au cylindre de ladite lentille cylindrique, qu'un système optique ayant des caractéristiques optiques sensiblement identiques, un système optique étant en particulier considéré comme sensiblement identique à un système centré dès lors que la déviation de rayons lumineux parallèles entre eux traversant le système les fait converger sur une zone dite zone de focalisation, laquelle est contenue dans une surface qui est à la fois homothétique à la surface de la pupille dudit système optique, et d'une surface inférieure à la moitié de la surface de ladite pupille, o que lesdites lentilles élémentaires dudit réseau lenticulaire 2 sont situées en vis-à-vis de dits sub-pixels de ladite image codée 1 o et que deux sub-pixels de l'image codée 1 situés en vis-à-vis de deux lentilles élémentaires 21, 22 et suivantes dont les centres optiques sont les plus proches l'un de l'autre sont de couleurs différentes ; étant précisé que l'on entend ci-avant et ci-après : o par sub-pixels les sources lumineuses élémentaires de ladite image codée 1, qui sont d'au moins trois couleurs différentes, o par image à synthèse additive une image comportant de tels subpixels, l'addition par l'œil humain de trois sub-pixels proches de trois couleurs différentes, produisant un pixel d'une couleur égale à l'addition de ces trois couleurs, o par image codée 1 l'ensemble des sub-pixels affichés, o et par "être situé en vis-à-vis" le fait que deux éléments appartenant à deux plans différents sensiblement parallèles à celui de l'image codée 1, sont des homologues dans une projection de centre P, P étant un point situé à l'emplacement choisi par le concepteur du dispositif comme étant un emplacement auquel le spectateur bénéficie au mieux des avantages du dispositif.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
Q deux lignes horizontales de lentilles _ élémentaires situées immédiatement l'une au dessus de l'autre sont décalées dans le sens de la largeur, le décalage étant identique entre toutes les lignes de lentilles et n'étant pas égal à la distance horizontale entre les lentilles élémentaires appartenant à la même ligne horizontale ;
D trois sub-pixels de l'image codée 1 situés en vis-à-vis de trois lentilles élémentaires dont les centres optiques sont les plus proches les uns des autres sont de 3 couleurs différentes ;
Q les lentilles élémentaires du réseau lenticulaire sont disposées en nids d' abeilles ;
Q dans chaque ligne horizontale de sub-pixels, la moitié haute d'un subpixel sur deux est située en vis d'une lentille élémentaire, et la moitié basse du sub-pixel adjacent horizontalement est située eïi vis d'une autre lentille élémentaire.
D la face du réseau lenticulaire 2 située du côté de l'image codée 1 comprend des fentes 41, 42, 43, 44 et suivantes au droit de la frontière entre les sub-pixels situés en vis-à-vis. D il existe un réseau lenticulaire supplémentaire 8 disposé entre le réseau lenticulaire 2 et l'image codée 1, comprenant une lentille élémentaire en vis à vis de chaque sub-pixel, , lesdites lentilles étant jointives ;
U le réseau lenticulaire 2 est constitué par la superposition de deux réseaux lenticulaires 210 et 220 à lentilles cylindriques, ces deux réseaux ayant un plan focal sensiblement commun ;
Q le dispositif optique comprend un moyen de faire varier périodiquement les positions relatives du réseau lenticulaire 2 - ou de l'un des réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques le composant, dans le cas où le réseau lenticulaire 2 est constitué par la superposition de deux réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques - et de l'image codée 1.
Q l'invention est un procédé consistant à afficher une ou plusieurs images avec un dispositif optique selon l'invention. L'invention sera bien comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les figures 1 à 19.
Figure 1, un plan de répartition des sub-pixels 11, 12 et suivants d'une image codée 1 selon l'invention dans une configuration adaptée à l'affichage d'une seule image dirigée simultanément vers les deux yeux du spectateur. Les hexagones représentent le contour des pupilles des lentilles élémentaires 21, 22 et suivantes du réseau lenticulaire 2.
Figure 2, une vue en perspective d'un réseau lenticulaire 2 selon le mode de mise en œuvre représenté à la figure 1.
Figure.3, une vue en perspective, vue du côté opposé au spectateur, d'un réseau lenticulaire 2 selon l'invention dans un mode de réalisation perfectionné où le réseau lenticulaire 2 est constitué de lentilles biconvexes, chacune des lentilles élémentaires comportant un second dioptre noté 51,52 et suivants sur la face arrière du réseau lenticulaire 2, laquelle comporte aussi des fentes 61, 62 et suivantes.
Figure 4, une vue en perspective de la même face d'un réseau lenticulaire 2 selon l'invention, dans un autre mode de réalisation perfectionné où la face arrière du réseau lenticulaire 2 comporte des prismes 71, 72 et suivants, et des fentes 61, 62 et suivantes.
Figure 5, une vue en perspective de trois moitiés de lentilles élémentaires d'un réseau lenticulaire dans un mode particulier de mise en œuvre de l'invention, ayant pour avantage d'ôter à la vue du spectateur les parties sombres qui existent dans certains cas entre les sub-pixels d'une image codée 1 produite par un écran électronique. Chaque lentille élémentaire est composée d'une partie centrale cylindrique 82 et de deux extrémités sphériques 83a et 83b. Le dos du réseau lenticulaire 2 comporte ici des fentes 41 au droit de chaque séparation entre les subpixels de l'image codée 1. Figure 6, une vue en perspective d'une série de 8 lentilles élémentaires similaires à celles de la figure 5, mais dont la conception est simplifiée.
Figure 7, une vue en perspective d'un réseau lenticulaire 8 dit réseau secondaire dont les lentilles élémentaires sont du type illustré à la figure 5. Ledit réseau secondaire 8 est placé au contact direct des pixels de l'image codée 1.
Figure 8, un plan de répartition des sub-pixels 14, 15 et suivants d'une image codée 1. Les hexagones représentent le contour des pupilles des lentilles élémentaires du réseau lenticulaire 2 dans une configuration adaptée à l'affichage simultané de deux images dirigées chacune vers l'un des yeux du spectateur.
Figures 9a à 9d, le plan de répartition des pixels d'une image codée 1, dans un mode de réalisation de l'invention dans lequel l'image codée 1 combine des sub-pixels provenant de 4 images primaires différentes. Chacune de ces figures illustre une parallaxe différente permettant de voir l'une des 4 images.
Figure 10, le plan de répartition des pixels d'une image codée 1, dans un mode de réalisation de l'invention dans lequel l'image codée 1 combine des sub-pixels provenant de 9 images primaires différentes. Figure 11, le plan de répartition des pixels d'une image codée 1, dans un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel l'image codée 1 combine également des sub-pixels provenant de 9 images primaires différentes, mais avec une disposition moins avantageuse des lentilles élémentaires . Figure 12 à 14, trois vues en perspective du même réseau lenticulaire 2 muni d'un dispositif à fentes 41, 42 et 43 empêchant le spectateur de voir les cloisons de séparation des sub-pixels de l'image codée 1.
Figure 15 : une variante d'un dispositif selon l'invention dans lequel le réseau lenticulaire 2 à systèmes optiques centrés est constitué par l'assemblage de deux réseaux lenticulaires 210 et 220 à lentilles cylindriques 2101, 2102 et suivantes pour le réseau 210 et 2201, 2202 et suivantes pour le réseau 220.
Figure 16 : une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention, comprenant une image 1 composée de sub-pixels 11, 12, 13 et suivants qui sont des LED de trois couleurs différentes disposées en triangles équilatéraux. Les LED d'une première couleur sont représentés par des triangles, ceux de la seconde couleur par des carrés et ceux de la troisième par des cercles. Le réseau lenticulaire 2 comprend des lentilles élémentaires 21, 22, 23 et suivantes. Les LED sont séparées par des cloisons réfléchissantes et blanches 91, 92 et suivantes, qui délimitent des cases dont le fond est également réfléchissant et blanc.
Figure 17 : une vue en perspective d'une variante du dispositif de la figure 16, dans laquelle les cloisons ont été remplacés par des réflecteurs blancs et réfléchissants. Figure 18 : une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention, comprenant une image 1 composée de sub-pixels 11, 12, 13 et suivants qui sont des LED de trois couleurs différentes disposées en triangles équilatéraux, un réseau lenticulaire 2 comprenant des lentilles élémentaires 21, 22, 23 et suivantes, ainsi qu'un dépoli 10 sur lequel chaque LED projette à travers la lentille élémentaire située en vis-à-vis une image réelle. Le code de représentation des couleurs des LEDS est identique à celui décrit pour les figures 16 et 17.
Figure 19 : un diagramme qui montre une répartition possible des images réelles projetées sur le dépoli d'un dispositif selon l'invention associant un écran à LED produisant une image codée 1 avec un réseau lenticulaire 2 et un dépoli 10. Les LED sont ici disposées en lignes horizontales, et il existe une lentille élémentaire du réseau lenticulaire 2 pour chaque LED. Le code de représentation des couleurs des LEDS est différent de celui utilisé pour les figures 16 à 18. Le principe général de la présente invention consiste à regarder une image codée 1 à synthèse additive, comme un écran LCD ou plasma, à travers un réseau lenticulaire à lentilles élémentaires sphériques, et à disposer ces lentilles de telle sorte que la synthèse des blancs se fasse dans les meilleures conditions. Dans l'art antérieur, lorsque l'on propose d'associer une image codée 1 à synthèse additive à un réseau lenticulaire, les lentilles élémentaires du réseau lenticulaire utilisé sont généralement cylindriques, or ces écrans focalisent sur des segments de droite. Cela est un inconvénient, car il existe nécessairement des positions du spectateur pour lesquelles ce segment recouvre plusieurs des sub-pixels de ladite image codée 1. Or, dans la plupart des applications envisagées, on cherche au contraire à ce qu'une lentille élémentaire soit perçue par le spectateur comme un pixel unique de l'image proposée à sa vue, et non pas comme le mélange d'un tel pixel avec son voisin. Les systèmes optiques centrés, comme par exemple les lentilles sphériques, n'ont pas cet inconvénient, puisqu'ils focalisent sur un point ou une toute petite surface.
Dans le cadre de la présente invention, le réseau lenticulaire comporte des lentilles élémentaires qui sont des systèmes optiques centrés ou assimilés. Un tel système peut être aussi bien un système optique possédant un axe de symétrie de révolution sensiblement perpendiculaire au plan focal de ladite lentille élémentaire, qu'un système optique comportant une partie centrale qui est une lentille cylindrique, et deux extrémités qui sont toutes les deux des portions de lentilles sphériques, les sphères étant chacune tangente au cylindre de ladite lentille cylindrique.
Tout système optique ayant des caractéristiques optiques sensiblement identiques permet d'obtenir les mêmes résultats. Il peut en particulier s'agir de tout système optique ayant pour effet de faire converger des rayons lumineux parallèles entre eux sur une zone dite zone de focalisation la plus petite possible, et en particulier nettement plus petite que la surface pupillaire du système optique considéré. Il est avantageux que la surface de focalisation soit contenue dans une surface qui est à la fois homothétique à la surface de la pupille dudit système optique, et en même temps sensiblement plus petite, par exemple inférieure à la moitié de la surface de la pupille.
Pour que la disposition des lentilles élémentaires ne donne pas lieu à la perception par le spectateur de lignes trop visibles de sub-pixels ayant la même couleur, et pour améliorer la synthèse des blancs, il est nécessaire que deux sub-pixels de l'image codée 1 situés en vis-à-vis de deux lentilles élémentaires dont les centres optiques sont les plus proches l'un de l'autre soient de couleurs différentes. Pour la même raison, il n'est pas non plus souhaitable que les lentilles élémentaires soient disposées en un damier fait de lignes horizontales et de colonnes verticales. En effet, une telle disposition aurait pour conséquence de créer des lignes verticales ou horizontales, selon le cas, de lentilles élémentaires prenant simultanément la même couleur. Il faut au contraire que deux lignes horizontales de lentilles élémentaires situées immédiatement l'une au dessus de l'autre soient décalées dans le sens de la largeur. Le décalage est avantageusement identique entre toutes les lignes de lentilles. Il n'est évidemment pas égal à la distance horizontale entre les lentilles élémentaires appartenant à la même ligne horizontale, car sinon l'on retrouverait une disposition en un damier fait de lignes horizontales et de colonnes verticales.
La meilleure solution consiste à ce que trois sub-pixels de l'image codée 1 situés en vis-à-vis de trois lentilles élémentaires dont les centres optiques sont les plus proches les uns des autres soient de 3 couleurs différentes. Le spectateur perçoit alors un ensemble de trois sub-pixels comme 'un triplet coloré qui permet une bonne synthèse des blancs .
Chaque fois que c'est possible, il faut que ce triangle ait ses trois côtés les plus égaux possibles. Les lentilles élémentaires du réseau lenticulaire 2 sont alors disposées en nids d'abeilles comme cela est illustré par les figures 1, 2, 3, 4, 7, 9a à 9d, 10, 12 à 14, et 16 à 20.
Cette disposition de sub-pixels colorés en triangles est connue depuis longtemps, et appliquée en particulier par certains fabricants d'écrans à LED (LED veut dire Light Emitting Diodes) qui disposent les LED en triangles, chaque triangle constituant un triplet de trois couleurs différentes donnant l'illusion à l'œil d'une couleur qui est l'addition des trois couleurs considérées.
Elle n'est pas facile à réaliser avec des écrans à balayage comme les écrans à tube cathodique, à LCD ou à plasma. Le premier avantage de la présente invention est donc de parvenir à ce résultat, même dans le cas où les sources lumineuses elles-mêmes ne sont pas disposées en triangles de couleurs différentes.
Dispositions de type 1 : Amélioration de la définition en 2D
Ceci s'applique à tous les écrans classiques à balayage n'ayant pas vocation à donner l'impression de relief.
Le meilleur plan de répartition est celui décrit par la figure 1. Les lentilles sont disposées en nids d'abeilles presque parfait, et il en existe trois pour chaque pixel RVB, c'est-à-dire une pour chaque subpixel. La figure 2 montre une vue en perspective d'un tel réseau lenticulaire 2.
Tous les sub-pixels 11 de l'image codée 1 reçoivent ici la projection d'une lentille élémentaire 21, et dans chaque ligne horizontale de sub- pixels, la moitié haute d'un sub-pixel sur deux est située en vis d'une lentille élémentaire, et la moitié basse du sub-pixel adjacent horizontalement est située en vis d'une autre lentille élémentaire.
Trois lentilles immédiatement adjacentes forment un triangle pratiquement équilatéral et ont trois couleurs différentes, ce qui permet une synthèse des blancs optimale.
Le spectateur perçoit en fait un pixel pour chacun de ces triangles . Il perçoit ainsi trois fois plus de pixels différents qu'avec la répartition d'origine de l'écran à balayage. Ces deux premières figures permettent de constater qu'il y a deux fois plus de lignes de pixels dans le réseau lenticulaire 2 que dans l'image codée 1 représentée à la figure 1, et qu'il y a autant de colonnes de pixels visibles par le spectateur qu' il y avait de colonnes de sub-pixels dans l'image codée 1, mais que ces colonnes de pixels ne sont plus vraiment des colonnes perceptibles à l'œil. Il y a ainsi maintenant trois fois plus de colonnes de pixels perçus qu'avant.
Il est important dans ce type de disposition que les lentilles utilisées soient à focale très courte, afin que le spectateur ne voie que le pixel prévu avec la lentille située en vis-à-vis. Les méthodes de fabrication les plus recommandées sont le coulage par gravité en surmoulant l'écran électronique lui-même, ou bien l'impression de lentilles sur la surface de l'écran.
La forme des lentilles élémentaires représentées à la figure 2 par un ensemble d'un dioptre sphérique et d'un dioptre plan peut être améliorée en utilisant des lentilles biconvexes comme illustré à la figure 3 qui montre la face postérieure de ce réseau, côté image électronique 1. Elle illustre un perfectionnement supplémentaire dans le cas où le réseau lenticulaire ne peut pas être placé assez près de l'image codée 1. En supplément des dioptres convergents 51, 52 et suivants situés à l'arrière de chaque lentille élémentaire du réseau lenticulaire 2, il existe ici aussi des fentes 61, 62 et suivantes pratiquées entre ces dioptres arrière.
La fonction de ces fentes 61, 62 et suivantes est d'assurer une réflexion totale des rayons lumineux issus des sub-pixels de l'image codée 1, et d'éviter que l'œil du spectateur puisse voir à travers une lentille élémentaire un sub-pixel voisin de celui qui est situé en vis-à-vis de la lentille, même lorsque le spectateur s'éloigne significativement de la position optimale située en face de l'écran.
Un autre perfectionnement est illustré par la figure 4 : il existe sur la face du réseau lenticulaire située du coté de l'image élémentaire un prisme situé en vis-à-vis de chaque sub-pixel, déviant la lumière émise par le sub-pixel considéré en direction de la lentille élémentaire située en vis-à-vis de la partie haute ou de la partie basse du sub-pixel considéré, selon le cas. Ceci correspond au fait que les projections de deux lentilles élémentaires adjacentes horizontalement sont situées l'une dans la moitié haute du sub-pixel lui correspondant, et l'autre dans la moitié basse du sub-pixel lui correspondant. Les prismes sont notés 71, 72 et suivants.
Le principe du prisme peut évidemment être combiné avec celui du dioptre arrière (non représenté)
Ces fentes et ces prismes ont aussi pour avantage d'empêcher les lentilles de focaliser sur les zones sombres qui peuvent exister entre les sub-pixels de l'image codée 1. Ces zones sombres existent souvent lorsque l'image codée 1 est produite par un écran électronique. Elle correspond à la frontière entre les sub-pixels. Le fait que les lentilles élémentaires focalisent sur ces zones sombres, en tout ou en partie, a dans de nombreuses applications pour effet de provoquer des moirages désagréables.
Même en dehors du cas où l'on utilise un réseau lenticulaire en combinaison avec un écran électronique pour obtenir une vision en relief, l'existence des bandes sombres peut être désagréable. C'est en particulier le cas lorsque le spectateur est très près d'un écran de type LCD, parce que ces bandes sombres peuvent dans certain cas être visibles à l'œil nu. C'est aussi le cas pour de nombreux écrans à LED. Une façon de remédier à cet inconvénient consiste à placer devant chaque sub-pixel une lentille convergente comme illustré à la figure 5. Une telle lentille comporte une partie centrale qui est une lentille cylindrique 82, et deux extrémités 83a et 83b qui sont toutes les deux des portions de lentilles sphériques, les portions de sphères 83a et 83b étant chacune tangente au cylindre de ladite lentille cylindrique 82. Ces lentilles peuvent avoir une forme assez libre du moment qu'elles soient bombées, afin que le spectateur ne voie plus que le centre des subpixels. Une telle lentilles simplifiée est représentée à la figure 6 qui en montrent deux lignes superposées de 4 lentilles adjacentes. De telles lentilles peuvent être de simples gouttes de vernis incolore déposées sur les sub-pixels. Une méthode de fabrication simple consiste à commencer par imprimer des traits de séparation entre les sub-pixels, avec une méthode telle que les traits soient fins en largeur mais dépassent largement de la surface des sub-pixels. On coule ensuite une goutte de vernis incolore sur une lentille sur deux dans chaque ligne de lentilles, en décalant chaque ligne de lentilles d'un sub-pixel. La capillarité a pour effet de donner aux lentilles la forme bombée. Ensuite, on coule une goutte de vernis sur chacun des emplacements restés libres. Les traits imprimés ont aussi pour effet de donner naissance aux fentes 41, 42 et suivantes.
Un réseau lenticulaire 2 de ce type, placé seul devant une image codée 1 à synthèse additive composée de sub-pixels rectangles juxtaposés horizontalement pour former à trois un triplet coloré carré, est en soi une mise en œuvre l'invention, puisque les lentilles élémentaires dudit réseau lenticulaire 2 sont situées en vis-à-vis de sub-pixels de l'image codée 1 et que deux sub-pixels de l'image codée 1 situés en vis-à-vis de deux lentilles élémentaires dont les centres optiques sont les plus proches l'un de l'autre sont de couleurs différentes.
Il est également possible de combiner un réseau lenticulaire de ce type éliminant les bandes sombres, avec un réseau lenticulaire 2 selon l'invention. On peut disposer un tel réseau lenticulaire supplémentaire 8 entre le réseau lenticulaire 2 et l'imagé codée 1. Ledit réseau lenticulaire supplémentaire 8 comprend une lentille élémentaire en vis à vis de chaque sub-pixel, lesdites lentilles étant jointives ; D'autres dispositifs permettant d'empêcher les lentilles élémentaires de focaliser sur les zones sombres seront décrits plus loin. Ils peuvent être combinés avec ceux qui viennent d'être décrits, dans la quasi- totalité des modes de mise en œuvre décrits ci-avant et ci-après.
Dispositions de type 2 : Amélioration de la définition en 2D et en 3D à 2 vues
Ces dispositions sont particulièrement intéressantes pour les petits écrans, comme ceux des téléphones, des organiseurs, des jeux électroniques et des viseurs de caméscopes.
Le plan de répartition est celui décrit par la figure 8. La disposition des lentilles n'est pas un nid d'abeille parfait, mais reste proche de cette disposition idéale.
Deux sub-pixels 16 et 17 voisins horizontalement sont vus par les deux yeux du spectateur, l'un par l'œil droit et l'autre par l'œil gauche. La focale des lentilles F est idéalement déterminée par la formule suivante
F = D * i /y dans laquelle D est la distance optimale du spectateur, i la distance entre deux sub-pixels adjacents horizontalement, et y l'écart entre les yeux d'un spectateur moyen (60 mm est une bonne valeur) . Cette règle est d'ailleurs valable pour la plupart des dispositions de types 3 et 4 exposées plus loin.
Il est important que le spectateur soit situé à la distance prévue, car dans le cas contraire, il verrait avec un de ses yeux des pixels qui ne proviendraient pas d'une image primaire unique. C'est pour cela que ce dispositif est particulièrement adapté aux produits comportant de petits écrans, parce que le spectateur tient toujours son téléphone, son organisateur, ou son jeu électronique à une distance qui est connue et fixe.
Ce dispositif peut être utilisé de deux façons différentes : o Pour la 3D, les images primaires vues par chacun des deux yeux correspondent à deux prises de vues différentes de la même scène, prises de deux emplacements distants par exemple de 6cm l'un de l'autre horizontalement. o Pour la 2D, les images primaires sont deux extractions différentes de la même image, ce qui a pour effet que chacun des yeux reçoit une information différente qui vient compléter celle reçue par l'autre œil. Il est donc possible d'extraire ces images primaires d'une image d'origine à plus haute définition que celle de l'image codée 1.
Dans ce mode de mise en œuvre et les suivants, il faut que le déplacement du spectateur se traduise par un changement du pixel vu à travers une lentille donnée, et si possible que tous ces changements soient simultanés pour toutes les lentilles élémentaires du réseau lenticulaire, lors d'une modification suffisante de la position du spectateur.
Dispositions de type 3 : Diffusion en 3D à 4 vues
Ce sont les dispositions les plus performantes pour un poste de travail individuel . Les 4 figures 9a à 9d permettent de voir comment la variation horizontale de la parallaxe permet au spectateur de voir successivement les 4 images primaires.
En 3D, une telle disposition permet la diffusion de 3 couples stéréoscopiques et d'un couple inversé, ou bien de 2 couples stéréoscopiques et de deux images plates si l'une des 4 vues est noire. Dans ce second cas, il n'existe plus de risque de stéréoscopie inversée, mais la moitié des positions procure une sensation de relief.
Dans l'utilisation en 3D classique, avec 4 images différentes, on considère qu'une personne parvient assez facilement à se caler dans les trois quarts des positions possibles dès lors que cette image électronique 1 est celle de son poste de travail.
En modifiant l'orientation verticale de l'écran, ce qui est très facile en particulier avec les ordinateurs portables, le spectateur peut aussi ajuster la disposition des images pour voir dans toute position les deux images centrales. C'est en effet une des particularités de ces dispositifs que la variation verticale du spectateur a pour conséquence un changement des images primaires vues par les deux yeux.
Comme le précédent, ce dispositif peut être aussi utilisé pour la 2D avec une très bonne résolution, puisque les 4 images primaires sont dans ce cas 2 ou 4 extractions différentes et donc complémentaires de la même image d'origine, laquelle peut donc avoir une résolution nettement supérieure à la résolution physique de l'écran.
Le fait d' envoyer à chacun des deux yeux une information complémentaire de celle parvenue à l'autre œil permet au cerveau de recomposer l'image d'origine qui est à plus haute définition.
Dispositions de type 4 : Diffusion en 3D à un grand nombre de vues
L' invention est compatible avec tous les nombres d' images primaires possibles.
Les figures 9 et 10 montrent des dispositions à 9 vues. Elle ne sont que des exemples de ce qui peut être réalisé pour les terminaux d'affichage destinés à un public susceptible de se déplacer face à l'écran.
Avec les progrès des écrans électroniques, dont la résolution ne cesse de s'améliorer, ces nombres d'images primaires élevés deviennent progressivement compatibles avec la quasi-totalité des dimensions d'écrans et des usages envisagés.
Le dispositif de la figure 10 est particulièrement avantageux. Il respecte la règle que les sub-pixels vus simultanément par le spectateur forment des triangles presque équilatéraux. Une telle disposition est obtenue pour de nombreux nombres d'images primaires à la condition de respecter les règles suivantes : o les centres de deux sub-pixels actifs simultanément 14 et 15 d'une même ligne de sub-pixels sont écartés d'un nombre de sub-pixels égal au nombre d'images dites primaires, o le sub-pixel actif 16 le plus près de deux sub-pixels actifs simultanément 14 et 15 dans la ligne de sub-pixels immédiatement supérieure ou inférieure est situé le plus près possible du centre du segment joignant lesdits deux sub-pixels actifs simultanément 14 et 15 ; étant précisé que l'on entend ci-avant et ci-après par "sub-pixels actifs simultanément » les sub-pixels appartenant à une même projection de centre P des centres optiques des lentilles élémentaires.
Elimination des bandes sombres
Le perfectionnement illustré par les figures 12, 13 et 14 a pour objectif d' éliminer le problème lié aux bandes sombres que la plupart fabricants d'écrans disposent entre les sub-pixels.
La face du réseau lenticulaire 2 située du côté de l'image codée 1 comprend des fentes 41, 42 et 43 au droit de la frontière entre les subpixels situés en vis-à-vis.
Même si elles ont une fonction similaire qui est de provoquer une réflexion totale, ces fentes ne sont pas exactement les mêmes que celles décrites aux figures 3 et 4 qui ne se situent pas au droit de la frontière entre les sub-pixels situés en vis-à-vis. Elles sont donc notées par des numéros de référence différents.
En d'autres termes, on ajoute une structure optique supplémentaire sur à la face arrière du réseau lenticulaire 2, ou bien sur une structure séparée du réseau lenticulaire 2.
Chaque petite structure rectangulaire entourée de fentes correspond à un sub-pixel de l'image codée 1, et les 4 faces latérales de chacune desdites petites structures rectangulaires ont une légère dépouille qui a pour conséquence que les rayons issus des sub-pixels s'y réfléchissent totalement.
Sur la figure 13, o le plan L est celui des centres optiques des lentilles élémentaires ; o le plan F est celui du départ des fentes 41, 42 et suivantes ; o et le plan C est celui des faces arrière.
S'il n'est pas possible de rapprocher assez le plan C de ces faces arrière du plan des sub-pixels, chaque face arrière peut avantageusement, au lieu d'être plane, être une lentille sphérique convergente (non représenté sur ces figures) .
Avantageusement, une lentille élémentaire 21, du réseau lenticulaire 2 focalise sur le plan F dit de départ des fentes 41, 42 et 43.
Une autre façon de résoudre ce problème consiste à placer des cloisons réfléchissantes entre les sub-pixels, ces cloisons ayant une face avant très fine. On peut voir de telles cloisons 91, 92 et suivantes à la figure 16 et une variante avec des faces de cloisons inclinées formant réflecteur, à la figure 17.
Une autre façon de résoudre ce problème consiste à disposer un dépoli parallèlement à l'image codée, à une distance telle de celle-ci que les sub-pixels éclairent chacun une surface un peu plus large que leur surface propre.
Une dernière façon de résoudre ce problème consiste à ne pas placer les lentilles à la distance focale de l'image codée 1, mais un peu plus loin ou un peu plus près. Les lentilles ne peuvent alors plus focaliser sur une bande sombre uniquement. Cette méthode n'est pas la meilleure, mais elle peut être utilisée modérément, en association avec toutes les autres citées précédemment.
Un problème se pose lorsqu'un écran électronique 1 muni d'un réseau lenticulaire 2 destiné à produire un effet de relief, diffuse une image en 2D. Certaines des dispositions de réseau lenticulaire décrites sont alors néfastes. Ce problème peut être résolu en rapprochant le réseau lenticulaire 2 de l'image codée 1 de telle sorte que ses lentilles élémentaires ne focalisent plus sur le plan de l'image codée 1 et ne dévient pratiquement plus les rayons lumineux. Un tel déplacement du réseau lenticulaire 2 par rapport à l'image codée 1 peut être provoqué manuellement, ou de préférence par un dispositif électromagnétique ou pneumatique par exemple.
Dispositifs à géométrie variable Certaines sources lumineuses utilisées dans la construction d'écrans électroniques à synthèse additive, comme par exemple les LED, peuvent être allumées et éteintes à un rythme très élevé, avec une rémanence infime ou inexistante.
Certains constructeurs d'écrans à LED utilisent cette particularité physique pour réaliser plusieurs affichages successifs d'images qui sont des extractions différentes de pixels d'une même image à plus haute résolution que celle affichée à un instant t par l'image codée 1, ce qui améliore d'après eux la netteté de l'image perçue par le spectateur.
Cependant, il faut considérer que la persistance rétinienne a pour effet que l'œil humain confond ces affichages successifs.
Il en va différemment lorsque la géométrie du dispositif a été modifiée entre deux affichages successifs, parce que l'œil humain perçoit alors deux affichages successifs à deux emplacements différents.
Une telle modification de géométrie consiste à faire varier périodiquement les positions relatives du réseau lenticulaire 2 et de l'image codée 1, soit par des moyens mécaniques, soit par des moyens magnétiques comme un ou plusieurs électro-aimants faisant vibrer le réseau lenticulaire 2, et/ou l'image codée 1. On peut aussi utiliser toutes sortes de mouvements selon le nombre d'allumages successifs prévus pendant un mouvement périodique complet : par exemple linéaire alternatif ou circulaire, ou une combinaison de tels mouvements. II est également possible d'utiliser des réseaux lenticulaires électroniques, afin de n'avoir à déplacer aucun objet physique pour ne produire aucune vibration et aucun bruit. On entend ci-avant par réseau lenticulaire électronique des réseaux lenticulaires consistant en une plaque de matériau transparent dont on fait varier l'indice de réfraction ou une autre caractéristique optique par des moyens électroniques .
Cette modification de géométrie peut être utilisée pour deux types d'objectifs différents : soit pour obtenir un effet de 3D, soit pour améliorer la résolution. Les figures 16 et 17 montrent un mode de mise en œuvre dans lequel on obtient un effet de 3D. Lorsque le réseau lenticulaire est déplacé horizontalement de gauche à droite, l'image codée 1 est émise dans des directions différentes. Il est ainsi possible d'émettre des images différentes vers les deux yeux des spectateurs. La présence des cloisons 91, 92 et suivantes a pour effet de donner à toute la case que ferment ces cloisons, qui est de couleur blanche, une couleur et une intensité lumineuse qui est directement fonction de l'intensité lumineuse de la LED correspondante. Elle permet aux spectateurs d'être à des hauteurs différentes par rapport à l'écran. Un couvercle dépoli, non représenté, peut être plaqué sur la face avant de chacune de ces cases pour rendre homogène l'intensité lumineuse sur toute la surface de la case. Les cloisons peuvent aussi, avantageusement, être remplacées par des réflecteurs, comme illustré à la figure 17.
La figure 18 montre un mode de mise en œuvre dans lequel on obtient une amélioration de la résolution. La focale des lentilles élémentaires 21.22 et 23 est calculée de telle sorte que chaque LED projette à travers la lentille élémentaire située en vis-à-vis une image réelle sur le dépoli
10. Pour chaque position du réseau lenticulaire, l'allumage des LED donne lieu à une image différente de chaque LED sur le dépoli. La persistance rétinienne a pour effet que l'œil humain voit toutes ces images alors qu'elles n'existent pas simultanément.
Que ce soit pour obtenir un effet de 3D ou pour améliorer la résolution, de très nombreuses combinaisons de dispositions de sub-pixels, de lentilles élémentaires et de mouvements relatifs entre l'image codée 1 et le réseau lenticulaire 2 peuvent être envisagées par l'homme de l'art pour obtenir une amélioration de la résolution.
Pour éviter que les LED ne projettent des images sur le dépoli à travers d'autres lentilles élémentaires du réseau lenticulaire 2 que celle la plus proche de la LED considérée, il est recommandé de prévoir un cloisonnement au droit de chaque lentille élémentaire, dans un espace compris entre le dos du réseau lenticulaire 2 et le plan de l'image codée (les cloisons ne sont pas représentées sur la figure 18, mais peuvent être similaires à celles représentées à la figure 16) .
La figure 19 est un diagramme qui montre un exemple particulièrement avantageux de répartition des images réelles projetées sur le dépoli. Les carrés verticaux montrent cette fois l'endroit où apparaissent les LED notées R pour rouge, V pour vert et B pour bleu dans une position du réseau lenticulaire. Les carrés inclinés montrent la position apparente des LED lorsque le réseau lenticulaire a été déplacé d'un premier mouvement noté a, et les cercles montrent la position apparente des LED lorsque le réseau lenticulaire a été déplacé d'un second mouvement noté b. Ils semblent s'être déplacés selon un mouvement noté "a". Les cercles montrent la position apparente des LED lorsque le réseau lenticulaire a été déplacé une nouvelle fois. On obtient une disposition apparente des sub-pixels en nids d'abeilles, alors que les sub-pixels d'origine sont disposés en lignes horizontales, ce qui est le plus facile dans le cas d'un balayage comme par exemple avec un écran plasma qui a aussi l'avantage d'avoir des sub-pixels pouvant être allumés et éteints à un rythme très élevé. Puisque l'existence d'un réseau lenticulaire et d'un dépoli a pour effet de permettre une multiplication du nombre des sub-pixels apparents pour le spectateur, la superposition de plusieurs sous-ensembles d'un réseau lenticulaire et d'un dépoli permet d'obtenir un nombre de pixels apparents qui est égal au produit de toutes les multiplications successives. Il suffit pour obtenir ce résultat d'allumer les LED correspondant à une série de pixels projetés sur le dépoli le plus en amont uniquement au moment où les positions des réseaux lenticulaires a pour effet projection de sub-pixel à l'emplacement souhaité. II est possible d'obtenir simultanément une amélioration de la résolution et un effet de 3D disposant dans l'ordre, depuis la face du dispositif la plus proche de l'image codée 1, un ou plusieurs sous-ensembles d'un réseau lenticulaire et d'un dépoli, et en terminant par un réseau lenticulaire 2 à déplacement horizontal procurant un effet 3D en permettant aux spectateurs de voir selon leur position une série ou une autre d'images de sub-pixels projetés sur le dépoli le plus proche d'eux.
Il est possible de réaliser de grands réseaux lenticulaires conformes à l'invention par superposition de deux réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques comme illustré à la figure 15. Le réseau lenticulaire 2 est alors constitué par la superposition de deux réseaux lenticulaires 210 et 220 à lentilles cylindriques, les lentilles élémentaires de ces deux réseaux ayant un plan focal sensiblement commun après avoir été superposées. Pour l'utilisation de tels réseaux lenticulaires dans les modes de mise en œuvre décrits plus haut sous le titre « Dispositifs à géométrie variable », il peut être avantageux de déplacer ces deux réseaux indépendamment l'un de l'autre, en respectant des règles cinématiques identiques ou différentes.
Dans la présente description et dans les 'revendications qui suivent, o on a décrit les lentilles élémentaires du réseau lenticulaire comme des dioptres sphériques ou d'autres formes. Il peut bien évidemment s'agir de lentilles de Fresnel ; o l'expression réseau lenticulaire 2 est utilisée pour décrire des ensembles de lentilles de différents types ; il va de soi que cette expression doit être comprise au sens large, et que les réseaux lenticulaires à systèmes optiques centrés, à lentilles cylindriques doubles ou annulaires peuvent être remplacés par des plaques opaques comportant des trous ou zones transparentes circulaires, ou de formes fantaisistes en lieu et place des systèmes optiques décrits - de telles plaques opaques à zones transparentes peuvent notamment être des écrans à cristaux liquides qui ont l'avantage de pouvoir être programmés automatiquement, ce qui est un avantage en particulier dans les modes de mise en œuvre décrits plus haut sous le titre « Dispositifs à géométrie variable ».
De même, l'image codée 1 est idéalement un écran à cristaux liquides ou un écran à plasma ou un écran à sources lumineuses colorées comme par exemple des diodes électroluminescentes (DEL) , mais le dispositif fonctionne aussi avec toute image imprimée dont les pixels comportent des sous-pixels de différentes couleurs faites pour être additionnées par l'œil humain. Dans toutes les descriptions qui précèdent, les réseaux lenticulaires sont décrits avec les lentilles côté spectateur, mais l'inverse est possible et a l'avantage dans certains cas de permettre de rapprocher les centres optiques des lentilles du plan des sub-pixels, sans pour autant avoir à diminuer l'épaisseur du réseau lenticulaire. Les petits écrans sont avantageusement produits par injection. Une pièce monobloc peut alors remplir aussi d'autres fonctions (pivotement, coulissement, rapprochement du plan des lentilles de celui des sub-pixels pour supprimer l'effet des lentilles). Les grands écrans sont produits par coulage dans un moule (procédé bien connu pour la réalisation des écrans de rétro-projecteurs), ou par juxtaposition sur une plaque de verre ou d'un autre matériau de dalles produites par injection, ou encore par d'autres procédés d'impression de lentilles par sérigraphie ou stéréo-lithographie, ou d'autres procédés connus ou à venir. Pour éviter les problèmes de déformation liée à la modification de l'environnement (température, humidité, etc.), le réseau lenticulaire est avantageusement légèrement élastique et solidaire par ses bords uniquement de l'image codée 1, ou d'un châssis peu déformable solidaire de l'écran électronique.
Les principales applications de la présente invention sont : o l'affichage publicitaire, les enseignes publicitaires, la promotion sur le lieu de vente, la composition de vitrines virtuelles ; o toutes les applications de la télévision, de la vidéo et du cinéma, et en particulier les suivantes : les retransmissions sportives, les films et feuilletons, les journaux télévisés et les reportages, les jeux vidéo, la publicité, les attractions des parcs de loisirs, les terminaux des postes de travail de création assistée par ordinateur, la conception de produits et l'architecture, la visualisation scientifique, l'imagerie médicale (radiographies 3D, RMN, scanner, échographie, endoscopie, microchirurgie, etc.), les systèmes d'aide au pilotage d'engins et les simulateurs de pilotage, les films personnels, l'éducation, La planification des missions, la reconnaissance, l'évaluation des dommages, l'analyses du terrain, la cartographie, la géographie, la recherche sismique, la téléconférence, les téléphones mobiles, les organiseurs ; o les luminaires, les œuvres d'art, les objets de décoration et les gadgets .

Claims

Revendications
1. Dispositif optique comprenant :
- une image codée 1 à synthèse additive,
- et un dispositif dit réseau lenticulaire 2, comportant une pluralité de dispositifs Optiques élémentaires juxtaposés, caractérisé par le fait :
- que lesdits dispositifs optiques élémentaires comprennent chacun un système optique centré ou assimilé dit lentille élémentaire, étant précisé que l'on entend par système optique centré ou assimilé : aussi bien un système optique possédant un axe de symétrie de révolution sensiblement perpendiculaire au plan focal de ladite lentille élémentaire, qu'un système optique comportant une partie centrale qui est une lentille cylindrique, et deux extrémités qui sont toutes les deux des portions de lentilles sphériques, les sphères étant chacune tangente au cylindre de ladite lentille cylindrique, qu'un système optique ayant des caractéristiques optiques sensiblement identiques, un système optique étant en particulier considéré comme sensiblement identique à un système centré dès lors que la déviation de rayons lumineux parallèles entre eux traversant le système les fait converger sur une zone dite zone de focalisation, laquelle est contenue dans une surface qui est à la fois homothétique à la surface de la pupille dudit système optique, et d'une surface inférieure à la moitié de la surface de ladite pupille,
- que lesdites lentilles élémentaires dudit réseau lenticulaire 2 sont situées en vis-à-vis de dits sub-pixels de ladite image codée 1,
- et que deux sub-pixels de l'image codée 1 situés en vis-à-vis de deux lentilles élémentaires 21, 22 et suivantes dont les centres optiques sont les plus proches l'un de l'autre sont de couleurs différentes ; étant précisé que l'on entend ci-avant et ci-après :
- par sub-pixels les sources lumineuses élémentaires de ladite image codée 1, qui sont d'au moins trois couleurs différentes,
- par image à synthèse additive une image comportant de tels subpixels, l'addition par l'œil humain de trois sub-pixels proches de trois couleurs différentes, produisant un pixel d'une couleur égale à l'addition de ces trois couleurs,
- par image codée 1 l'ensemble des sub-pixels affichés,
- et par "être situé en vis-à-vis" le fait que deux éléments appartenant à deux plans différents sensiblement parallèles à celui de l'image codée 1, sont des homologues dans une projection de centre P, P étant un point situé à l'emplacement choisi par le concepteur du dispositif comme étant un emplacement auquel le spectateur bénéficie au mieux des avantages du dispositif.
2. Dispositif optique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que deux lignes horizontales de lentilles élémentaires situées immédiatement l'une au dessus de l'autre sont décalées dans le sens de la largeur, le décalage étant identique entre toutes les lignes de lentilles et n'étant pas égal à la distance horizontale entre les lentilles élémentaires appartenant à la même ligne horizontale.
3. Dispositif optique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que trois sub-pixels de l'image codée 1 situés en vis-à-vis de trois lentilles élémentaires dont les centres optiques sont les plus proches les uns des autres sont de 3 couleurs différentes.
4. Dispositif optique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les lentilles élémentaires du réseau lenticulaire sont disposées en nids d'abeilles.
5. Dispositif optique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que dans chaque ligne horizontale de sub-pixels, la moitié haute d'un sub-pixel sur deux est située en vis d'une lentille élémentaire, et que la moitié basse du sub-pixel adjacent horizontalement est située en vis d'une autre lentille élémentaire.
6. Dispositif optique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la face du réseau lenticulaire 2 située du côté de l'image codée 1 comprend des fentes 41, 42, 43, 44 et suivantes au droit de la frontière entre les sub-pixels situés en vis-à-vis.
7. Dispositif optique selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il existe un réseau lenticulaire supplémentaire 8 disposé entre le réseau lenticulaire 2 et l'image codée 1, comprenant une lentille élémentaire en vis à vis de chaque sub-pixel, lesdites lentilles étant jointives.
8. Dispositif optique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le réseau lenticulaire 2 est constitué par la superposition de deux réseaux lenticulaires 210 et 220 à lentilles cylindriques, ces deux réseaux ayant un plan focal sensiblement commun.
9. Dispositif optique selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de faire varier périodiquement les positions relatives du réseau lenticulaire 2 - ou de l'un des réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques le composant, dans le cas où le réseau lenticulaire 2 est constitué par la superposition de deux réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques selon la revendication 8 - et de l'image codée 1.
10. Procédé consistant à afficher une ou plusieurs images avec un dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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