WO2009112722A2 - Dispositif interactif hybride oled lcd avec plaques microstructurees - Google Patents

Dispositif interactif hybride oled lcd avec plaques microstructurees Download PDF

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WO2009112722A2
WO2009112722A2 PCT/FR2009/000202 FR2009000202W WO2009112722A2 WO 2009112722 A2 WO2009112722 A2 WO 2009112722A2 FR 2009000202 W FR2009000202 W FR 2009000202W WO 2009112722 A2 WO2009112722 A2 WO 2009112722A2
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optical
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matrix
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WO2009112722A9 (fr
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Gwénolé Bocquet
Sébastien BOCQUET
Original Assignee
Bocquet Gwenole
Bocquet Sebastien
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Publication date
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Publication of WO2009112722A9 publication Critical patent/WO2009112722A9/fr
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0425—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means using a single imaging device like a video camera for tracking the absolute position of a single or a plurality of objects with respect to an imaged reference surface, e.g. video camera imaging a display or a projection screen, a table or a wall surface, on which a computer generated image is displayed or projected
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
    • G02B30/56—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels by projecting aerial or floating images

Definitions

  • the present invention relates to an interactive terminal for advertising, communication, downloading and taking information.
  • the present invention is characterized in that it allows a user to interact in real time without material contact and without any accessory with an animation based on no support by movements and / or positioning of his hands in certain areas of the space where "floating" images are located.
  • the present invention uses infrared sensor systems, a display
  • the interactive terminal can be used as advertising space; as a tool for exploring a database of 3D animations; as a 3D modeling tool, as a tool for entertainment; as a terminal connected to the Internet network and compatible with telecommunications standards such as the BLUTOOTH protocol.
  • the systems for displaying relief images are divided into the following categories: - Lenticular systems
  • the device according to the present invention comprises a source system characterized by a high brightness screen controlled by a PC type computer unit; it also includes a Fresnel optical assembly for producing an almost aplanatic real image that does not rely on any support, as well as an OLED / LCD semi-transparent hybrid screen for producing a real image.
  • the device further comprises sets of position sensors also controlled by a computer unit; a dedicated software application manages the real-time creation of images according to the physical events translated by the sensor assemblies.
  • the device according to the invention will comprise additional peripheral elements for producing a multi-purpose interactive terminal that can be controlled by the Internet network.
  • the invention is finally conceived potentially to generate a completely dynamic interaction with 3D elements in real time giving the possibility of modifying them without any tactile tactile contact.
  • the present invention consists of a thin terminal that can be easily installed in a store, a presentation hall or a place of passage.
  • the terminal according to the invention comprises a screen that generates animations that do not rely on any support (in "floating") and can be dynamically modified according to given gestures of the user translated into a basic language.
  • the invention has the advantage that it allows a user to access information without tactile contact while ensuring a greater sense of realism about the objects explored.
  • a set of gestures can thus be coded:
  • Engaging a direct rotation along an axis Oz
  • Engaging an indirect rotation along an axis Oz
  • - Engaging a direct rotation along an axis Oy
  • Engaging an indirect rotation along an axis Oy
  • the invention is designed in that it allows precise control of a non-tactile fluid interaction (in the material sense) for increased realism.
  • the invention is further due to the effect of levitation of the cut-off images to improve the sensation of volume.
  • the invention allows dynamic control of the properties of displayed objects in an intuitive interaction mode that does not require a hardware interface.
  • Non-tactile dynamic control (NTDC) allows for a more natural approach and easier handling of geometric concepts.
  • the method according to the invention applies to communication, video games, but also to information and simulation.
  • the invention makes it possible to create: an interactive virtual keyboard,
  • An object (example: an interactive mobile phone)
  • a dynamic 3D manual modeler without peripheral accessories The creation of a merchant terminal for the online purchase of dynamically accessible products;
  • a first object of the present invention is that the means for producing the real images are of the optical type and are made from Fresnel lenses that can be arranged in matrices;
  • a second object of the present invention is that it comprises a hybrid OLED / LCD screen which can be in a transparent state or in a display mode state,
  • a third object of the present invention is characterized in that it comprises systems for producing and restoring source video animations such as LCDs, OLEDs, TOLEDs (transparent OLEDs), LEDs, PLASMAs; but also projection screens associated with video projectors;
  • a fourth object of the present invention consists in that it comprises physical sensors connected by means of an acquisition card to a computer unit (PC or card comprising microcontrollers); these sensors will be infrared-type position sensors; but may also be motion sensors;
  • a fifth object of the invention is that the optical assembly for the production of an animation not relying on any material support can be characterized by I or several optical subassemblies,
  • a sixth object of the invention consists in that it comprises, according to a particular embodiment, infrared sources and detectors scanning an area of the space coinciding with the projection area of the images.
  • a seventh object of the invention consists in that it makes it possible to establish a precise and immediate correspondence between the physical location of the projected images and the detection zone of the sensors;
  • An eighth object of the present invention is characterized in that the systems for the production of interactive source animations are controlled by one or more software implemented on a microcomputer (PC computer unit) or an electronic card provided with programmable micro controllers (En PlC for example) Applications that can be written as an example in WINDEV, C ++ or VISUAL BASIC.
  • a microcomputer PC computer unit
  • En PlC programmable micro controllers
  • a ninth object of the present invention is that the optical assembly comprises a first Fresnel corrector geometric and chromatic aberration lens to widen the field of view of the images produced by the source elements,
  • a tenth object of the present invention consists in that it makes it possible to display a real image detachment parallel to a real image generated by a hybrid LCD / OLED display with a high switching frequency greater than the retinal remanence threshold,
  • An eleventh subject of the present invention consists of electrostatic, membrane, CCD matrix, holographic, Doppler, etc. sensors.
  • a twelfth of the present invention is that it may optionally include heat sensors, motion, noise, light, pressure and touch,
  • a thirteenth object of the present invention is that it may comprise a system of infrared sensors / detectors distance to carry out a location by spatial triangulation.
  • An eighteenth object of the present invention is that it may comprise an infrared mirror for producing a particular sensor;
  • a fourteenth object of the present invention consists in that the infrared sensor system is characterized according to a particular embodiment by a CCD matrix infrared camera that can be completed by an autofocus system and a diffuse infrared source;
  • a fifteenth object of the present invention is that the autofocus system attached to the infrared camera is driven by software that determines the interaction distance in relation to a standard function
  • a sixteenth object of the present invention is that, according to a particular embodiment, a dedicated computer program modifies or recalculates the animations in real time.
  • a seventeenth object of the present invention is that the means for producing animations not based on any support can be supplemented by other means; these complementary means are: projection holographic elements, one-way mirrors, lenticular arrays, LEDs, optical filters, translucent plates and liquid crystal masks;
  • An eighteenth object of the invention consists in that the optical device may consist of a Fresnel lens generating the effect of a sphere.
  • a nineteenth object of the present invention consists in that it may comprise optionally convergent air nozzles in the image plane and whose flow increases with the movements of the hand of the user to simulate an artificial tactile effect;
  • a twenty-first object of the present invention is that it is provided according to a particular application of a reader or bar code detector for the dynamic rendering of the corresponding 3D objects,
  • a second object of the present invention is that it may optionally include an RGB LED system to illuminate the periphery of the floating images or to illuminate the periphery of the sphere generated by the Fresnel lens (if it is used )
  • the device according to the invention will include, without limitation, the following technical elements:
  • An LCD array characterized by the following: a first polarizing filter, a first glass substrate, a first transparent electrode array, a first alignment layer, a thin liquid crystal layer, a second alignment layer perpendicular to The first, a second matrix of transparent electrodes, a color filter
  • RGB a second glass substrate and a second polarizing filter perpendicular to the first
  • An OLED backlight panel which in the OFF 'state is transparent and in the' ON 'state diffuses white light; (typically at least 1000 Cd / m2)
  • An electronic control of the LCD matrix - An electronic timing switch that drives the ON / OFF state of the LCD array and OLED panel at a typical frequency;
  • a high brightness source display type LCD, PLASMA or OLED A high brightness source display type LCD, PLASMA or OLED;
  • Infrared sensors distance sensors or infrared camera coupled with a source and optionally equipped with the autofocus function
  • a computer application that interprets sensor signals
  • Figure 1 is a schematic side view of an embodiment of the invention
  • Figure 2 shows a schematic side view another embodiment of the invention
  • Figure 3 is a schematic side view of an embodiment for an infrared sensor / delimiter
  • FIG. 4 represents an embodiment according to the invention of a sensor sensor system according to the invention.
  • the device according to the present invention is characterized by an interactive terminal which comprises a source screen 1. This produces original animations 18 cut off on a uniform background. These animations are generated in real time by the PC unit 1 1.
  • the device according to the invention furthermore comprises a projection optical system 2 made up of Fresnel lenses: this lens is provided with a first field expander assembly characterized by one or more Fresnel lenses arranged in dies so that the striated face thereof is turned observer side 27; a second set is characterized by a double condenser or a Fresnel lens matrix 6 for projecting a floating aplanatic image 20 from a source image 18.
  • a projection optical system 2 made up of Fresnel lenses: this lens is provided with a first field expander assembly characterized by one or more Fresnel lenses arranged in dies so that the striated face thereof is turned observer side 27; a second set is characterized by a double condenser or a Fresnel lens matrix 6 for projecting a floating aplanatic image 20 from a source image 18.
  • a second real image 22 is produced by an OLED / LCD hybrid screen 3 characterized by a liquid crystal matrix 7 for displaying the information 22 and by an OLED backlighting system 8:
  • the OLED panel 8 is in the 'on' position and illuminates the LCD matrix 7. Simultaneously, the LCD matrix 7 provided with its control electronics 9 (remote) displays the current image 22 indicated by the PC 1 1 to which it is connected.
  • the OLED 8 panel In 'OFF' state, the OLED 8 panel is in the off position and is therefore transparent;
  • the LCD matrix 7 is also in the 'transparent' state (the liquid crystals are aligned perpendicular to the plane of incidence of the optical beams): the beams 19 coming from the projection lenses 2 pass through the hybrid screen 3 to form the current floating picture.
  • the switching ON / OFF is provided by an electronic switch 10 which is connected to the PC 11.
  • the device 10 can switch or not to switch depending on whether an image 20 is displayed or not.
  • the switching frequency is chosen by exploiting the phenomenon of retinal remanence to obtain a superposition without blinking images 20 and 22.
  • Interactivity is achieved by means of a sensor system 4 which includes an infrared source and a detection system.
  • the infrared source is characterized according to a first embodiment by a source emitting a directional beam that cuts the image plane 4e.
  • Four such infrared distance sensors 4a, 4b, 4c, 4d are inclined towards the image plane 21 so that the detection zone of said sensors coincides with the zone where the floating image 20 is located.
  • This configuration makes it possible to encode different elementary actions of the user's hand. Each action has a new event.
  • a software manages the different actions of the user and the compulsives in an intelligent interactive program.
  • the infrared source 14 is characterized by one or more infrared LEDs coupled with one or more optical elements 15 for spreading the beams 16. These optical elements may consist of a diverging lens, a matrix of microlenses or a translucent element.
  • the detection system is characterized by an infrared camera 13 provided with an autofocus system: The beams are reflected by the hand of the user at the virtual point of contact 26. After passing through the lens 13b they are detected by the infrared CCD matrix 13a. The distances 14b and 14c being known; an integrated chip (already existing module) detects the maximum intensity according to (x, y) received by the IR detectors of the CCD matrix.
  • a preliminary standard is made between the maximum electrical signal and the interaction distance (curve x, y, z) for detecting the coordinate (z) (depth) of the hand of the user.
  • This embodiment makes it possible to perform an interaction with an increased detail fineness (3D interactivity, modeling of hand gestures, real-time calculation of a corresponding 3D application)
  • the present invention comprises an infrared mirror 23 placed between the field expander system 5 and the projection optical assembly 2.
  • the sensor system 4 is integrated inside the device in order to be arranged in continuity with the optical axis of the projection system 2. Thanks to the optics 6, the real image of the user's hand is projected directly into the device. the detection field of infrared sensors.
  • the infrared mirror is preferably inclined at 45 °.
  • connection 'Hybrid screen 3 to the PC 11' is provided by a high-speed cable 24.
  • connection PC 11 to the source display 1 is provided by this same type of cable 25.
  • the optical projection element has the following optical characteristics: A number of turns per millimeter between 0.125 and 0.708 (0.508 being the preferred value); a first prism angle of about 2.7 degrees, a distance between each turn is about 0.508mm and a rate of variation of the prism angle approximately equal to 0.413 degrees per millimeter.
  • the visual field expanding optical element 17 will have the same characteristics as those listed above.
  • the optical field expander element may itself constitute a matrix of sub-elements of visual field enlarging elements and aberration corrector.
  • the projection optical system 2 is characterized according to a particular embodiment by a Fresnel lens matrix whose function is to produce a composite image of a single real image 20.
  • the composite source images are generated by the source screen 1 .
  • the device comprises translucent or opaque portions 28 which may optionally be illuminated by RGB color change LED systems.
  • the invention can be configured according to different types: A mirror of a one-way throw or a head-up mirror inclined at 45 ° can be inserted at the output of the projection system 2 to increase Te (TeI of transparency of the screen. immersion effect, the invention can be equipped with sound reproduction systems (stereo, 5: 1, lenticular speakers etc.)
  • the invention can be totally driven by the Internet 12.

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Abstract

La présente invention concerne une Borne interactive. La présente invention est caractérisée en ce qu'elle permet à un utilisateur d'interagir en temps réel sans contact matériel et sans aucun accessoire avec une animation (20) par des mouvements et/ou positionnement de ses mains dans des zones déterminées de l'espace. La présente invention utilise des systèmes de capteurs matriciels (4), un écran à cristaux liquides hybride spécial (3) et un système optique de projection (2) combiné avec un afficheur de haute luminosité (1).

Description

DISPOSITIF INTERACTIF HYBRIDE OLED LCD AVEC PLAQUES MICROSTRUCTUREES
CHAMP D'APPLICATION DE L'INVENTION
La présente invention concerne une Borne interactive pour la publicité, la communication, le téléchargement et la prise d'informations.
La présente invention est caractérisée en ce qu'elle permet à un utilisateur d' interagir en temps réel sans contact matériel et sans aucun accessoire avec une animation ne reposant sur aucun support par des mouvements et/ou positionnement de ses mains dans des zones déterminées de l'espace où sont localisées des images en « flottement ». La présente invention utilise des systèmes de capteurs infrarouges, un écran
LCD pourvu d'un rétroéclairage OLED et d'un système de lentilles de Fresnel combiné à un écran source de haute luminosité.
La borne interactive peut être utilisée comme espace publicitaire ; comme outil d'exploration d'une banque de données d'animations 3D ; comme outil de modelage 3D, comme outil pour le divertissement ; comme une borne reliée au réseau Internet et compatible avec les standards des télécommunications comme le protocole BLUTOOTH.
ETAT DE LA TECHNIQUE
II existe un certain nombre de technologies permettant de produire des images en relief; de Ia même manière,
U existe un certain nombre de technologies pour la production d'une interaction entre un signal vidéo et un événement physique extérieur. Une technologie bien connue est celle de l'écran tactile. L'inconvénient de cette méthode est de proposer un mode d'interactivité physique avec contact ou quasi contact. II n'est pas spontané chez l'utilisateur de palper une image sur un écran solide. Les systèmes de réalité augmentée et d'immersion nécessite des casques et/ ou un appareillage sophistiqué tels des bras à retour de force etc. On s'intéresse par Ia suite uniquement aux systèmes d'affichage d'images en relief ou avec effet 3D ne nécessitant pas le port d'accessoire par l'utilisateur :
Les systèmes d'affichage d'images en relief sont divisés selon les catégories suivantes : - Les systèmes lenticulaires
Les systèmes à barrière de parallaxe
Les systèmes à écrans rotatifs
Les systèmes à écrans holographiques
Les systèmes nécessitant une cage (systèmes rotatifs) ne permettent pas une interactivité directe avec l'image. Les systèmes à barrière de parallaxe et écrans lenticulaires nécessite un traitement particulier en amont des animations ; ce qui complexifie Ia possibilité de réaliser une interactivité dynamique élaborée et en augmente son coût Par ailleurs, les systèmes qui utilisent des lentilles de Fresnel ne permettent pas simultanément d'afficher une image réelle d'arrière plan et parfaitement aplanétique. Hors, l'utilisateur a besoin dans un contexte de communication de récolter un maximum d'informations ; le seul affichage 3D restant insuffisant. De plus, la visibilité est accrue lorsque les angles de vision sont maximums. La présente invention se propose de remédier à ces difficultés par la réalisation d'un dispositif de projection d'animations ne reposant sur aucun support matériel pouvant être modelée de façon dynamique.
RESUME DE L'INVENTION
Le dispositif selon la présente invention comporte un système source caractérisé par un écran haute luminosité piloté par une unité informatique type PC ; il comporte par ailleurs un ensemble optique de Fresnel pour la production d'une image réelle quasi aplanétique ne reposant sur aucun support ainsi qu'un écran hybride semi transparent OLED/LCD pour la production d'une image réelle. Le dispositif comprend en outre des ensembles de capteurs de position pilotés également par une unité informatique ; une application logicielle dédiée gère la création en temps réel des images selon les événements physiques traduits par les ensembles de capteurs. Le dispositif selon l'invention comprendra des éléments périphériques supplémentaires pour la réalisation d'une borne interactive polyvalente et pouvant être pilotée par le réseau Internet. L'invention est enfin conçue potentiellement pour générer une interaction complètement dynamique avec des éléments 3D en temps réel donnant la possibilité de les modifier sans aucun contact tactile matériel.
DESCIRPTION DETAILLEE DES CHAMPS D'APPLICATION DE L'INVENTION
La présente invention consiste en une borne de faible épaisseur pouvant être facilement installée dans un magasin, un hall de présentation ou un lieu de passage. La borne selon l'invention comprend un écran qui génère des animations ne reposant sur aucun support (en « flottement ») et pouvant être modifiées dynamiquement selon des gestes donnés de l'utilisateur traduits en un langage élémentaire. L'invention a pour avantage en ce qu'elle permet à un utilisateur d'accéder à des informations sans contact tactile tout en garantissant une sensation accrue de réalisme concernant les objets explorés. Un ensemble de gestes peuvent ainsi être codés :
Enclenchement d'une rotation directe selon un axe (Oz) ; Enclenchement d'une rotation indirecte selon un axe (Oz) ; - Enclenchement d'une rotation directe selon un axe (Oy) ; Enclenchement d'une rotation indirecte selon un axe (Oy) ; Translation gauche ; Translation droite ; Translation haut ; - Translation bas ; Zoom avant ; Zoom arrière ; - Précédant ;
Suivant ; - Edition des caractéristiques L'invention est conçue en ce qu'elle permet un contrôle précis d'une interaction fluide non tactile (au sens matériel) pour un réalisme accru. L'invention peπnct en outre grâce à l'effet de sustentation des images détourées d'améliorer la sensation de volume. L'invention permet un contrôle dynamique des propriétés des objets affichés selon un mode d'interaction intuitif qui ne nécessite pas d'interface matérielle. l£ contrôle dynamique non tactile (NTDC) permet une approche plus naturelle et une manipulation plus aisée des concepts géométriques. Le procédé selon l'invention s'applique à la communication, aux jeux vidéo, mais aussi à l'information et la simulation.
L'invention permet de créer : - Un clavier virtuel interactif,
Un objet (exemple : un téléphone mobile) interactif
Rend possible l'exploration d'un produit tel une automobile par édition virtuelle des fonctions de celle-ci
L'exploration d'une gamme de produits dont la mise à jour peut se faire par Internet sans traitement informatique intermédiaire par simple insertion de fichier vidéo ;
Une interactivité avec des téléphones mobiles pour conserver des informations explorées, réaliser un achat ultérieur, accumuler des points cadeaux etc.
Un jeu virtuel interactif sans accessoire ; impliquant un codage gestuel plus ou moins complexe ;
Un modeleur manuel 3D dynamique sans accessoires périphérique ; La création d'une borne marchande pour l'achat en ligne de produits accessibles dynamiquement ;
L'adjonction d'une reconnaissance (type code barre) des produits de magasin dont la saisie entraîne le lancement d'un séquence interactive ;
La diffusion de bandes annonces pour cinéma ;
Une borne destinée aux enfants - Une borne pour les jeux vidéo ;
Une borne d'information pour la météo, l'orientation dans une ville (exploration via un plan interactif) - indication des produits disponibles dans les magasins les plus proches etc.
L'invention pourra se caractériser selon les objets suivants :
Un premier objet de la présente invention consiste en ce que les moyens pour la production des images réelles sont de type optiques et sont réalisés à partir de lentilles de Fresnel pouvant être arrangées en matrices ; Un second objet de la présente invention consiste en ce qu'elle comprend un écran hybride OLED/LCD qui peut être soit dan un état transparent ou dans un état de mode d'affichage,
Un troisième objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'elle comprend des systèmes pour la production et la restitution d'animations vidéo sources tels des écrans LCD, OLED, TOLED (OLED transparent), LED, PLASMA ; mais aussi des écrans de projection associés à des vidéo projecteurs ; - Un quatrième objet de la présente invention consiste en ce qu'elle comprend des capteurs physiques reliés par le biais d'une carte d'acquisition à une unité informatique (PC ou carte comprenant des microcontrôleurs) ; ces capteurs seront des capteurs de position de type infrarouge ; mais pourront aussi être des capteurs de mouvement ;
Un cinquième objet de l'invention consiste en ce que l'ensemble optique pour la production d'une animation ne reposant sur aucun support matériel peut se caractériser par I ou plusieurs sous ensembles optiques,
Un sixième objet de l'invention consiste en ce qu'elle comprend selon un mode particulier de réalisation des sources et des détecteurs infrarouges balayant une zone de l'espace coïncidant avec la zone de projection des images
Un septième objet de l'invention consiste en qu'elle permet d'établir une correspondance précise et immédiate entre l'emplacement physique des images projetées et la zone de détection des capteurs ;
Un huitième objet de Ia présente invention est caractérisé en ce que les systèmes pour la production des animations sources interactives sont pilotés par un ou plusieurs logiciels implémentés sur un micro-ordinateur (unité informatique PC) ou une carte électronique munie de micro contrôleurs programmables (En PlC par exemple) Les applications pouvant être écrites à titre d'exemple sous WINDEV, C++ ou VISUAL BASIC.
Un neuvième objet de la présente invention consiste en ce que l'ensemble optique comprend une première lentille de Fresnel correcteur d'aberrations géométriques et chromatiques pour élargir le champ de vision des images produites par les éléments sources,
Un dixième objet de la présente invention consiste en ce qu'elle permet d'afficher une image réelle en détachement parallèlement avec une image réelle générée par un afficheur hybride LCD/OLED selon une grande fréquence de commutation supérieure au seuil de rémanence rétinienne,
Un onzième objet de la présente invention consiste en ce l'on adjoint des capteurs électrostatiques, à membrane, à matrice CCD, holographique, doppler, etc.
Un douzième de la présente invention consiste en ce que celle-ci peut comprendre en option des capteurs de chaleur, de mouvement, de bruit, de lumière, de pression et de toucher,
Un treizième objet de la présente invention consiste en ce qu'elle peut comprendre un système de capteurs/détecteurs infrarouge de distance pour effectuer un repérage par triangulation spatiale.
Un dix-huitième objet de la présente invention consiste en ce qu'elle peut comprendre un miroir infrarouge pour la réalisation d'un capteur particulier ; Un quatorzième objet de la présente invention consiste en ce que le système de capteur infrarouge se caractérise selon un mode particulier de réalisation par une caméra infrarouge matricielle CCD qui peut être complétée par un système autofocus et par une source diffuse d'infrarouge ;
Un quinzième objet de la présente invention consiste en ce que le système autofocus joint à la caméra infrarouge est piloté par un logiciel qui détermine Ia distance d'interaction en rapport d'une fonction étalon,
Un seizième objet de la présente invention consiste en ce que, selon un mode particulier d'exécution, un programme informatique dédié modifie ou recalcule en temps réel les animations
3 D interactives projetées,
Un dix-septième objet de la présente invention consiste en ce que les moyens pour la production d'animations ne reposant sur aucun support peuvent être complétés par d'autres moyens ; ces moyens complémentaires sont : des éléments holographiques de projection, des miroirs sans tain, des réseaux lenticulaires, des LEDS, des filtres optiques, des plaques translucides et des masques à cristaux liquides ;
Un dix-huitième objet de l'invention consiste en ce que le dispositif optique peut consister en une lentille de Fresnel générant l'effet d'une sphère, - Un dix-neuvième objet de la présente invention consiste en ce qu'elle peut comporter optionnel lement des buses d'air convergents dans le plan image et dont le flux augmente en fonction des mouvements de la main de l'utilisateur pour simuler un effet tactile artificiel ; Un vingt et unième objet de la présente invention consiste en ce qu'elle est munie selon une application particulière d'un lecteur ou détecteur de code barre pour la restitution dynamique des objets 3D correspondant,
Un vingt deuxième objet de la présente invention consiste en ce qu'elle peut optionnellement inclure un système de LED RGB pour éclairer la périphérie des images en flottement ou pour éclairer la périphérie de la sphère générée par la lentille de Fresnel (si cette dernière est utilisée)
Le dispositif selon l'invention comprendra à titre non limitatif les éléments techniques suivants :
Une matrice LCD caractérisé par les éléments suivants : un premier filtre polarisant, un premier substrat en verre, une première matrice d'électrodes transparentes, une première couche d'alignement, une fine couche de cristaux liquides, une seconde couche d'alignement perpendiculaire à Ia première, une seconde matrice d'électrodes transparentes, un filtre de couleur
RGB, un second substrat de verre et un second filtre polarisant perpendiculaire au premier ;
Un dalle de rétroéclairage OLED qui dans l'état OFF' est transparente et dans l'état 'ON' diffuse de la lumière blanche ; (typiquement au moins 1000 Cd/m2)
Un électronique de contrôle de la matrice LCD ; - Un commutateur électronique de synchronisation qui pilote l'état ON/OFF de la matrice LCD et de la dalle OLED selon une fréquence typique ;
Un afficheur source de haute luminosité type LCD, PLASMA ou OLED ;
Des systèmes de lentilles de Fresnel ou matrices de lentilles de Fresnel ;
Des capteurs infrarouges (capteurs de distance ou caméra infrarouge couplée avec une source et optionnellement munie de la fonction autofocus)
Un Mini PC informatique ;
Une application informatique qui interprète les signaux des capteurs ;
Une application informatique de contrôle en temps réel des animations et informations fonction des informations reçues des capteurs ; - Une Connexion Internet ;
Des parois opaques ou translucides ;
Un système de reconnaissance BLUTOOTH ;
Un système de lecture code à barre BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 représente en vue schématique de côté un mode d'exécution de l'invention ; La figure 2 représente une vue schématique de côté un autre mode d'exécution de l'invention ; La figure 3 représente en vue schématique de côté un mode de réalisation pour un capteur/délecteur infrarouge ;
La figure 4 représente un mode d'exécution selon l'invention d'un système de capteurs détecteurs selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
Le dispositif selon la présente invention se caractérise par une borne interactive qui comprend un écran source 1. Celui-ci produit des animations originales 18 détourées sur fond uniforme. Ces animations sont générées en temps réel par l'unité PC 1 1.
Le dispositif selon l'invention comprend en outre un système optique de projection 2 constitué de lentilles de Fresnel : celui-ci est muni d'un premier ensemble 5 élargisseur de champ caractérisé par une ou plusieurs lentille de Fresnel arrangées en matrices de sorte que la face striée de celles-ci soit tournée côté observateur 27 ; un second ensemble est caractérisé par un double condenseur ou une matrice de lentille de Fresnel 6 pour la projection d'une image réelle aplanétique 20 en flottement à partir d'une image source 18.
Une seconde image réelle 22 est produite par un écran hybride OLED/LCD 3 caractérisé par une matrice à cristaux liquides 7 pour l'affichage des informations 22 et par un système de rétroéclairage OLED 8 :
En état 'ON' :
La dalle OLED 8 est en position 'allumée' et éclaire la matrice LCD 7. Simultanément, la matrice LCD 7 munie de son électronique de commande 9 (déportée) affiche l'image courante 22 indiquée par le PC 1 1 auquel elle est reliée.
En état 'OFF', la dalle OLED 8 est en position éteinte et est donc transparente ;
Simultanément la matrice LCD 7 est aussi dans l'état 'transparent' (les cristaux liquides sont alignés perpendiculairement au plan d'incidence des faisceaux optiques) : les faisceaux 19 issus des lentilles de projection 2 passent à travers l'écran hybride 3 pour former l'image en flottement 20 courante.
La commutation ON/OFF est assurée par un commutateur électronique 10 qui est relié au PC 11. Le dispositif 10 peut commuter ou ne pas commuter selon si une image 20 est affichée ou pas. La fréquence de commutation est choisie en exploitant le phénomène de rémanence rétinienne pour obtenir une superposition sans clignotement des images 20 et 22.
L'interactivité est réalisée au moyen d'un système de capteurs 4 qui comprennent une source infrarouge et un système de détection. La source infrarouge se caractérise selon un premier mode de réalisation par une source émettant un faisceau directif qui vient couper le plan image 4e. On incline 4 capteurs de distance infrarouge de ce type 4a, 4b, 4c, 4d vers le plan image 21 de sorte que la zone de détection desdits capteurs coïncide avec la zone où est localisée l'image en flottement 20. Cette configuration permet de coder différentes actions élémentaires de Ia main de l'utilisateur. A chaque action, correspond un nouvel événement. Un logiciel gère les différentes actions de l'utilisateur et les compulses dans un programme intelligent interactif.
Selon un second mode de réalisation, la source infrarouge 14 se caractérise par une ou plusieurs LED infrarouges couplées avec un ou plusieurs éléments optiques 15 pour étaler les faisceaux 16. Ces éléments optiques pourront consister en une lentille divergente, une matrice de microlentilles ou encore un élément translucide. Selon ce même principe, le système de détection se caractérise par une caméra infrarouge 13 munie d'un système autofocus : Les faisceaux sont réfléchis 17 par la main de l'utilisateur au point de contact virtuel 26. Apres leur passage dans l'objectif 13b, ils sont détectés par la matrice CCD infrarouge 13a. Les distance 14b et 14c étant connues ; une puce intégrée (module déjà existant) détecte la maximum d'intensité selon (x, y) reçu par les détecteurs IR de Ia matrice CCD. Un étalon préalable est effectué entre le maximum de signal électrique et la distance d'interaction (courbe x,y,z ) permettant de détecter la coordonnée (z) (profondeur) de la main de l'utilisateur. Ce mode de réalisation permet de réaliser une interaction avec une finesse de détail accrue (interactivité 3D, modélisation des gestes de la main ; calcul en temps réel d'une application 3D correspondante)
Selon un mode particulier de réalisation et afin de résoudre des problème de parallaxe, la présente invention comprend un miroir infrarouge 23 placé entre Ie système élargisseur de champ 5 et l'ensemble optique de projection 2.
Le système de capteur 4 est intégré à l'intérieur du dispositif pour être disposé dans la continuité de l'axe optique du système de projection 2. Grâce aux optiques 6, l'image réelle de la main de l'utilisateur est projetée directement dans le champ de détection des capteurs infrarouges.
On incline de préférence le miroir infrarouge à 45°.
La liaison 'Ecran hybride 3 vers le PC 11 ' est assurée par un câble haut débit 24. De même la liaison 'PC 11 vers l'afficheur source 1 est assuré par ce même type de câble 25.
A titre d'exemple non limitatif l'élément optique de projection possède les caractéristiques optiques suivantes : Un nombre de spires par millimètre compris entre 0.125 et 0.708 (0.508 étant la valeur préférentielle) ; un premier angle de prisme d'environ 2.7 degré, une distance entre chaque spire s'environ 0.508mm et un taux de variation de l'angle des prismes approximativement égal à 0.413 degré par millimètre. A titre d'exemple non limitatif, l'élément optique élargisseur de champ visuel 17 aura les même caractéristiques que celles énumérées ci-dessus. L'élément optique élargisseur de champ pourra lui-même constituer une matrice de sous éléments d'éléments optiques élargisseur de champ visuel et correcteur d'aberrations.
Le système optique de projection 2 se caractérise selon un mode particulier de réalisation par une matrice de lentilles de Fresnel dont la fonction est de produire une image composite d'une seule image réelle 20. Les images sources composites sont générées par l'écran source 1.
Afin d'optimiser le détourage des images sources, le dispositif comprend des parties translucides ou opaques 28 pouvant éventuellement être éclairées par des systèmes LED à changement de couleur RGB. L'invention peut être configurée selon différents types : On peut intercaler un miroir de renvoie sans tain ou un miroir « tête haute » inclinable â 45° en sortie du système de projection 2 pour accroître Te(TeI de transparence de récran. Pour accroître l'effet d'immersion, l'invention peut être équipée de systèmes de restitution sonore (stéréo, 5 : 1, enceintes lenticulaire etc.)
L'invention peut être totalement pilotée par Internet 12.

Claims

REVENDICATIONS
Revendication 1:
Dispositif pour la production et la gestion d'une interactivité non tactile, au sens matériel, entre un utilisateur et une animation video ne reposant sur aucun support et située en avant plan d'une image réelle générée par un afficheur hybride LCD/OLED comprenant :
Un afficheur source de haute luminosité I ;
Un ensemble optique 2, 5, 6 pour la formation d'une image réelle quasi aplanétiquc qui ne reposer sur aucun support qui comporte des plaques micro structurées de type Fresnel arrangées en 1 ou plusieurs matrices de I ou plusieurs lentilles de Fresnel ;
1 ou plusieurs éléments optique élargisseurs de champ visuel correcteurs d'aberrations géométriques et chromatiques 5 ;
I miroir infra rouge 23 quasi transparent dans le domaine du visible ; 1 matrice d'affichage à cristaux liquides 7 et ses composants électroniques de contrôle ;
- Une dalle OLED de rétroéclairage 8 ;
Un ensemble de capteurs infrarouge de distance 4, 13 ;
Des éléments optiques 15 tels des lentilles divergentes à focale courte, des matrices de microlentilles ou des éléments translucides ; - Une connexion sécurisée Internet ;
Un système de reconnaissance et de gestion du protocole BLUTOOTH ; Un logiciel de gestion des interactions ;
Une caméra infrarouge 13 pourvue d'un système de type autofocus et un logiciel pour le calcul de la profondeur d'interaction ; - Des buses dejet d'air orientées vers l'image réelle en suspension ;
Le système élargisseur de champ visuel 5 de type lentille de Fresnel est placé au voisinage de l'écran source 1 ; l'élément optique de projection 6 est placé à une distance correcte de l'élément élargisseur de champ 5 pour la production d'une image réelle 20 aplanétique située dans une zone confondue avec le champ de détection des capteurs et émetteurs infrarouges ; les détecteurs IR 4, 13 transmettent à un PC 11 les informations sur la position spatiale des doigts de l'utilisateur 27 ; un logiciel spécialisé analyse les informations pour traduire dynamiquement le type d'interaction et la nature des séquences vidéo à restituer ; les séquences vidéo sont soit calculées par avance ou calculées en temps réel par une application 3D connexe ; un afficheur hybride est constitué d'une matrice d'affichage à cristaux liquides 0XD) 7 qui est combinée avec une dalle OLED 8 de rétroéclairage pour restituer une image réelle secondaire 22 en superposition avec l'image en « flottement » 20 ; l'écran hybride 3 est piloté par un commutateur électronique qui synchronise 9 en mode ON/OFF alternatif à haute fréquence la dalle OLED 8 avec la matrice LCD 7. Revendication 2 :
Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que par l'intermédiaire d'un miroir in ira rouge 23 et dans l'alignement avec l'axe optique du système de projection 2, le système de détection infrarouge 4, 13 est placé entre Ic système clargisscur de champ 5 et le système optique de projection 6 ; la détection des faisceaux infrarouge diffusés par la main de l'utilisateur 27 s'opère par le biais du système optique de projection 6 et grâce au miroir infrarouge incliné 23.
Revendication 3 :
Dispositif optique interactif selon la revendication 1 pour faciliter le codage et la transcription dynamique de manoeuvres élémentaires telles des 'rotations', des'translations', des 'zoom', et d'autres actions ; caractérisé en ce que l'on utilise 4 détecteurs infrarouges de distance 4 pilotés par un logiciel spécialisé ; lesdits détecteurs de distance sont inclinés de sorte que leurs faisceaux coupent le plan d'interaction 21 ; Chaque détecteur de distance fonctionne selon une plage donnée de sensibilité de sorte que la plage de détection coïncide avec la plage de localisation des images en 'flottement' 20.
Revendication 4
Dispositif optique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un afficheur hybride 3 comportant une matrice d'affichage à cristaux liquides (LCD) 7 combinée avec une dalle OLED 8 de rétroéclairage ; l'ensemble est piloté par un commutateur électronique 9 qui synchronise la commutation ON/OFF à fréquence élevée de la matrice à cristaux liquides 7 et de l'écran OLED 8.
Revendication 5 :
Dispositif selon Ia revendication I caractérisé en ce que l'ensemble optique 2 consiste en un doublet de lentille de Fresnel de type double condenseur couplé avec une lentille de Fresπel dont le côté spires est orienté vers le doublet.
Revendication 6 :
Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que Ton combine un écran source de haute luminosité 1 et un système optique 2 composé de lentilles de Fresnel pour la production d'une image secondaire réelle 20 quasi aplanétique ne reposant sur aucun support.
Revendication 7 :
Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en que le système de détection de la position de la main de l'utilisateur 27 se caractérise par une caméra infrarouge 13 muni d'un système de type autofocus combiné avec une source infrarouge 14 munie d'un élément optique 15 pour étaler les faisceaux 16 ; soient une lentille divergente ; une matrice de micro lentilles ou en un élément translucide.
Revendication 8 :
Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend des buses d'air dont les flux convergent à un maximum de pression au niveau du plan image 21 où s'exerce l'interaction ; les flux d'air, pilotés par le système de capteurs infrarouge sont régulés en fonction de la pénétration en profondeur de la main afin de simuler un effet de dureté des images en suspension. Revendication 9 :
Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce qu'il comprend un système de lecture infrarouge des codes barres pour le déclenchement d'une animation interactive de type 20,
22.
Revendication 10 :
Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce qu'il comprend un afficheur de haute luminosité I combiné avec un ensemble optique de Fresncl pour générer une image réelle 20 ne reposant sur aucun support ; l'ensemble comprend par ailleurs un afficheur hybride 3 caractérisé par une matrice à cristaux liquide 7 munie d'une dalle OLED 8 de rétroéclairage ; l'ensemble est piloté par une unité PC informatique I I et un commutateur électronique 9 dont la fonction est de faire passer successivement à fréquence élevée la matrice à cristaux liquides 7 et la dalle OLED 8 dans les états 'ON' (états transparent) et 'OFF' états lumineux pour la dalle OLED 8 et état d'affichage pour la matrice à cristaux liquides 7.
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