CA2073250A1 - Dispositif d'eclairage et application a un dispositif de visualisation - Google Patents
Dispositif d'eclairage et application a un dispositif de visualisationInfo
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Abstract
26 DISPOSITIF D'ECLAIRAGE ET APPLICATION A UN DISPOSITIF DE VISUALISATION L'invention concerne un dispositif d'éclairage dans lequel un dispositif holographique (HPi) sépare les polarisations d'un faisceau incident. Le faisceau polarisé résultant est transmis à un dispositif holographique (HLi) focalisant le faisceau en différents points d'un écran. Cet écran peut être un écran à cristal liquide (LCD). Applications: Visualisation à cristal liquide. FIGURE 1
Description
lDiSk~tJ~fTIP D'PCI~IRtIIGE S:T ~1.PPLIC~TIOId Vii, ïTN DISP~SITIlE DI; VIStJAI,IS~'TI~ï~
L'Invention concerne un dispositif d'éclairage et son applïcatïon à un dïspositif de visualisation. Elle est applicable notamment à la séparation de polarïsations, à la Localisation et à la séparation spectrale d'un faisceau lumïneux ainsi qu'à l'agrandissement d'un faisceau par anamorphose.
Notamment, elle trouve une application particuliôre dans la vïsualisation par écran à cristll liquide monochrome et trichrome .
Pour générer des .images vidéo <le brande dimension on s'oriente actuellement vers i'utillsation de rnatrïces actives à
cristaux liquides dans ciel dispositïfs de projection.
La projection d'images en coulertt~s est réalisable soit à partir de 3 valves monochromes, soit ~ partir d'une seule valve munie de filtres colorés.
~ Ces techniques de projection d'images, séduisantes pour leur compacité si on les cornpétre 1nx tubes cathodiques, ont l'inconvénient de présenter un nnattvais rendement lumineux de ' l'ordre de quelques pourcents. T,es principales causes limitatives étant les suivantes - L'effet électro-optique dans le cristal liquïde nécessïte de travailler en lumière polarisée et conduit à une perte de 50 ~ de Ia Iumigra émïse par la source à laquelle il faut ajouter l'absorption des polariseurs.
- La surface utile de chaque pixel. est réduite du fait de la place occupée par 1~ transistor et les électrodes de commande. Ce facteur constitue la limitation principale pour les dispositifs utilisant des cellules de petites dimensions et à
haute résolution (pas des pixeis < 100 ltm) qui seront nécessaires aux besoins TVHD.
l7es solutions de projection utilisant une seule valve présentent l'avantage d'être mises en oeuvre dans des
L'Invention concerne un dispositif d'éclairage et son applïcatïon à un dïspositif de visualisation. Elle est applicable notamment à la séparation de polarïsations, à la Localisation et à la séparation spectrale d'un faisceau lumïneux ainsi qu'à l'agrandissement d'un faisceau par anamorphose.
Notamment, elle trouve une application particuliôre dans la vïsualisation par écran à cristll liquide monochrome et trichrome .
Pour générer des .images vidéo <le brande dimension on s'oriente actuellement vers i'utillsation de rnatrïces actives à
cristaux liquides dans ciel dispositïfs de projection.
La projection d'images en coulertt~s est réalisable soit à partir de 3 valves monochromes, soit ~ partir d'une seule valve munie de filtres colorés.
~ Ces techniques de projection d'images, séduisantes pour leur compacité si on les cornpétre 1nx tubes cathodiques, ont l'inconvénient de présenter un nnattvais rendement lumineux de ' l'ordre de quelques pourcents. T,es principales causes limitatives étant les suivantes - L'effet électro-optique dans le cristal liquïde nécessïte de travailler en lumière polarisée et conduit à une perte de 50 ~ de Ia Iumigra émïse par la source à laquelle il faut ajouter l'absorption des polariseurs.
- La surface utile de chaque pixel. est réduite du fait de la place occupée par 1~ transistor et les électrodes de commande. Ce facteur constitue la limitation principale pour les dispositifs utilisant des cellules de petites dimensions et à
haute résolution (pas des pixeis < 100 ltm) qui seront nécessaires aux besoins TVHD.
l7es solutions de projection utilisant une seule valve présentent l'avantage d'être mises en oeuvre dans des
2 dispositifs particulièrement simples. Par contre elles conduisent à une perte de luminosité d'un facteur au moins trois sur chacune des trois composantes chromatiques, imposée par la répartition spatiale des filtres colorés.
L'absorption non négligeable de ces filtres étant incompatible avec l'utilisation de sources lumineuses intenses, les dispositifs de projection à une valve sont donc actuellement limités â la projection d'images couleurs de faibles dimensions.
- Le format 16/9 de la TVHD, très mal adapté
au diagramme d'émission des sources lumineuses, conduit à
rechercher des architectures incluant des fonctions d'anamorphose de faisceau.
La présente invention vise un dispositif de visualisation pour projeter des images, comportant:
- un écran possédant une première partie et une deuxième partie juxtaposées;
- un dispositif de séparation de polarisation (HP) arrangé pour recevoir un faisceau non polarisé et transmettant selon un premier trajet, la lumière polarisée selon une première direction de polarisation et réfléchissant selon un deuxième trajet la lumière polarisée selon une deuxième direction de polarisation orthogonale à
la première direction;
- un dispositif de focalisation (HL, HPL) ayant une partie pour recevoir la lumière transmise par le dispositif de séparation de polarisation et la focaliser vers la première partie de l'écran, et une autre partie pour recevoir la lumière réfléchie par le dispositif de 2a séparation de polarisation, et la focaliser vers la deuxième partie de l'écran.
Une telle source d'éclairage est applicable à la visualisation d'un dispositif à cristal liquide qui nécessite une lumière polarisée.
De préférence, l'invention concerne donc également un dispositif de visualisation caractérisé en ce qu'il comprend un écran à cristal liquide recevant le faisceau focalisé par le dispositif holographique de focalisation.
Les composants holographiques sont obtenus par interférence et permettent d'assurer des fonctions optiques complexe dans des films minces tel que cela est décrit dans le document: "L. Solymar, D.J. Cooke, Volume Holography and Volume Grating - Academic Press (1981).
Les propriétés de ces composants holographiques en terme de sélectivité angulaire, spectrale ou de polarisation sont décrites par l'intermédiaire du formalisme d'ondes couplées dans le document: H. Kogelnik, Bell Syst. Tech. J. 48, p2909 ~~~~~5~
L'absorption non négligeable de ces filtres étant incompatible avec l'utilisation de sources lumineuses intenses, les dispositifs de projection à une valve sont donc actuellement limités â la projection d'images couleurs de faibles dimensions.
- Le format 16/9 de la TVHD, très mal adapté
au diagramme d'émission des sources lumineuses, conduit à
rechercher des architectures incluant des fonctions d'anamorphose de faisceau.
La présente invention vise un dispositif de visualisation pour projeter des images, comportant:
- un écran possédant une première partie et une deuxième partie juxtaposées;
- un dispositif de séparation de polarisation (HP) arrangé pour recevoir un faisceau non polarisé et transmettant selon un premier trajet, la lumière polarisée selon une première direction de polarisation et réfléchissant selon un deuxième trajet la lumière polarisée selon une deuxième direction de polarisation orthogonale à
la première direction;
- un dispositif de focalisation (HL, HPL) ayant une partie pour recevoir la lumière transmise par le dispositif de séparation de polarisation et la focaliser vers la première partie de l'écran, et une autre partie pour recevoir la lumière réfléchie par le dispositif de 2a séparation de polarisation, et la focaliser vers la deuxième partie de l'écran.
Une telle source d'éclairage est applicable à la visualisation d'un dispositif à cristal liquide qui nécessite une lumière polarisée.
De préférence, l'invention concerne donc également un dispositif de visualisation caractérisé en ce qu'il comprend un écran à cristal liquide recevant le faisceau focalisé par le dispositif holographique de focalisation.
Les composants holographiques sont obtenus par interférence et permettent d'assurer des fonctions optiques complexe dans des films minces tel que cela est décrit dans le document: "L. Solymar, D.J. Cooke, Volume Holography and Volume Grating - Academic Press (1981).
Les propriétés de ces composants holographiques en terme de sélectivité angulaire, spectrale ou de polarisation sont décrites par l'intermédiaire du formalisme d'ondes couplées dans le document: H. Kogelnik, Bell Syst. Tech. J. 48, p2909 ~~~~~5~
3 (I969).
Leur intérêt pour une utilisltion lvec une source blanche du type de celle utilisée dzns les dïspositifs de projection peut se résumer comme suit - Corrune cela est illustré ert Figures 8a et 81J, des bandes passantes angulaire p po - '7, 5° (dans l'aiy~) et spectrale dA - X10 nm sont obtenues clans des structures, d°environ 10 p.m d°épaisseur (d) et pr<>sentant une variation d'indice 0 n d'environ 0,03, fonat.ionns~nt en réfiexion (type Hgi,) ou Fonctionnant en transmission (tyrre 11T). Elles sont par conséquent compatibles avec les sources trichromes du type lampe à arc ( pAi = 10 nm ; l.e diamètre typidue dès sources de 3 mm collimatées à l'aide d'un condenseccr de focale 30 mm et ouvert à f/1 correspond à une divea~genco angulaire ~po = 0°).
- Les fonctions holograplqiqu~ec iroiarisantes présentent ies mêmes propriétés de bande passante angulaire et spectx~~le.
- Les fonctions holographiques "slantées'° (réseau incliné d°un angle cp dans l'épaisseur) permettent de limiter la dispersion chromatique ( ô OA ~ 1 mz~<1/r~m) .
Les diffêrents objets et cnractéristicyues de l'invention apparaâtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple et dans les figures annexées qui représentent - la figure 1, un exemple clr réal.isntion simplifié du dispositif de l'invention ;
- lm figure 2, un exemple c.lc~ réalisation de l'invention fonctionnant en monochrome ;
- la figure 3, un exemplF de réalisation d~
l'invention fonctionnant en trichrome ;
- les figures 4a à 4c, les czractéristiques et points de Fonctionnement d'un dispositif hologr~phiqr.ie de polarisation ;
- ies figures 5a à 5c, des diagrammes de fonctionnement danç les cotaleurs bleue, verte, rouge ;
- ia figure t3, une variante de réallsatios° des
Leur intérêt pour une utilisltion lvec une source blanche du type de celle utilisée dzns les dïspositifs de projection peut se résumer comme suit - Corrune cela est illustré ert Figures 8a et 81J, des bandes passantes angulaire p po - '7, 5° (dans l'aiy~) et spectrale dA - X10 nm sont obtenues clans des structures, d°environ 10 p.m d°épaisseur (d) et pr<>sentant une variation d'indice 0 n d'environ 0,03, fonat.ionns~nt en réfiexion (type Hgi,) ou Fonctionnant en transmission (tyrre 11T). Elles sont par conséquent compatibles avec les sources trichromes du type lampe à arc ( pAi = 10 nm ; l.e diamètre typidue dès sources de 3 mm collimatées à l'aide d'un condenseccr de focale 30 mm et ouvert à f/1 correspond à une divea~genco angulaire ~po = 0°).
- Les fonctions holograplqiqu~ec iroiarisantes présentent ies mêmes propriétés de bande passante angulaire et spectx~~le.
- Les fonctions holographiques "slantées'° (réseau incliné d°un angle cp dans l'épaisseur) permettent de limiter la dispersion chromatique ( ô OA ~ 1 mz~<1/r~m) .
Les diffêrents objets et cnractéristicyues de l'invention apparaâtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple et dans les figures annexées qui représentent - la figure 1, un exemple clr réal.isntion simplifié du dispositif de l'invention ;
- lm figure 2, un exemple c.lc~ réalisation de l'invention fonctionnant en monochrome ;
- la figure 3, un exemplF de réalisation d~
l'invention fonctionnant en trichrome ;
- les figures 4a à 4c, les czractéristiques et points de Fonctionnement d'un dispositif hologr~phiqr.ie de polarisation ;
- ies figures 5a à 5c, des diagrammes de fonctionnement danç les cotaleurs bleue, verte, rouge ;
- ia figure t3, une variante de réallsatios° des
4 dispositifs des figures 2 et 3 amnli~r~nt le rendement de projection ;
- la figure 7, un autre exs~rnplo de réalisation détaillée du dispositif selon 1°invention ;
- les figures 8a et Sb, des diagrammes de fonctionnement de composants soit cari réflexion, soit en transmission ;
- les figures 9 et 10, une variante de x~éalisation du système de l'invention ;
- les figures 11, 12 et la des variantes de réalisation du dispositif de la figure 6.
Il existe des matériaux photopolymères, tels que ceux connus sous les marques commerciales nrr Pont d~ Nemours ou les photopolymères Polaroïd (DMP-12~3) qui présentent une résolution suffisante pour ~ enz~egistrpr des structures eei réflexion ( Il < 1 N.m) avec dis variations d'indice ghotoinduites pouvant atteindre 10 1 qxri permettent la superposition dans un même film de plusieurs fonctions holographiques. Nous avons motztré précédemment qu'une variation dr.indice de 3.10-2 par conapnçnnte spectrale est suffisante pour assurer une baxade i,s~çeataite angulaire et spectrale adaptée à i°une des trois com~c,s~.ntes de la source et sans affecter les deux autres.
L°intérêt des matéx~iaux photopolymères per rapport aux matériaux classiques types gélatixap t,irltromatée, hormis la simplicité du process, résîde dans In possibilité de le sensiblliser indiffërerruneut dans tout le domaine visilale. Par conséquent, les fonctions holographiques, daxas cas nnatériaux pourront êtx~e enr~~lstrées, à 1°aide d°un lt~ser accordable par exemple, pour clxarrane des trois longueurs d°onde respectives de fonctionnement. L'ab~a;nce de clxangQm~nt de loxagueur d'aride entre l'enregistrement et la lecture, limite considérablement les aberrations dnw r~>anposants holographidues.
De tels cliVi,°,9itifs holographiqraes peuvent doras être utilisés poux réaliser tics dispositifs d°éclairage a Imaière polarisée, focalisant plusieurs composantes de couleurs en un ou plusieurs points.
De tels dispositifs d'éclairage vont être décrits dans ce qui suit en application à la visualisation d'écrans à cristaux liquides.
La figure 1 représente une exemple de réalisation simplifié d'un dispositif de visualisation selon l'invention. Ce dispositif comporte:
- une source lumineuse S émettant un faisceau lumineux Fi qui peut être tout simplement une source de lumière blanche et non polarisée et collimatée, - un dispositif holographique de polarisation FiPi recevant le faisceau lumineux Fi et enregistré de telle façon que, sous l'angle d'incidence du faisceau Fi, il retransmet (réfléchi sur la figure 2) un faisceau de lumière polarisée selon une direction déterminée, - un dispositif holographique de focalisation HLi recevant le faisceau de lumière polarisée transmis par le dispositif HPi et enregistré de telle façon qu'il transmette au moins un faisceau convergent. Cependant, ce dispositif de focalisation HL n'est pas obligatoire et peut - ne pas exister dans le dispositif de l'invention;
- un écran matriciel à cristal liquide LCD
recevant le faisceau convergent et placé sensiblement au point de focalisation de ce faisceau.
L'écran à cristal liquide LCD possêde normalement plusieurs éléments images (pixels). Le dispositif holographique de focalisation est enregistré de façon à
transmettre, en échange du faisceau polarisé qu'il reçoit, autant de faisceaux qu'il y a d'éléments images, chacun de 5a ces faisceaux étant sensiblement focalisé au centre d'un élément image.
Le faisceau lumineux Fi de la source doit faire un angle d'incidence approprié avec le plan d'incidence du dispositif holographique de polarisation HPi. De même, le faisceau polarisé transmis par le dispositif HPi doit faire un ~o~~~~o 6 ' angle approprié avec le dispositif holographicTue de focalisatïon HL. .
i Sur ie dispositif de la figure 1., 1e dispositif hoiographique de focalisation HLi a étc~ placé parallèiement à
l'écran à cristal lïquïde LCD de telle Tapon que les différents faïsceaux transmis par HLI focailsent <lanç une cellule , de l'écran LCD.
La posïtïon du dispositif holographique de polarisation HPI par rapport à la directiorc du faisceau Fi émis par la source et par rapport ata disposit if holographique de focalisatian IILI, est déterminée iac° les conditions d'enregistrement de l'hologramm~. De même, sur la figure i, le dïspositlf holographique HPi fonctlotzne en transmission mais il pourrait fonctionner en réflexion. 1W même, le dispositif holographique HLl qui fonctionne en transm.issIon pourrait fonctionner en réflexion.
La section du faisceau Fi peut être de forme _ différente de celle de l'écran LCD. Noi.amment, la section du faisceau Fi peut être circulaire ou c~r.rée tandis que i'écran LCD peut être rectangulaire (format t.~ x 9) . Pour avoir un éclairage uniforme de l'écran, il faut rénliser une anamorphose du ~ faisceau. Cette anamorphose est faite soit par le di~positïf HPl soli pas le dispositif HLI, compte-tenu. que ces disposïtifs peuvent aisément travaiïler hors d°~xxe, c~'est-à-diz~e on-déhors deg lois de ia réflexion (lois d~ DESCATt'f I~.S).
La Figure 2 représente un exemple de réalisation particulier du dispositïf cle l'i.raventian.
C~ dïspositif associe, sur un prisme PR. d'angle voisin de 4~°, le dispositif holographique IIP1 et 1e dispositif holographique de focalisat~on HLi.
L'écran LCD est placé pratiquement sur la matrice llLi pour limiter l'étendue géométrique de l'image d~ la source S à
une dimensian proche de la surface utile du pixel; campte tenu des divergences angulaires déjà citées ( 0 0 ø 2°) (dans le milieu d'indice n) .
P
Le polariseur HPi est un composant holographique du type de celui décrit sur les figures 4n B ~lc. Cl peut être enregistré sur un film de matériau photosensible directement déposé sur l'une des Faces du cub~. Son fonctionnement clans te dispositif décrit précédemment permet de réfléchir la lumière polarisée perpendiculairement au plan d'incidence (notation centrée autour de la composante chromat.irlue de la source à la longueur d'onde A 1 pour laquelle le composant a étê enregistré
et au voisinage de l'angle d'enregistrement. Il fonctionne également pour un autre couple longueur cl'ondo A 1 - angle d'Incidence Oi pour lequel la rel.tttian do l3ragg reste satisfaite compte-Tenu des conditions d'en .registrement.
On a typiquement une bande passante angulaire ~ 0 =
- la figure 7, un autre exs~rnplo de réalisation détaillée du dispositif selon 1°invention ;
- les figures 8a et Sb, des diagrammes de fonctionnement de composants soit cari réflexion, soit en transmission ;
- les figures 9 et 10, une variante de x~éalisation du système de l'invention ;
- les figures 11, 12 et la des variantes de réalisation du dispositif de la figure 6.
Il existe des matériaux photopolymères, tels que ceux connus sous les marques commerciales nrr Pont d~ Nemours ou les photopolymères Polaroïd (DMP-12~3) qui présentent une résolution suffisante pour ~ enz~egistrpr des structures eei réflexion ( Il < 1 N.m) avec dis variations d'indice ghotoinduites pouvant atteindre 10 1 qxri permettent la superposition dans un même film de plusieurs fonctions holographiques. Nous avons motztré précédemment qu'une variation dr.indice de 3.10-2 par conapnçnnte spectrale est suffisante pour assurer une baxade i,s~çeataite angulaire et spectrale adaptée à i°une des trois com~c,s~.ntes de la source et sans affecter les deux autres.
L°intérêt des matéx~iaux photopolymères per rapport aux matériaux classiques types gélatixap t,irltromatée, hormis la simplicité du process, résîde dans In possibilité de le sensiblliser indiffërerruneut dans tout le domaine visilale. Par conséquent, les fonctions holographiques, daxas cas nnatériaux pourront êtx~e enr~~lstrées, à 1°aide d°un lt~ser accordable par exemple, pour clxarrane des trois longueurs d°onde respectives de fonctionnement. L'ab~a;nce de clxangQm~nt de loxagueur d'aride entre l'enregistrement et la lecture, limite considérablement les aberrations dnw r~>anposants holographidues.
De tels cliVi,°,9itifs holographiqraes peuvent doras être utilisés poux réaliser tics dispositifs d°éclairage a Imaière polarisée, focalisant plusieurs composantes de couleurs en un ou plusieurs points.
De tels dispositifs d'éclairage vont être décrits dans ce qui suit en application à la visualisation d'écrans à cristaux liquides.
La figure 1 représente une exemple de réalisation simplifié d'un dispositif de visualisation selon l'invention. Ce dispositif comporte:
- une source lumineuse S émettant un faisceau lumineux Fi qui peut être tout simplement une source de lumière blanche et non polarisée et collimatée, - un dispositif holographique de polarisation FiPi recevant le faisceau lumineux Fi et enregistré de telle façon que, sous l'angle d'incidence du faisceau Fi, il retransmet (réfléchi sur la figure 2) un faisceau de lumière polarisée selon une direction déterminée, - un dispositif holographique de focalisation HLi recevant le faisceau de lumière polarisée transmis par le dispositif HPi et enregistré de telle façon qu'il transmette au moins un faisceau convergent. Cependant, ce dispositif de focalisation HL n'est pas obligatoire et peut - ne pas exister dans le dispositif de l'invention;
- un écran matriciel à cristal liquide LCD
recevant le faisceau convergent et placé sensiblement au point de focalisation de ce faisceau.
L'écran à cristal liquide LCD possêde normalement plusieurs éléments images (pixels). Le dispositif holographique de focalisation est enregistré de façon à
transmettre, en échange du faisceau polarisé qu'il reçoit, autant de faisceaux qu'il y a d'éléments images, chacun de 5a ces faisceaux étant sensiblement focalisé au centre d'un élément image.
Le faisceau lumineux Fi de la source doit faire un angle d'incidence approprié avec le plan d'incidence du dispositif holographique de polarisation HPi. De même, le faisceau polarisé transmis par le dispositif HPi doit faire un ~o~~~~o 6 ' angle approprié avec le dispositif holographicTue de focalisatïon HL. .
i Sur ie dispositif de la figure 1., 1e dispositif hoiographique de focalisation HLi a étc~ placé parallèiement à
l'écran à cristal lïquïde LCD de telle Tapon que les différents faïsceaux transmis par HLI focailsent <lanç une cellule , de l'écran LCD.
La posïtïon du dispositif holographique de polarisation HPI par rapport à la directiorc du faisceau Fi émis par la source et par rapport ata disposit if holographique de focalisatian IILI, est déterminée iac° les conditions d'enregistrement de l'hologramm~. De même, sur la figure i, le dïspositlf holographique HPi fonctlotzne en transmission mais il pourrait fonctionner en réflexion. 1W même, le dispositif holographique HLl qui fonctionne en transm.issIon pourrait fonctionner en réflexion.
La section du faisceau Fi peut être de forme _ différente de celle de l'écran LCD. Noi.amment, la section du faisceau Fi peut être circulaire ou c~r.rée tandis que i'écran LCD peut être rectangulaire (format t.~ x 9) . Pour avoir un éclairage uniforme de l'écran, il faut rénliser une anamorphose du ~ faisceau. Cette anamorphose est faite soit par le di~positïf HPl soli pas le dispositif HLI, compte-tenu. que ces disposïtifs peuvent aisément travaiïler hors d°~xxe, c~'est-à-diz~e on-déhors deg lois de ia réflexion (lois d~ DESCATt'f I~.S).
La Figure 2 représente un exemple de réalisation particulier du dispositïf cle l'i.raventian.
C~ dïspositif associe, sur un prisme PR. d'angle voisin de 4~°, le dispositif holographique IIP1 et 1e dispositif holographique de focalisat~on HLi.
L'écran LCD est placé pratiquement sur la matrice llLi pour limiter l'étendue géométrique de l'image d~ la source S à
une dimensian proche de la surface utile du pixel; campte tenu des divergences angulaires déjà citées ( 0 0 ø 2°) (dans le milieu d'indice n) .
P
Le polariseur HPi est un composant holographique du type de celui décrit sur les figures 4n B ~lc. Cl peut être enregistré sur un film de matériau photosensible directement déposé sur l'une des Faces du cub~. Son fonctionnement clans te dispositif décrit précédemment permet de réfléchir la lumière polarisée perpendiculairement au plan d'incidence (notation centrée autour de la composante chromat.irlue de la source à la longueur d'onde A 1 pour laquelle le composant a étê enregistré
et au voisinage de l'angle d'enregistrement. Il fonctionne également pour un autre couple longueur cl'ondo A 1 - angle d'Incidence Oi pour lequel la rel.tttian do l3ragg reste satisfaite compte-Tenu des conditions d'en .registrement.
On a typiquement une bande passante angulaire ~ 0 =
5° et spectrale DA - 20 nm poux~ Iesrluelles l'efficacité de 1$ diffraction est supérieure à 5U$ dans les conditions suïvantes D n = 0, 035 . variation d'indice phatainduite d = 12 pxm . épaisseur d'un matériau 11~ 0, 26 ixm . pas des frangea ü B = 45° à A = 0, 55 lun : angle rncsyen ~1F fomctionnoment.
Le composant HLi est destiné n focaliser la composante chromatique A i dans un élément image Ci de l'écran LCD dont la commande électrique est associée à A 1. Le composant I-ILi est 2~ donc équivalent à une matrice de microienti.lles .imbriquées, dont le taux de remplissage de 100 $o est autorisé par le principe de superposition des hologrammes mais impossible à réaliser par des moyens d'optique classique. Chacune de ces lentilles fonctionnent hors d'axe ce qua a les deux avantagea solvants - conservation de l'anamorphose du faisceau cylindrique d'éclairage en un format proche de 16/9 qui est obtenu par la réflexion à 45° clans le prisme sur le dispositif de Localisation Hl?i, - limitation de la dispersion chromatique du dispoaiti~ HLi puisdnce fe réseau type EIT est constitué de >3 strates inclinées par x~apport à la surface du support du dispositif .
Il convient d~ préciser ici, en ce qui concerne l'anamorphose, que le faisceau incident Fi peut faire un angle d'incidence sur le plan du dispositif liPi différent de 45°. Le réseau holographique étant enregistrë de façon à satisfaïre les conditions de réflexion, on obtient une anamorphose du faisceau lors de la réflexion.
On donne ici un exemple de réalisation de matrice de microlentilles holographiques compatibles avec des éléments images de l'écran LCD au pas de 100 i~m. Cette matrice sera enregistrée dans une couche photosensible à l'aide d'un masque Mi et restituêe en plaçant l'écran LCD é la place du masque Mi.
Le masque Ml peut d'ailleurs être l'écran LCD lui-mêm~ ou un équivalent (éventuellement uxi masque holo#~raphiqu~) . La focale d~ ces mierolentilles étant donc imposée par l'épaisseur d~ La contre-électrode de l'écran LCD et d~a son support typiquement f = 1 mm.
Les caractéristiques d'une microlentilles élémentaïre 2p de la matrice HLï peuvent être f = 1 mm , focale d'une microlent.ille ~ L = 0, 3 mm . diamètre d'un~ microlentill~
B = 45° . angle d~ lecture de 11L1 (dans le prisme d'indice n = 1,52) 0 d = 180° . angle moyen d~ diff.ract.ion de HLi = 112,5 . inclinaison moyenne c)p eliffraetion de IiLi A moyen = 0, 45 l~.m : pas moyen des strates da IILi 4n = 0,03 . variation d°indice photoinduite d -- i i,tm . épaisseur de HLi.
Cette lentille travaïlle pour l'infini et son foyer et la dimension ~ x de la tache au foyer peut être calculée approximativement a l'aide de la tache de diffraction d ~c (diff) et de la diverl;ence de l'onde de lecture ~ , conduisant à un élargissement px (div) 4x = px(diff) + px(div) Dans l'exemple pris si on considère toujours p 0= * 2°ou a :
px(diff) = 4,5 ptn p x(div) ~ 2 f p 0= 72 p.tn p x ~~ 76 ptta Dans ces types d'architectures le rendement lumineux de l'image projetée n~ sera pas affecté par ta surface utile de chaque pixel tant que son coefficient de transmission est supérieur à 45 $ pour l'exemple Bonn~ .
Poux réaliser l'etiregfstretnertt de la matrice de microlentllles datas le disposltiF lxolographique de focalisation HLi on utilise un masque par exempt~.
Ce masque est un masqme du même type que celui utilisé pour réaliser la matric~ d'~iectrodes de l'écran LCD.
se~~ la dimension ~ M du pixel trransrnrent du masque doit être adaptée à la divergence de la micrwlentille qui doit être enregistrée. Dans l'exemple on aura donc.
Qr ~ ~ 2 a f/ ~ L - 4, 5 pun 2~
L'emplacement de 1°élément image transparent du masque correspondant à 1'éiément image de l'écran (LCD) est adressé par la commande de l'écran.
Le masque peut également être un écran à ca~istal liquider éclairé à la longueur a i de la source et adressé
électriquement pont enregistrer la matrice IILi.
Comme on l'a déjà noté, l'exemple de réalisatïon de l'invention prévnit nn dispositif de focalisation (HL) réalisé
sous forme d'une rTr;itrirw de mlcrolentilles. On prévoit également de ne pas avoir de dispositif de focalisation dans le dispositif de l'invention.
Le dispositif de la figure 2 fonctiotme de la manière suivante La source S éclaire uniformément un dispositif laolographique de polarisation HPI. Le Faisceau PI entre dans le prisme Pli perpendiculairement à la face d'entrée. Une composante de polarisation est t~ettwnsmise sans être pratiquement déviée tandis que l'autre composante est réfléchie.
Le faisceau réfléchi est transmis au dispositif holographique de localisation HLi qui le focalise dans les différents élëments images de l'écran LCD. Par ailleurs, l'écrs~n LCD est commandé
par des moyens non représentés pour visualiser une Image.
Dans ce qui précède on a considéré °~n fotzctionnement à une seule longueur d'onde a 1 (fonctionnQment monochrome) et le dispositif HLi a été enregistré pour Focaliser une longueur d'onde ~
i.
Le dispositif peut également fonctionner avec plusieurs longueurs d'ondes notamment nvec trois longueurs dbndes (fonctionnement trichrome) correspondant aux longueurs d'ondes du bisa (0, 46 Nan) , du vert (0, 55 Et°n) , du rouge (0, 6F3 przt) par exemple.
La figure 3 illustre un tel systéme trichrome. Dans ce système, l'écran LCD possède, pour chaque ël.ément image, une cellule image CB destinée à moduler nne longueur d'onde correspondant au bleu, une cellule image CV destinée tà moduler un~ longueur d'onde correspondant au ve~~t et une cellule image CR destinée ~t moduler une longueur d'oncle correspondant au rouge. Sur la figure 3, ces cellules ont été représentées de façon agrandie mais trois cellules ainsi réunies peuvent ne correspondre en dimensions qu'é un seul élément image de la figure 2.
Le dispositif holographique de Focalisation 111. a été
enregistré pour focaliser la composante de longueur cf~~nde correspondant au bleu, contenue dans le faisceau retransmis par le dispositiF HP dans les cellules modulant le bleu dP l'~~c~ran LCD. D~ même ü doit focaliser la compoçante verte dans les cellules modulant le vert, et la composant.P rouge dans les cellules modulant le rouge.
Les bandes passantes angulaires et spectrales pour les trois composantes chromatiques de la source S sont données sur les figuras 5a à 5c.
Pour enregistrer un tel hologramme dans I3L on utilise un masque réalisé de la même façon que l'écran à cristal liquida LCD. Ce masque sera par exemple un éci°an à cristal liquide.
L'emplacement d'un ëlément image du masque corsespondant à
une couleur et correspondant à un élëment image de l'ëcran LCD
est adressé par la commando de la composante chromatique de la couleur cansidërëe de l'écran à cristal liquide <le masquage.
Le dispositif de la figure 6 est une variante des dispositifs précédents dans laquelle la lumière réfléchie par le dispositif de polarisation HP éclaire une partie (la moitié par exemple) du dispositif da focalisation HL et de l'écran LCD.
La lùmière qui n'est pas réfléchie (polarisation parallèle au plan d'incidence) et qui Pst transmdse par la dispositif de polarisation HP éclaire l'autre partie du dispositif de focalisation et l'autre ps~rtica de l'écran. Toute la 'lumière de la source peut être donc utilisée.
Il est possible de prévoir nnp ia.me deeài-onde ~ /2 qui fait tourner la polarisation da 1.a lumière ëelairant l'une ~5 dos parties de l'écran. Sur la figùre i;, cette lame demi-onde est placée sur la trajet du faisceau transmis par le dispositif I-IP. L'écran LCD est alors commandë élactr.iquemént de façon uniforme sur toute sa surface. AvantRgeùsement, ' la lame demi-onde peut être une cellule â cristal liqùide passive fonctionnant dans la mode guide d'onde (ci~romatïque) . Cette lame demi-onde pourrait être glacée sn~~ la trajet du faisceau réflëchi au lieu du faisceau transmis par le dispositif HP.
Lgalement, da préférence, cette lame demi-onde pourrait être platée de façon à ptre perpendiculaire au faisceau, par exemple comme dans le cas de la figure 9 qui sera décrite ultérieurement.
On peut également ne pas prévoir la lame demi-onde.
Dans ce cas, les deux parties de l'écran sont donc éclairées par des faisceaux de lumière de polarisations oz°thogonales. On peut alors commander les deux parties de l'écran de façon inversée.
La figure 7 représente un exemple de réalisation du dispositif de l'invention dans lequel la matrice IIPI, est un hologramme Fonctionnant en réflexion (type IiR) et présentant simultanément des propriétés d~ polarisation .
L'écran LCD étant toujours placé contre le composant HPL on introduit dans le dispositif des fonctions I1M2 type miroir holographique. I,e dispositif rie lzo figure 7 utilise un prisme PII, Fonctionnant en réflexïon totRle sur l'une de ses faces. L°autre face comportant successivement, de droite à
gauche, une matrice holographique de microlentilles polarisantes HPL un miroir holographique ~ HM2 et l'écran LCD. Il est à noter que le dispositif IIFL Bourrait ètre égAlement un dispositif holographique polarisant sans enregistrement de microlentilles:
Le principe de fonctionnement de ce dispositif est basé sur l'exploitation des propriéstés d~ sélectivité spectrale 2p étroite des structures holographü~ues c~zz réflexion. Il est décrit comme suit Le faisceau d'éclairage collimatÉ est r~fléchi totalement par la face M du prisme PR dut réalise si on le désire une anamorphose au format 16/9 par flxemple. Cette réflexion peut se faire par un hologramrr°e IiMl. Le faisceau traverse une greznière fois HPL sans ètre diffracté à une ïneidenee telle que l'an soit sous incidence de Bragg pour HM2 et hors $ragg pour HPL. Il est alors totalement réfléchi par HM2, HM2 ayant été enregistré pour réfléchir ce faisceau ~
l'incidence de Bragg pour HPL. La partie de l'onde polarisée perpendiculairement au plan d'incidence est alors diffractée efficacement par IiPL pour être focalisée dans les pixels de l'écran LCD. Le composant HM est alors traversé une seconde fois sans diffraction puisqu'll est cette fois ci à une incidence hors $ragg.
~"~3~,~~
On notera que la face M du prisme PR n'est pas nécessairement réalisée avec un composant holographique, ü peut s'agir d'une réflexion soit métallique ~u diélectrique, soit totale à l'interface du dioptre air-verre.
On a présenté ici une structure dans laquelle la fonction polarisante est réalisée sur la fonction lentille. On notera qu'elle peut ~tre de manière indifférente réalisée dans HM2 ou encore une fois sur M comme clans le dispositif des figures 2 et 3, si ce composant est holographique.
la A titre d'exemple do réalisation du dispositif d~ la figure 7, on présente ici un exemple non restrictif d'association de deux composants HPL et HM2 visant à démontrer la compatibilité des bandes spectrales et aaigulaires de ces composants. Les propriétés de sélectivité angulaire et spectrale des dispositifs holographiques assocïées à une soux~ce l.~lanche de petite dimension, permettent de s'affranchir des dispersions chromatiques des composants holographiques.
Dans ce type de réalisation monobloc, les propriétés holographiques (sélectivités angulaire et spectrale) permettent 2p d'éviter l'utilisation de miroirs dichroïques.
lblatrice de microlentilles polarisantes I-ïPL
f = 1 mana OL = 0,3 mm (focale et ouvertui~e ci'ane ~le~nt.il.i.e) _ ~ H = 63° Od = 0 à ~ = 0,55 itan (respectivement angle de lecture et de diffraction moyen) = 37,5° 0n ._ 0~p25 d = i2 ~tm A = 0' Z~ l~
moyen Miroir holo~raphiq-ue F1M2 OB = -27° Od = G3° à ~ = 0,55 erra (angle de lecture et de ~~'~3~~~
diffraction respectivement) = 162p 0 n = 0,05 d = 13 çim Il -_ 0, 26 itm La Figure 9 reprsente une variante de ralisation du dispositif de l'invention. Ce dispositif comporte un premier dispositif de sparation de polarisations IIPD1 dispos inclin ( 45 par exemple) par rapport l'cracx LCD et permettant d'clalrex la moiti de l'cran LCD. Il reoit un faisceau incident RVH selon une direction parallle l'cran LCD. Il rflchit vers l'cran LCD l'une des polarisations Rl du faisceau incident une longueur d'onde dtermine (longueur d'onde correspondant au rodt~e par exemple) . Il retransmet sans dFlexion l'autre polarisation R2 du faisceau de la mme longueur d'onde (rouge) ainsi que la lumire toutes les autres longueurs d'ondes (notamment celles correspondant au vert et au bleu) .
Un deuxième dispositif de sépai~atlon de polarisations HPD2 fonctionnant à la même longueur d'onde que HPD1 (.le rouge selon l'exemple pris) réfléchi le faisceau R2 vers l'écran LCD. Ce dispositif de sêparation peut également être un mIx~oir holographique fonctionnant à la longueur d'onde à réfléchir (le rouge) L'écran LCD reçoit les faisceaux Rl et R2 par l'intermédiaire d'un dispositif de localisation liL qui Focalise comme cela a été décrit précédemment la lumiêre sur les différeaats éléments Images de l'écran LCD. Cependant, il est également possible de n~ pas prévoir da dispositif de localisation IIL. Fa sortie de l'écran LCD un troisième dispositif d~ séparation d~ polarisations HPD3 laisse passer la lumi~re d'une ca~rtalno polarisation et réfléchi (non transmission) la lumierc~ de polarisation perpendiculaire et cela en fonction de l'imrx~e nfflchêe par l'éerarx LCD.
De plus, les deux parties de l'éce~an recevant las deux faisceaux R1 et R2 peuvent ëtre commandés en inverse. Ou bien, -il est possible de prévoir une lame ~ /2 dui fait tourner de 90° la polarisation da l'un de ces faisceaux. Par exemple, comme cela est représenté sur la figure 9, la lame J~ /2 est placée entre le premier dispositif de sêparations de polarisation HPD
et le deuxième dispositif dg séparations de polarisation HPD2.
I,e dispositü de la figure 9 fonctionne à une seule longueur d'onde ou plus précisément à une gamme de longueurs d'ondes relativement étroite. La lumière à d'autres longueurs d'ondes n'est pas déviée et ressort selon le faisceau VB.
Pour traiter d'autres longueurs d'ondes l'invention prévoït de disposer d'autres dispositifs tels que celui de la figure 9 selon une disposition représentée en figure 10. Sur cette figure 10 on a aligné deux autres dispositifs sur la direction du faisceau VB. Le premier dispositif est conçu pour traiter une gamme de longueurs d~ondes correspondant par exemple au vert. Il ne dévie pas la lumière possédant une longueur d'onde appartenant à une troisième gamma, 1e bleu par exemple, Les trois dispositifs D1, D2, D3 traitent ainsi trois gamines de longueurs d'ondes différentes c'est-à-dire des gammes correspondants a~espectivement au rouge, au vert et au bleu .
Les trois faisceaux issus des trois dispositifs D1, D2, D3 sont superposés à l'aid~ de trois miroirs I~IPR, HPV, fIPB
recevant en parallèle les trois faisceaux traités et disposés en série sur la direction des faisceaux réfléchis de façon à rendre colinéaires les trois faisceaux r~fléchis R.s, Vs, Bs. Ces trois Faisceaux sont transmis à une optlqu~ de sortie OP.
Sur la figure 9, le faisceau incident Fl est paraU.èle au plan do l'écran LCD et cela est utile si l'on veut disposer;
comme on va le voir, en série plusieurs blocs de constructions identiques tel que celui de la figure 9. Cependant le faisceau incident R,VB peut âtre perpetxdiculaire au plan de l'écran I.c:D.
De plus, sur la figure 10, on dispos~ les cllffrrents éléments du système de façon que les trajets optiques des différents faisceaux soient égaux. Notamment, les écrans à
cristaux liquides LCDR, LCDV, LCDB, correspondant aux trois gammes da longueurs d'ondes traités sont disposés à des distances différentes des dispositifs D1, I>2, D3.
Par exemple, si on suppose que la dimension de chaque dispositif D1, D?., D3 selon la direction du faisceau RVB
est égale à L, l'écran LCDR est placé à une distance 2L du dispositif D1. L'écran LCDV est placé à une distance L du l0 dispositiF D2 et l'écran LCDB est pratiquement accolé au dispositif D3.
Le système de la figure 10 permet ainsi de conserver l'équidistance entre la source S et les écrans à cristaux liquides LCDR, LCDV et LCDB d'une part, et les écrans à
cristaux liquides et l'optique de projection d'autre part.
L'encombrement du système de la figure 10 est environ 3L x 3L x 1, L étant la dimensian d'un dispositif tel que D1 selon la direction du faisceau BVR et 1, la dimension D1 perpendiculairement au plan de la figure 10.
La figure 11 représente une variante de réalisation du système de la figure 6 permettant d'obtenir des trajets égaux en torts points à partir de la source S jusqu'à un écran LCD. Ce dispositif comporte, bien que cela ne soit pas obligatoire, le dispositif holographique de localisation FIL accolé à l'écran LCD. La dispositif holographique de polarisation HP est situé
selon un plan médian à l'écran LCD et 1u cüsposltif HL. Le faisceau d'entrée est tel que son angle d'incidence sur le dispositif HP est de 45°. Pour obtenir cet angle d'incidence, un cube CiT est accolé au dispositif HP par crac Faee et reçoit par une face voisine FA le faisceau d'entrée. A cette face FA est associé un dispositif hoiographique Hl enregistré pour dévier le faisceau d'entrée de façon à i~ retransmette sous une izicidence sensiblement de 45° au dispositif HP. De préférence, le faisceau d'entrée est perpendiculaire à la face FA et au dispositif H1.
En fonctionnement à plusieurs longueurs d'andes (fonctionnement trichrome), le dispositif holographique II1 défléchl le Faisceau d'entrée ayant une longueur d'onde située dans une bande étroite, le vert par exemple. Les Faisceaux possédant d'autres longueurs d'ondes ne sont pas dêviés (faisceaux FB et FR) . Par contr~, le crabe CU possQde une lame dichroïque LBR réfléchissant ces faiscot~ux FB et FR vers .
d'autres dispositifs de visualisation D'2 et D'3.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 11, la lame dichroïque LBR est en aval du dispositif Fi.l (dans le cube CU), LO mais elle pourrait également être en amont du dispositif H.1.
La figure 12 représente un exemple d'agencement de ces dispositifs. Dans cet ag~ncement, les écrans à cristaux ' liquides LCDV, hCDB et LCDR sont disposés de façon à être équidistants de l'optique de projection OP.
i5 Le dispositiF D'2 foiretionna~ à uye bande de langueurs d'ondes correspondant au bleu. 11 est couplé au dispositif D'1 par un miroir MBR qui peut être un miroir holographique ré~iéchissant le bleu et le rouge.
Le dispositif D'3 fonctionne] à une bande d~ longueurs 20 d'ondes correspondant au rouge. Il est canplé au dispositif D'2 par un miroir MR.
Les faisceaux traités par les écrans LCDV, LCDB ei LCDR sont rendus colinéaires comme dans le système de là figure 10.
25 Il est à noter que sf les écrans T CDV, LCDB et .LCDR
sont équidistants d~ l'optique de sortie OP, ils üe sont pas équidistants de la source S dans cet exemple de réalisation.
Cela peut donc induire des différences de luminosité pour les différentes couleurs en raison da la divergence des faisceaux.
30 On peut remédier à cela en prévoyant dans les dispositifs holographiques des fonctions dg divergence et/ou de convergence.
On peut également prévoir de telles fonctions de divergence et/ou de convergence dans chacun des dispositifs holographiques des ctifférents exemples de réalisation précédents.
Par exerni>ie, en figure 9, les différents Painls de l'écran LCD ne sont pas équidistants de ia source S. Si le faisceau d'éclairage est divergent, l'éclairage de l'écran n'est .
pas uniform~. Pour y remédier, on prévoit d'inclure une fonction de convergence dans le dispositif 11MD par exemple.
Selon une variante de l'invention, il est possible d'introduire une fonction de convergence ou de divergence dans les dispositifs de séparation de polarisations tels que les dispositifs FIPD1 ou HMD (ou I-1PD2) de la figure 9. Cette fonction de convergence ou de divergence a pour but de compenser les éventuelles inhomogénéités d'éclairements dues notamment au fait que l'écran LCD est éclairé en deux parties et que les faisceaux d'éclairement de ces deux parties parcourent des trajets différents.
Selon une autre variante de réalisation le faisceau d'ëclairement de l'écran LCIy fait un angle avec la normale au plan de l'écran, cet angle pouvant par exemple atteindre 10° .
Dans ces conditions, sur les différentes figures mnnexées, on doït considérer que les différents faisceaux et les différents dispositifs font un angle par rapport aux positions représentées. Cela permet d'optimiser le contraste de l'écran LCD. Par exemple dans la description de 1s~ figure 9, le faisceau Fi peut alors n'être pas parallèle au plan cle l'écran mais faire un angle.
Selan une mutro variante de l'invention, tous ' les éléments du dispositif de 1'inventlocx ne sont pas réalisés selon les technigues holographiques: Pa: exemple, les séparateurs dichroïques ainsi que les polariseurs peuvent être réalisés selon les techniques d'optiques classiques tout en fournissant une compatibilité avec des élêm~nts réalisés en holographie:
La figure 13 représente cane variante de réalisation de la figure 1Z dans laquelle Ia séparatiorx chromatique n'est pas prévue dans les dispositifs D°1, D'2, D°3 mais entre ces dispositifs et la source:
Comme on peut le voix on prévoit un séparateur chromatique SCV dut filtre les longueurs d'onde correspondant au vort pour les transmettre au disl»sitif D'1. Les autres longueurs d'onde sont réfléchies vers an autre séparateur chromatique SCB qui réfléchit les longueurs d'onde correspondant au bleu vers le dispositif O'2 c:t qui transmet les autres longueurs d'ondes correspondant n« rouge au dispositif D'3 par 1°intermédiaire d'un miroir SCR.
Les dispositifs D'1, D'2, D'3 sont constitués de la même façon mais ne comportent pas, à ls~ différence de ceux des figures 11 et 12, des lames de séparation chromatique (lame dichroïque LBR) dans le cube CU. T,e dispositif H1 n'a pas besoin d'être sélectif en langueurs d°onde pour dévier le faisceau qu'il reçoit puisque la sélection ett longueurs d'ondes a déjà été Faite.
Les dispositifs D'1, D'2, D'3 peuvent être placés côte ~ côte. En sortie, les mirolrs'HPV, IIPB et IIPR saut orientés de Façon que les trois trajets des trois gammes de longueurs d'ondes traitées soient quasiment égaux.
Le dispositif de projection :selon l'invention permet 2p - Un gain notable du rondement luminem du projecteur par rapport aux structures classiques pravet~nnt pour un facteur 3, de l'absence de flltres colorés, les fonctions dichroïques étant réalisées i~ar des composants holographiques .
pour un facteur peuvent nttelatdr~s 2,2, de la focaüsation dans les pixels permettant cJP s'affranchir du taux v de transmission de l'écran LCD (dans le cas des pixels au pas de 100 Eun) .
pour un facteur 1,3 du taux cle remplïssage de 100 ô
obtenu avec des mRtriree <le lentilles holographiques.
on s'~~ttend également ~ un gain notable sur l'efficacité du polarisateur holographique comparé au cube polarisant dichroïque diélectrique large bande spectrale.
La réalisation de structures optiques i faible coût et copiables optiquement â partir d'un dispositif maître.
hes dispositifs de visualisation selon l'invention sont donc basés sur l'utilisation de matrices à cristaux liquides LAD dans un système de projection utilisant des composants holographiques de volume. Ell~s permettent simultanément d'accroître ie .rendement lumineux de projection en exploitant les propriétés des hologrAmmes de volume dui permettent l'obtention d'efficacitês de diffraction élevëes pouvant atteindre la limite théorique de 100 °s et des taux de polarisation atteignant 1/1000 sur les faisceaux réfléchis et transmis .
d'intëgrer dans des films minces d'épaisseur infêrieure à 100 ~.m une fonction optique complexe réal.is~nt é la ~ois la polarisation Hi' de la source d'ëclairage, la localisation sélective HLi, dans chr~cam des pixels de la matrice, et la séparation chromatique de chacune des trois composantes chromatiques ~ i rouge-vert-bleue de la source.
- la compatibilité avec des impératîfs de production industrielle en utilisant les procédés de duplication des hologrammes .
Il est bien évident que la description qui précède n°a été faite qu'à titre d'exemple et due d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'Invention. Notamment, les dispositions vies dispositifs holographiques et leurs inclinaisons par rapport aux faisceaux lumineux al traiter ainsi que la nature de ces dispositifs holographiques n'ont été
indiquées que pour illustrer la description. FRnla~rnent, l'invention a t dcrite, dans ses exemples de ralisations dtailles reprsents par les figures, application un en systme de visualisation d'un cran cristal liquide.
Cependant, on rappelle qu'elle concernatout un dispositif lvant d'clairage qui est utilis dans les reprsents pour exemples l'clairage de l'cran cristal liquide, mais il pourrait ne ' pas y avoir d'cran cristal liquide pourrait y avoir o il tout autre dispositif. l.a ralisationdes dispositifs holographiques est connue dans la techniqtze. On sait; par exemple, enregistrer d~ Faon permanentedes hologrammes fonctionnant sous faisceau de lectureimportante.
d'intensit
Le composant HLi est destiné n focaliser la composante chromatique A i dans un élément image Ci de l'écran LCD dont la commande électrique est associée à A 1. Le composant I-ILi est 2~ donc équivalent à une matrice de microienti.lles .imbriquées, dont le taux de remplissage de 100 $o est autorisé par le principe de superposition des hologrammes mais impossible à réaliser par des moyens d'optique classique. Chacune de ces lentilles fonctionnent hors d'axe ce qua a les deux avantagea solvants - conservation de l'anamorphose du faisceau cylindrique d'éclairage en un format proche de 16/9 qui est obtenu par la réflexion à 45° clans le prisme sur le dispositif de Localisation Hl?i, - limitation de la dispersion chromatique du dispoaiti~ HLi puisdnce fe réseau type EIT est constitué de >3 strates inclinées par x~apport à la surface du support du dispositif .
Il convient d~ préciser ici, en ce qui concerne l'anamorphose, que le faisceau incident Fi peut faire un angle d'incidence sur le plan du dispositif liPi différent de 45°. Le réseau holographique étant enregistrë de façon à satisfaïre les conditions de réflexion, on obtient une anamorphose du faisceau lors de la réflexion.
On donne ici un exemple de réalisation de matrice de microlentilles holographiques compatibles avec des éléments images de l'écran LCD au pas de 100 i~m. Cette matrice sera enregistrée dans une couche photosensible à l'aide d'un masque Mi et restituêe en plaçant l'écran LCD é la place du masque Mi.
Le masque Ml peut d'ailleurs être l'écran LCD lui-mêm~ ou un équivalent (éventuellement uxi masque holo#~raphiqu~) . La focale d~ ces mierolentilles étant donc imposée par l'épaisseur d~ La contre-électrode de l'écran LCD et d~a son support typiquement f = 1 mm.
Les caractéristiques d'une microlentilles élémentaïre 2p de la matrice HLï peuvent être f = 1 mm , focale d'une microlent.ille ~ L = 0, 3 mm . diamètre d'un~ microlentill~
B = 45° . angle d~ lecture de 11L1 (dans le prisme d'indice n = 1,52) 0 d = 180° . angle moyen d~ diff.ract.ion de HLi = 112,5 . inclinaison moyenne c)p eliffraetion de IiLi A moyen = 0, 45 l~.m : pas moyen des strates da IILi 4n = 0,03 . variation d°indice photoinduite d -- i i,tm . épaisseur de HLi.
Cette lentille travaïlle pour l'infini et son foyer et la dimension ~ x de la tache au foyer peut être calculée approximativement a l'aide de la tache de diffraction d ~c (diff) et de la diverl;ence de l'onde de lecture ~ , conduisant à un élargissement px (div) 4x = px(diff) + px(div) Dans l'exemple pris si on considère toujours p 0= * 2°ou a :
px(diff) = 4,5 ptn p x(div) ~ 2 f p 0= 72 p.tn p x ~~ 76 ptta Dans ces types d'architectures le rendement lumineux de l'image projetée n~ sera pas affecté par ta surface utile de chaque pixel tant que son coefficient de transmission est supérieur à 45 $ pour l'exemple Bonn~ .
Poux réaliser l'etiregfstretnertt de la matrice de microlentllles datas le disposltiF lxolographique de focalisation HLi on utilise un masque par exempt~.
Ce masque est un masqme du même type que celui utilisé pour réaliser la matric~ d'~iectrodes de l'écran LCD.
se~~ la dimension ~ M du pixel trransrnrent du masque doit être adaptée à la divergence de la micrwlentille qui doit être enregistrée. Dans l'exemple on aura donc.
Qr ~ ~ 2 a f/ ~ L - 4, 5 pun 2~
L'emplacement de 1°élément image transparent du masque correspondant à 1'éiément image de l'écran (LCD) est adressé par la commande de l'écran.
Le masque peut également être un écran à ca~istal liquider éclairé à la longueur a i de la source et adressé
électriquement pont enregistrer la matrice IILi.
Comme on l'a déjà noté, l'exemple de réalisatïon de l'invention prévnit nn dispositif de focalisation (HL) réalisé
sous forme d'une rTr;itrirw de mlcrolentilles. On prévoit également de ne pas avoir de dispositif de focalisation dans le dispositif de l'invention.
Le dispositif de la figure 2 fonctiotme de la manière suivante La source S éclaire uniformément un dispositif laolographique de polarisation HPI. Le Faisceau PI entre dans le prisme Pli perpendiculairement à la face d'entrée. Une composante de polarisation est t~ettwnsmise sans être pratiquement déviée tandis que l'autre composante est réfléchie.
Le faisceau réfléchi est transmis au dispositif holographique de localisation HLi qui le focalise dans les différents élëments images de l'écran LCD. Par ailleurs, l'écrs~n LCD est commandé
par des moyens non représentés pour visualiser une Image.
Dans ce qui précède on a considéré °~n fotzctionnement à une seule longueur d'onde a 1 (fonctionnQment monochrome) et le dispositif HLi a été enregistré pour Focaliser une longueur d'onde ~
i.
Le dispositif peut également fonctionner avec plusieurs longueurs d'ondes notamment nvec trois longueurs dbndes (fonctionnement trichrome) correspondant aux longueurs d'ondes du bisa (0, 46 Nan) , du vert (0, 55 Et°n) , du rouge (0, 6F3 przt) par exemple.
La figure 3 illustre un tel systéme trichrome. Dans ce système, l'écran LCD possède, pour chaque ël.ément image, une cellule image CB destinée à moduler nne longueur d'onde correspondant au bleu, une cellule image CV destinée tà moduler un~ longueur d'onde correspondant au ve~~t et une cellule image CR destinée ~t moduler une longueur d'oncle correspondant au rouge. Sur la figure 3, ces cellules ont été représentées de façon agrandie mais trois cellules ainsi réunies peuvent ne correspondre en dimensions qu'é un seul élément image de la figure 2.
Le dispositif holographique de Focalisation 111. a été
enregistré pour focaliser la composante de longueur cf~~nde correspondant au bleu, contenue dans le faisceau retransmis par le dispositiF HP dans les cellules modulant le bleu dP l'~~c~ran LCD. D~ même ü doit focaliser la compoçante verte dans les cellules modulant le vert, et la composant.P rouge dans les cellules modulant le rouge.
Les bandes passantes angulaires et spectrales pour les trois composantes chromatiques de la source S sont données sur les figuras 5a à 5c.
Pour enregistrer un tel hologramme dans I3L on utilise un masque réalisé de la même façon que l'écran à cristal liquida LCD. Ce masque sera par exemple un éci°an à cristal liquide.
L'emplacement d'un ëlément image du masque corsespondant à
une couleur et correspondant à un élëment image de l'ëcran LCD
est adressé par la commando de la composante chromatique de la couleur cansidërëe de l'écran à cristal liquide <le masquage.
Le dispositif de la figure 6 est une variante des dispositifs précédents dans laquelle la lumière réfléchie par le dispositif de polarisation HP éclaire une partie (la moitié par exemple) du dispositif da focalisation HL et de l'écran LCD.
La lùmière qui n'est pas réfléchie (polarisation parallèle au plan d'incidence) et qui Pst transmdse par la dispositif de polarisation HP éclaire l'autre partie du dispositif de focalisation et l'autre ps~rtica de l'écran. Toute la 'lumière de la source peut être donc utilisée.
Il est possible de prévoir nnp ia.me deeài-onde ~ /2 qui fait tourner la polarisation da 1.a lumière ëelairant l'une ~5 dos parties de l'écran. Sur la figùre i;, cette lame demi-onde est placée sur la trajet du faisceau transmis par le dispositif I-IP. L'écran LCD est alors commandë élactr.iquemént de façon uniforme sur toute sa surface. AvantRgeùsement, ' la lame demi-onde peut être une cellule â cristal liqùide passive fonctionnant dans la mode guide d'onde (ci~romatïque) . Cette lame demi-onde pourrait être glacée sn~~ la trajet du faisceau réflëchi au lieu du faisceau transmis par le dispositif HP.
Lgalement, da préférence, cette lame demi-onde pourrait être platée de façon à ptre perpendiculaire au faisceau, par exemple comme dans le cas de la figure 9 qui sera décrite ultérieurement.
On peut également ne pas prévoir la lame demi-onde.
Dans ce cas, les deux parties de l'écran sont donc éclairées par des faisceaux de lumière de polarisations oz°thogonales. On peut alors commander les deux parties de l'écran de façon inversée.
La figure 7 représente un exemple de réalisation du dispositif de l'invention dans lequel la matrice IIPI, est un hologramme Fonctionnant en réflexion (type IiR) et présentant simultanément des propriétés d~ polarisation .
L'écran LCD étant toujours placé contre le composant HPL on introduit dans le dispositif des fonctions I1M2 type miroir holographique. I,e dispositif rie lzo figure 7 utilise un prisme PII, Fonctionnant en réflexïon totRle sur l'une de ses faces. L°autre face comportant successivement, de droite à
gauche, une matrice holographique de microlentilles polarisantes HPL un miroir holographique ~ HM2 et l'écran LCD. Il est à noter que le dispositif IIFL Bourrait ètre égAlement un dispositif holographique polarisant sans enregistrement de microlentilles:
Le principe de fonctionnement de ce dispositif est basé sur l'exploitation des propriéstés d~ sélectivité spectrale 2p étroite des structures holographü~ues c~zz réflexion. Il est décrit comme suit Le faisceau d'éclairage collimatÉ est r~fléchi totalement par la face M du prisme PR dut réalise si on le désire une anamorphose au format 16/9 par flxemple. Cette réflexion peut se faire par un hologramrr°e IiMl. Le faisceau traverse une greznière fois HPL sans ètre diffracté à une ïneidenee telle que l'an soit sous incidence de Bragg pour HM2 et hors $ragg pour HPL. Il est alors totalement réfléchi par HM2, HM2 ayant été enregistré pour réfléchir ce faisceau ~
l'incidence de Bragg pour HPL. La partie de l'onde polarisée perpendiculairement au plan d'incidence est alors diffractée efficacement par IiPL pour être focalisée dans les pixels de l'écran LCD. Le composant HM est alors traversé une seconde fois sans diffraction puisqu'll est cette fois ci à une incidence hors $ragg.
~"~3~,~~
On notera que la face M du prisme PR n'est pas nécessairement réalisée avec un composant holographique, ü peut s'agir d'une réflexion soit métallique ~u diélectrique, soit totale à l'interface du dioptre air-verre.
On a présenté ici une structure dans laquelle la fonction polarisante est réalisée sur la fonction lentille. On notera qu'elle peut ~tre de manière indifférente réalisée dans HM2 ou encore une fois sur M comme clans le dispositif des figures 2 et 3, si ce composant est holographique.
la A titre d'exemple do réalisation du dispositif d~ la figure 7, on présente ici un exemple non restrictif d'association de deux composants HPL et HM2 visant à démontrer la compatibilité des bandes spectrales et aaigulaires de ces composants. Les propriétés de sélectivité angulaire et spectrale des dispositifs holographiques assocïées à une soux~ce l.~lanche de petite dimension, permettent de s'affranchir des dispersions chromatiques des composants holographiques.
Dans ce type de réalisation monobloc, les propriétés holographiques (sélectivités angulaire et spectrale) permettent 2p d'éviter l'utilisation de miroirs dichroïques.
lblatrice de microlentilles polarisantes I-ïPL
f = 1 mana OL = 0,3 mm (focale et ouvertui~e ci'ane ~le~nt.il.i.e) _ ~ H = 63° Od = 0 à ~ = 0,55 itan (respectivement angle de lecture et de diffraction moyen) = 37,5° 0n ._ 0~p25 d = i2 ~tm A = 0' Z~ l~
moyen Miroir holo~raphiq-ue F1M2 OB = -27° Od = G3° à ~ = 0,55 erra (angle de lecture et de ~~'~3~~~
diffraction respectivement) = 162p 0 n = 0,05 d = 13 çim Il -_ 0, 26 itm La Figure 9 reprsente une variante de ralisation du dispositif de l'invention. Ce dispositif comporte un premier dispositif de sparation de polarisations IIPD1 dispos inclin ( 45 par exemple) par rapport l'cracx LCD et permettant d'clalrex la moiti de l'cran LCD. Il reoit un faisceau incident RVH selon une direction parallle l'cran LCD. Il rflchit vers l'cran LCD l'une des polarisations Rl du faisceau incident une longueur d'onde dtermine (longueur d'onde correspondant au rodt~e par exemple) . Il retransmet sans dFlexion l'autre polarisation R2 du faisceau de la mme longueur d'onde (rouge) ainsi que la lumire toutes les autres longueurs d'ondes (notamment celles correspondant au vert et au bleu) .
Un deuxième dispositif de sépai~atlon de polarisations HPD2 fonctionnant à la même longueur d'onde que HPD1 (.le rouge selon l'exemple pris) réfléchi le faisceau R2 vers l'écran LCD. Ce dispositif de sêparation peut également être un mIx~oir holographique fonctionnant à la longueur d'onde à réfléchir (le rouge) L'écran LCD reçoit les faisceaux Rl et R2 par l'intermédiaire d'un dispositif de localisation liL qui Focalise comme cela a été décrit précédemment la lumiêre sur les différeaats éléments Images de l'écran LCD. Cependant, il est également possible de n~ pas prévoir da dispositif de localisation IIL. Fa sortie de l'écran LCD un troisième dispositif d~ séparation d~ polarisations HPD3 laisse passer la lumi~re d'une ca~rtalno polarisation et réfléchi (non transmission) la lumierc~ de polarisation perpendiculaire et cela en fonction de l'imrx~e nfflchêe par l'éerarx LCD.
De plus, les deux parties de l'éce~an recevant las deux faisceaux R1 et R2 peuvent ëtre commandés en inverse. Ou bien, -il est possible de prévoir une lame ~ /2 dui fait tourner de 90° la polarisation da l'un de ces faisceaux. Par exemple, comme cela est représenté sur la figure 9, la lame J~ /2 est placée entre le premier dispositif de sêparations de polarisation HPD
et le deuxième dispositif dg séparations de polarisation HPD2.
I,e dispositü de la figure 9 fonctionne à une seule longueur d'onde ou plus précisément à une gamme de longueurs d'ondes relativement étroite. La lumière à d'autres longueurs d'ondes n'est pas déviée et ressort selon le faisceau VB.
Pour traiter d'autres longueurs d'ondes l'invention prévoït de disposer d'autres dispositifs tels que celui de la figure 9 selon une disposition représentée en figure 10. Sur cette figure 10 on a aligné deux autres dispositifs sur la direction du faisceau VB. Le premier dispositif est conçu pour traiter une gamme de longueurs d~ondes correspondant par exemple au vert. Il ne dévie pas la lumière possédant une longueur d'onde appartenant à une troisième gamma, 1e bleu par exemple, Les trois dispositifs D1, D2, D3 traitent ainsi trois gamines de longueurs d'ondes différentes c'est-à-dire des gammes correspondants a~espectivement au rouge, au vert et au bleu .
Les trois faisceaux issus des trois dispositifs D1, D2, D3 sont superposés à l'aid~ de trois miroirs I~IPR, HPV, fIPB
recevant en parallèle les trois faisceaux traités et disposés en série sur la direction des faisceaux réfléchis de façon à rendre colinéaires les trois faisceaux r~fléchis R.s, Vs, Bs. Ces trois Faisceaux sont transmis à une optlqu~ de sortie OP.
Sur la figure 9, le faisceau incident Fl est paraU.èle au plan do l'écran LCD et cela est utile si l'on veut disposer;
comme on va le voir, en série plusieurs blocs de constructions identiques tel que celui de la figure 9. Cependant le faisceau incident R,VB peut âtre perpetxdiculaire au plan de l'écran I.c:D.
De plus, sur la figure 10, on dispos~ les cllffrrents éléments du système de façon que les trajets optiques des différents faisceaux soient égaux. Notamment, les écrans à
cristaux liquides LCDR, LCDV, LCDB, correspondant aux trois gammes da longueurs d'ondes traités sont disposés à des distances différentes des dispositifs D1, I>2, D3.
Par exemple, si on suppose que la dimension de chaque dispositif D1, D?., D3 selon la direction du faisceau RVB
est égale à L, l'écran LCDR est placé à une distance 2L du dispositif D1. L'écran LCDV est placé à une distance L du l0 dispositiF D2 et l'écran LCDB est pratiquement accolé au dispositif D3.
Le système de la figure 10 permet ainsi de conserver l'équidistance entre la source S et les écrans à cristaux liquides LCDR, LCDV et LCDB d'une part, et les écrans à
cristaux liquides et l'optique de projection d'autre part.
L'encombrement du système de la figure 10 est environ 3L x 3L x 1, L étant la dimensian d'un dispositif tel que D1 selon la direction du faisceau BVR et 1, la dimension D1 perpendiculairement au plan de la figure 10.
La figure 11 représente une variante de réalisation du système de la figure 6 permettant d'obtenir des trajets égaux en torts points à partir de la source S jusqu'à un écran LCD. Ce dispositif comporte, bien que cela ne soit pas obligatoire, le dispositif holographique de localisation FIL accolé à l'écran LCD. La dispositif holographique de polarisation HP est situé
selon un plan médian à l'écran LCD et 1u cüsposltif HL. Le faisceau d'entrée est tel que son angle d'incidence sur le dispositif HP est de 45°. Pour obtenir cet angle d'incidence, un cube CiT est accolé au dispositif HP par crac Faee et reçoit par une face voisine FA le faisceau d'entrée. A cette face FA est associé un dispositif hoiographique Hl enregistré pour dévier le faisceau d'entrée de façon à i~ retransmette sous une izicidence sensiblement de 45° au dispositif HP. De préférence, le faisceau d'entrée est perpendiculaire à la face FA et au dispositif H1.
En fonctionnement à plusieurs longueurs d'andes (fonctionnement trichrome), le dispositif holographique II1 défléchl le Faisceau d'entrée ayant une longueur d'onde située dans une bande étroite, le vert par exemple. Les Faisceaux possédant d'autres longueurs d'ondes ne sont pas dêviés (faisceaux FB et FR) . Par contr~, le crabe CU possQde une lame dichroïque LBR réfléchissant ces faiscot~ux FB et FR vers .
d'autres dispositifs de visualisation D'2 et D'3.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 11, la lame dichroïque LBR est en aval du dispositif Fi.l (dans le cube CU), LO mais elle pourrait également être en amont du dispositif H.1.
La figure 12 représente un exemple d'agencement de ces dispositifs. Dans cet ag~ncement, les écrans à cristaux ' liquides LCDV, hCDB et LCDR sont disposés de façon à être équidistants de l'optique de projection OP.
i5 Le dispositiF D'2 foiretionna~ à uye bande de langueurs d'ondes correspondant au bleu. 11 est couplé au dispositif D'1 par un miroir MBR qui peut être un miroir holographique ré~iéchissant le bleu et le rouge.
Le dispositif D'3 fonctionne] à une bande d~ longueurs 20 d'ondes correspondant au rouge. Il est canplé au dispositif D'2 par un miroir MR.
Les faisceaux traités par les écrans LCDV, LCDB ei LCDR sont rendus colinéaires comme dans le système de là figure 10.
25 Il est à noter que sf les écrans T CDV, LCDB et .LCDR
sont équidistants d~ l'optique de sortie OP, ils üe sont pas équidistants de la source S dans cet exemple de réalisation.
Cela peut donc induire des différences de luminosité pour les différentes couleurs en raison da la divergence des faisceaux.
30 On peut remédier à cela en prévoyant dans les dispositifs holographiques des fonctions dg divergence et/ou de convergence.
On peut également prévoir de telles fonctions de divergence et/ou de convergence dans chacun des dispositifs holographiques des ctifférents exemples de réalisation précédents.
Par exerni>ie, en figure 9, les différents Painls de l'écran LCD ne sont pas équidistants de ia source S. Si le faisceau d'éclairage est divergent, l'éclairage de l'écran n'est .
pas uniform~. Pour y remédier, on prévoit d'inclure une fonction de convergence dans le dispositif 11MD par exemple.
Selon une variante de l'invention, il est possible d'introduire une fonction de convergence ou de divergence dans les dispositifs de séparation de polarisations tels que les dispositifs FIPD1 ou HMD (ou I-1PD2) de la figure 9. Cette fonction de convergence ou de divergence a pour but de compenser les éventuelles inhomogénéités d'éclairements dues notamment au fait que l'écran LCD est éclairé en deux parties et que les faisceaux d'éclairement de ces deux parties parcourent des trajets différents.
Selon une autre variante de réalisation le faisceau d'ëclairement de l'écran LCIy fait un angle avec la normale au plan de l'écran, cet angle pouvant par exemple atteindre 10° .
Dans ces conditions, sur les différentes figures mnnexées, on doït considérer que les différents faisceaux et les différents dispositifs font un angle par rapport aux positions représentées. Cela permet d'optimiser le contraste de l'écran LCD. Par exemple dans la description de 1s~ figure 9, le faisceau Fi peut alors n'être pas parallèle au plan cle l'écran mais faire un angle.
Selan une mutro variante de l'invention, tous ' les éléments du dispositif de 1'inventlocx ne sont pas réalisés selon les technigues holographiques: Pa: exemple, les séparateurs dichroïques ainsi que les polariseurs peuvent être réalisés selon les techniques d'optiques classiques tout en fournissant une compatibilité avec des élêm~nts réalisés en holographie:
La figure 13 représente cane variante de réalisation de la figure 1Z dans laquelle Ia séparatiorx chromatique n'est pas prévue dans les dispositifs D°1, D'2, D°3 mais entre ces dispositifs et la source:
Comme on peut le voix on prévoit un séparateur chromatique SCV dut filtre les longueurs d'onde correspondant au vort pour les transmettre au disl»sitif D'1. Les autres longueurs d'onde sont réfléchies vers an autre séparateur chromatique SCB qui réfléchit les longueurs d'onde correspondant au bleu vers le dispositif O'2 c:t qui transmet les autres longueurs d'ondes correspondant n« rouge au dispositif D'3 par 1°intermédiaire d'un miroir SCR.
Les dispositifs D'1, D'2, D'3 sont constitués de la même façon mais ne comportent pas, à ls~ différence de ceux des figures 11 et 12, des lames de séparation chromatique (lame dichroïque LBR) dans le cube CU. T,e dispositif H1 n'a pas besoin d'être sélectif en langueurs d°onde pour dévier le faisceau qu'il reçoit puisque la sélection ett longueurs d'ondes a déjà été Faite.
Les dispositifs D'1, D'2, D'3 peuvent être placés côte ~ côte. En sortie, les mirolrs'HPV, IIPB et IIPR saut orientés de Façon que les trois trajets des trois gammes de longueurs d'ondes traitées soient quasiment égaux.
Le dispositif de projection :selon l'invention permet 2p - Un gain notable du rondement luminem du projecteur par rapport aux structures classiques pravet~nnt pour un facteur 3, de l'absence de flltres colorés, les fonctions dichroïques étant réalisées i~ar des composants holographiques .
pour un facteur peuvent nttelatdr~s 2,2, de la focaüsation dans les pixels permettant cJP s'affranchir du taux v de transmission de l'écran LCD (dans le cas des pixels au pas de 100 Eun) .
pour un facteur 1,3 du taux cle remplïssage de 100 ô
obtenu avec des mRtriree <le lentilles holographiques.
on s'~~ttend également ~ un gain notable sur l'efficacité du polarisateur holographique comparé au cube polarisant dichroïque diélectrique large bande spectrale.
La réalisation de structures optiques i faible coût et copiables optiquement â partir d'un dispositif maître.
hes dispositifs de visualisation selon l'invention sont donc basés sur l'utilisation de matrices à cristaux liquides LAD dans un système de projection utilisant des composants holographiques de volume. Ell~s permettent simultanément d'accroître ie .rendement lumineux de projection en exploitant les propriétés des hologrAmmes de volume dui permettent l'obtention d'efficacitês de diffraction élevëes pouvant atteindre la limite théorique de 100 °s et des taux de polarisation atteignant 1/1000 sur les faisceaux réfléchis et transmis .
d'intëgrer dans des films minces d'épaisseur infêrieure à 100 ~.m une fonction optique complexe réal.is~nt é la ~ois la polarisation Hi' de la source d'ëclairage, la localisation sélective HLi, dans chr~cam des pixels de la matrice, et la séparation chromatique de chacune des trois composantes chromatiques ~ i rouge-vert-bleue de la source.
- la compatibilité avec des impératîfs de production industrielle en utilisant les procédés de duplication des hologrammes .
Il est bien évident que la description qui précède n°a été faite qu'à titre d'exemple et due d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'Invention. Notamment, les dispositions vies dispositifs holographiques et leurs inclinaisons par rapport aux faisceaux lumineux al traiter ainsi que la nature de ces dispositifs holographiques n'ont été
indiquées que pour illustrer la description. FRnla~rnent, l'invention a t dcrite, dans ses exemples de ralisations dtailles reprsents par les figures, application un en systme de visualisation d'un cran cristal liquide.
Cependant, on rappelle qu'elle concernatout un dispositif lvant d'clairage qui est utilis dans les reprsents pour exemples l'clairage de l'cran cristal liquide, mais il pourrait ne ' pas y avoir d'cran cristal liquide pourrait y avoir o il tout autre dispositif. l.a ralisationdes dispositifs holographiques est connue dans la techniqtze. On sait; par exemple, enregistrer d~ Faon permanentedes hologrammes fonctionnant sous faisceau de lectureimportante.
d'intensit
Claims (25)
1. Dispositif de visualisation pour projeter des images, comportant:
- un écran possédant une première partie et une deuxième partie juxtaposées;
- un dispositif de séparation de polarisation (HP) arrangé pour recevoir un faisceau non polarisé et transmettant selon un premier trajet, la lumière polarisée selon une première direction de polarisation et réfléchissant selon un deuxième trajet la lumière polarisée selon une deuxième direction de polarisation orthogonale à
la première direction;
- un dispositif de focalisation (HL, HPL) ayant une partie pour recevoir la lumière transmise par le dispositif de séparation de polarisation et la focaliser vers la première partie de l'écran, et une autre partie pour recevoir la lumière réfléchie par le dispositif de séparation de polarisation, et la focaliser vers la deuxième partie de l'écran.
- un écran possédant une première partie et une deuxième partie juxtaposées;
- un dispositif de séparation de polarisation (HP) arrangé pour recevoir un faisceau non polarisé et transmettant selon un premier trajet, la lumière polarisée selon une première direction de polarisation et réfléchissant selon un deuxième trajet la lumière polarisée selon une deuxième direction de polarisation orthogonale à
la première direction;
- un dispositif de focalisation (HL, HPL) ayant une partie pour recevoir la lumière transmise par le dispositif de séparation de polarisation et la focaliser vers la première partie de l'écran, et une autre partie pour recevoir la lumière réfléchie par le dispositif de séparation de polarisation, et la focaliser vers la deuxième partie de l'écran.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de focalisation oriente des directions de propagation de la lumière transmise vers la première partie de l'écran et celle transmise vers la deuxième partie de l'écran de telle façon que ces directions soient sensiblement parallèles.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de séparation de polarisation est un élément holographique en volume inséré
entre deux prismes fonctionnant en réflexion pour une polarisation et en transmission pour l'autre polarisation incidente sous l'angle proche de l'ange de Brewster.
entre deux prismes fonctionnant en réflexion pour une polarisation et en transmission pour l'autre polarisation incidente sous l'angle proche de l'ange de Brewster.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de focalisation (HL) est un dispositif holographique permettant une focalisation de la lumière pour au moins une longueur d'onde du faisceau polarisé.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif holographique de focalisation (HL) permet plusieurs directions de focalisation selon les longueurs d'ondes contenues dans le faisceau polarisé.
6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif holographique de focalisation (HL) est un dispositif holographique en volume.
7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif holographique de séparation de polarisations (HP) est placé selon un plan sensiblement perpendiculaire au plan de l'écran.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'écran est un écran modulateur spatial de lumière (LCD) recevant le faisceau focalisé par le dispositif de focalisation (HL).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'écran modulateur spatial de lumière est un écran à cristal liquide (LCD).
10. Dispositif de visualisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'écran à cristal liquide (LCD) est disposé sensiblement parallèlement au dispositif holographique de focalisation (HL) dans un plan contenant les points de focalisation de ce dispositif (HL).
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3, 4 ou 7, caractérisée en ce que le dispositif holographique de polarisation (HP) et le dispositif holographique de focalisation (HL) sont associés par un prisme (PR).
12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'écran à cristal liquide (LCD) permet un fonctionnement à plusieurs couleurs, le dispositif holographique de focalisation (HL) étant enregistré pour localiser les différentes longueurs d'ondes correspondant à différentes couleurs selon les directions différentes.
13. Dispositif selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un dispositif demi-onde est placé sur le trajet de l'un des faisceaux lumineux transmis par le dispositif holographique de séparation de polarisation.
14. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'écran à cristal liquide (LCD) comporte une première et une deuxième parties associées respectivement à la première et à la deuxième partie du dispositif holographique de focalisation (HL), ces deux parties de l'écran à cristal liquide étant commandées en inverse.
15. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif holographique de séparation de polarisation et le dispositif holographique de focalisation sont réalisés en un seul dispositif holographique de traitement (HPL).
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le dispositif holographique de traitement (HPL) fonctionne en réflexion.
17. Dispositif de visualisation selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'un dispositif holographique de réflexion est disposé entre l'écran (LCD) et le dispositif holographique de traitement (HPL) pour transmettre le faisceau sous un angle approprié.
18. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que:
- le dispositif de focalisation (HL) est parallèle à l'écran (LCD);
- le dispositif de séparation de polarisations (HPD1) est à 45° environ du dispositif holographique de focalisation (HL) et permet d'éclairer une première moitié
de l'écran (LCD) par réflexion d'une polarisation d'un faisceau incident (F1);
- un dispositif de réflexion (HMD) permet d'éclairer une deuxième moitié de l'écran (LCD) par réflexion de l'autre polarisation du faisceau incident (F1) non réfléchie par le dispositif holographique de séparation de polarisations (HPD1).
- le dispositif de focalisation (HL) est parallèle à l'écran (LCD);
- le dispositif de séparation de polarisations (HPD1) est à 45° environ du dispositif holographique de focalisation (HL) et permet d'éclairer une première moitié
de l'écran (LCD) par réflexion d'une polarisation d'un faisceau incident (F1);
- un dispositif de réflexion (HMD) permet d'éclairer une deuxième moitié de l'écran (LCD) par réflexion de l'autre polarisation du faisceau incident (F1) non réfléchie par le dispositif holographique de séparation de polarisations (HPD1).
19. Dispositif de visualisation comprenant plusieurs dispositifs selon la revendication 18, caractérisé en ce que plusieurs dispositifs sont placés en série sur la direction du faisceau incident (F1) et fonctionnent chacun à une gamme de longueurs d'ondes particulières.
20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs écrans à cristaux liquides (LCDV, LCDR, LCDB) et une source d'éclairement de ces écrans, lesdits écrans étant placés à égale distance de la source d'une part, et à égale distance d'un objectif de projection (OP) d'autre part.
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 3, ou 4, caractérisé en ce que l'un au moins des dispositifs de séparation de polarisations ou de focalisation comporte des moyens pour induire un effet d'anamorphose sur un faisceau traité.
22. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé
en ce que l'un au moins des dispositifs holographiques comporte des moyens pour réaliser un effet de convergence ou de divergence d'un faisceau traité.
en ce que l'un au moins des dispositifs holographiques comporte des moyens pour réaliser un effet de convergence ou de divergence d'un faisceau traité.
23. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une source (S) éclaire le dispositif de séparation de polarisation (HP i) sous un angle différent de 45°, le réseau holographique enregistré dans le dispositif de séparation de polarisation faisant un angle de 45° avec la direction du faisceau d'éclairement venant de la source ce qui permet de réaliser une anamorphose du faisceau.
24. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deux parties de l'écran (LCD) sont commandées en inverse.
25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que le dispositif de focalisation est équivalent à une matrice de microlentilles.
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