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.