Brevet FR2182093A1 — publié le 19731207

i 2182093 La présente invention concerne un écran de projection arrière, et plus particulièrement un écran utilisant ime source lumineuse à sortie d'image relativement faible. Selon les techniques connues, on utilise 5 du verre translucide ou une feuille de matière synthétique translucide comme écran de projection arrière. Cependant, à l'aide d'un tel écran, en présence d'un éclairage ambiant comme» par exemple, un éclairage provenant de plafonniers, cet éclairage ambiant peut se réfléchir sur la surface de l'écran et atteindre 10 les yeux du spectateur en détériorant le contraste de l'image projetée par rapport à l'écran. En outre, la lumière d'une source lumineuse est diffusée de façon irrégulière sur l'écran, dans toutes les directions, et les rayons diffusant vers les côtés, le 15 sol et le plafond sont perdus pour le spectateur. En conséquence, les écrans connus ne permettent pas de réfléchir sur le spectateur une quantité suffisante de lumière. La présente invention a pour but de re-20 médier aux inconvénients des solutions connues et se propose de créer un écran composé d'un ensemble de nervures en forme de lentilles, convexes, verticales, parallèlessur une face de l'écran, l'autre face étant une surface rugueuse donnant une diffusion réglée à l'écran, pour obtenir une brillance suffisante de l'i-25 mage sur l'écran. Suivant l'invention, on a également un ensemble d'éléments (bandes) verticaux, parallèles, absorbant la lumière, ces éléments étant prévus sur l'autre côté de l'écran pour absorber la lumière ambiante et éviter sa diffusion par l'é-30 cran, de façon à ne pas détériorer le contraste de l'image sur l'écran. En conséquence, l'écran, selon l'invention peut s'utiliser même lorsque la salle est éelri.:.rée normalement. Cet écran peut convenir pour un projecteur ro -:vant une 35 image lumineuse d'une source à signal de sortie relat .ument faible, par exemple le tube cathodique d'un récepteur de télévision. En outre, l'écran, selon l'invention présente des caractéristiques de diffusion, réglées. La présente invention sera décrite plus 40 en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels; BAD ORDINAL 73 15020 2 2182093 - La figure 1- est une vue de face d'un projecteur utilisant un écran de projection arrière, selon l'invention; - la figure 2 est une coupe transversa-5 le, selon la ligne A-A de la figure 1 ; ■=■ la figure 3 est une vue en perspective à échelle très agrandie de l'écran de projection arrière de la figure 1, montrant le côté arrière; - la figure 4 est une vue en perspective 10 à échelle très agrandie de l'écran en vue de face 5 - la figure 5 est un schéma montrant le chemin optique d'un rayon lumineux traversant l'écran; - la figure 6 est "une vue en plan schématique montrant l'angle de diffusion horizontal de la lumière 15 par l'écran selon l'invention; - la figure 7 est une vue de côté, schématique, montrant l'angle de diffusion vertical des rayons lumineux par l'écran, selon la figure 65 - la figure 8 est un schéma montrant la 20 relation optique entre la source lumineuse, le système optique et l'écran; - la figure 9 est un schéma montrant la relation optique entre la lentille principale, la lentille de correction et l'écran. 25 On décrira ci-après en relation avec les figures 1 et 2, un projecteur équipé d'un écran de projection arrière selon l'invention. le projecteur se compose d'une armoire 1, d'un récepteur de télévision 3 à tube cathodique 7 constituant la source lumineuse, une lentille principale 8, de 30 miroirs réfléchissants 9, 10 et 11, une lentille de correction 12 et un écran 13 ayant une surface réfléchissante ou arrière 14, et une surface de diffusion ou surface avant 15. les éléments 3, 7, 8, 9, 10, 11, 12 et 13 sont logés dans l'armoire 1. Dans le mode de réalisation représenté 35 aux figures 1 et 2, les roues 12, prévues à la partie inférieure de l'armoire 1, permettent de la déplacer sur le sol. Aux figures, les références 6 représentent les hauts-parleurs du récepteur de télévision 3 et la référence 5 un appareil d'enregistrement vidéo, placé sur la table 4, fixée à l'armoire 1, pour four-40 nir le signal vidéo au récepteur de télévision 3, en plus du si- 73 15020 3 2182093 gnal reçu par l'émetteur. Avec le projecteur selon les figures 1 et 2, une image reproduite par le récepteur de télévaaion 3 sur son tube cathodique 7 est transmise ou focalisée su:, le côté 5 avant 15 de l'écran 13 après le passage par la lenti: 13 principale 8, puis réflexion sur les miroirs 9, 10 et 11, . enfin une légère convergence dans la lentille de correction 1£. La figure 3 est line vue en perspective à échelle très agrandie de l'écran 3 montrant le côté arrière. 10 La figure 4 est une vue en perspective très agrandie de l'écran 3 montrant 1a. face avant. Un écran de projection arrière caractéristique 13 selon l'invention est en verre transparent ou en une feuille de matière synthétique 16. Un côté de la feuille 16, 15 c'est-à-dire la face arrière 14, comporte un ensemble de nervures verticales parallèles, convexes 17 formant des lentilles. L'autre côté, c'est-à-dire la face avant 15 de la plaque 16 présente une surface plane à surface de diffusion lumineuse, comportant de multiples rainures 20, très petites, alignées au hasard, 20 de préférence suivant la direction horizontale. Ces rainures 20 seront appelées ci-après "micro-raînures". La partie de la surface avant de la plaque 16, à l'exception de^ micro-rainures 20, qui sont prévues dans des bandes de focalisation 18, est recouverte par un ensemble d'éléments 19, verticaux et parallèles, qui 25 absorbent la lumière. Ainsi, la plaque 16 constitue un écran de projection arrière 13. A l'aide de l'écran 13 selon j'invention, la lumière provenant de la source lumineuse (tube cathodique 7) 30 est convergée horizontalement par les nervures en forme de lentilles 17 et les rayons lumineux sont focalisés sur les bandes de focalisation 18. Dans les bandes de focalisation 18, on a les micro-rainures 20, comme indiqué ci-dessus, si bien que la lumière focalisée sur les surfaces des bandes de focalisation 18 35 est de nouveau diffusée. Pour cette raison, l'angle de diffusion horizontal de la lumière par l'écran 13 devient plias grand ou plus large que l'angle de réfraction vertical. Cependant, si les directions longitudinales des micro-raînures 20, formées dans les bandes de focalisation 18, sont réparties de façon parfaitement 40 irrégulière, le développement horizontal ou angle de diffusion de bad original 73 15020 2182093 la lumière par l'écran 13 peut être trop grand. C;est pcarquci il est souhaitable que le a directions longitudinales ces nicr'j-raînures 20P réalisées dans la bande de focalisation 18, soient -alignées par rapport à la direction horizontale pour réduire lé-" 5 gèrement l'angle de diffusion hcrizonta. et augmenter ainsi la brillance de l'image pour le sper-tateur. A titre d'exempt-, la prcfondeur de chaque micro-rainure 20 de la bande de diffasicn. 18. est de l'ordre de plusieurs microns. L'angle de diffusion de la lumière par 10 les nervures 17 de la face, arrière 14 de l'écran 13» sera décrit ci-après? La figure 5 est. tin schéma montrant le chemin optique d'un rayon lumineux traversant l'écran 1'-. Supposons que le rayon de chaque nervure 15 en forme de lentille 17 est égal à r. La ligne axiale passant par le centre de chaque nervure 17 perpendiculairement au pian de l'écran 13 et appelée "a:% le rayon lumineux parallèle à l'axe "a" appelé "b% le point où le rayon lumineux :ib-! rencontre la sur-face extérieure 14 de la nervure 17 appelé "Qi:5 la distance 20 entre l'axe "as! et le rayon lumineux !5b:t par :sh:î, la ligne passant par les points Q par G; l'un des angles entre le rayon lumineux "b;i et la ligne C est appelé oL , l'angle ce réfraction de la lumière, pour le rayon ,fb" au point Q de la surface extérieure de la nervure 17 est {06 -B); l'angle entre l'axe "a" et 25 le rayon lumineux ayant traversé l'écran 13 en sortant par sa face avant 15 est 9 , c'est-à-dire l'angle de diffusion de la lumière sur l'écran 13; l'épaisseur maximale de l'écran 13 est "d" et l'indice de réfraction de l'écran 13 est ''n5'. On obtient* alors les équations suivantes % 30 „ sin & ~ sin fi n _ sin 8 sin -fi ) ^ h = r.sin oi Des équations ci-dessus on peut tirer l'angle de diffusion S . On obtient la relation suivante? 0 = sin-1 j^n'sinfeC- sin-1 ( —~ « sin et )J 40.- L'examen de cette seconde équation mon— bad original 73 15020 5 2182093 tre que l'on peut déterminer l'angle v dans la direction X, c'est-à-dire la direction horizontales, en fixant l'angle^. La description ci~dessus a été donnée dans le cas où la diffusion de la lumière par les micro-raînures 5 1, formées sur les bandes de focalisation 18 de l'écran 13» est négligeable. Cependant, en pratique, l'angle de diffusion horizontal de la lumière par l'écran 13 est légèrement plus grand que l'angle calculé ci-dessus à l'aide de cette dernière équation, par suite de la diffusion de la lumière entraînée par les micro-15 rainures 20. Il est possible de réduire la diffusion de la lumière par les micro-raînures 20, suivant l'angle de diffusion horizontal par l'écran 13 en alignant les directions longitudinales des micro-raînures 20 suivant la direction horizon-15 taie. Par ailleurs, l'angle de diffusion de la lumière par l'écran 13, par rapport à la direction Y, c'est-à-dire la direction verticale, peut se déterminer en définissant la profondeur et la forme des micro-raînures 20 réalisées dans 20 les bandes de focalisation 18 que l'on peut obtenir en formant de multiples petites rayures. Les figures 6 et 7 sont respectivement des vues en plan et de côté montrant l'angle de diffusion horizontal et l'angle de diffusion vertical de la lumière. Comme ce-25 la ressort des figures 6 et 7, la différence de niveau des yeux des spectateurs dans la direction verticale est plus faible que dans la direction horizontale,si bien que l'angle de diffusion vertical $ v peut être plus petit que l'angle de diffusion horizontal u x, de façon à augmenter d'autant la brillance de l'image. En 30 outre, comme la lumière diffusée à partir de l'image projetée sur l'écran 13 est suffisante pour être diffusée vers un demi-côté de l'écran 13, on peut satisfaire à la relation suivante; § y 4 & x On examinera ci-après la relation entre 35 l'angle de diffusion de la lumière et la brillance. La figure 8 est un schéma montrant la relation optique entre le tube cathodique 7, le système optique 21 et l'écran 13. Selon la figure 8, on calcule la brillance Bg de l'écran 13 sur la face frontale 15 lorsque la lumière provenant du tube cathodique 7 sort de l'é-40 cran 13. 73 15020 6 2182093 Selon la figure 8, le .ys'-ème ontique 21 se compose de la lentille principale 8, de la lentille de correction 12 (par exemple une lentille de Fresr.el) et des miroirs réfléchissants 9 et 11. On suppose que le coefficient àe trans-5 mission de la lumière et le coefficient de réflexion dr ;,a lumière du système optique 21 sont représentés globa.".tîrr.tïnt par /yii* On suppose en outre que s -le coefficient de transmissien de la lu-10 mière de l'écran 13 est égal à^g, le rapport de la distance C, entre le tube cathodique 7 et le système optique -A sur la distance d.j entre le système optique 21 et l'écran 13 est égal à n^J, l'angle du tube cathodique 7 par rapport au système optique 21x est égal à la brillance de la surface plane du tube ca-15 thodique 7 est égale à Bq. Dans ces conditions, la brillance B.-; de l'écran 13 est donnée par l'équation suivante: -il" n2 tx m * 1 y* L A Bs_1i • ^ s * 2 * e . « ni 20 Cette équation montre que la brillance Bg de la face avant 15 de l'écran 13 augmente lorsque l'angle de diffusion horizontal et l'angle de diffusion verticale $ diminuent. Cela signifie que si l'on diminue l'angle de diffusion verticale $ y, la brillance Bg de l'écran 13 augmente, com-25 me indiqué ci-dessus. A l'aide du projecteur décrit ci-dessus en relation avec les figures 1 et 2, l'image reproduite par le tube cathodique 7, ou les rayons lumineux de cette image, passent par la lentille principale 8 et sont réfléchis sur les mi-30 roirs 9» 10 et 11, puis focalisés sur les bandes de focalisation 18, formées sur la face avant 15 de l'écran 13. Les rayons lumi-HGUX «ju ii \j alors diffusés par les micro-raînures 20 des oandes de focalisation 18. Dans ce cas, suivant l'écran 13 de l'invention, on peut facilement satisfaire à la condition ci-dessus, à savoir 35 9Q°yQ xy Ç y, pour les rayons lumineux traversant l'écran 13. On peut ainsi réduire, ou même supprimer, les pertes lumineuses par diffusion vers les côtés de l'écran 13, sur le sol et le plafond. On augmente ainsi la brillance de l'ima-40 ge sur l'écran 13, dans une direction prédéterminée ou pour BAD ORIGINAL 73 15020 7 2182093 certains observateurs. En outre, les éléments absorbant la lumière 19 sont prévus sur la face avant 15 de l'écran 13 à l'exception des parties où. se trouve l'élément de focalisation 18, 5 si bien que la lumière ambiante, telle que l'éclairage de plafonnier, est pratiquement absorbée par ces éléments 19; cela évite la diffusion de la lumière ambiante sur l'écran 13 et toute détérioration du contraste de l'image projetée sur cet écran 13. 10 Selon le mode de réalisation décrit ci- dessus, on a représenté la directivité de la lumière de façon que les spectateurs se trouvant devant l'écran 13 et suivant la ligne axiale a' (par exemple de la figure 6) trouvent que la brillance de la partie de l'image au voisinage des bords de l'é-15 cran 13 est plus sombre que la partie de l'image au centre de cet écran. Dans un tel cas, comme représenté à la figure 9, la lentille de correction 12 est une lentille de Fres-nel, pour que la lumière, réfléchie par le miroir 11 et traver-20 sant la lentille de Fresnel, ne soit pas dirigée parallèlement à l'axe X-X de la lentille, mai s soit légèrement dirigée vers l'intérieur. En combinai.son avec la lentille de Fresnel 12, il peut être souhaitable que les bandes de focalisation 18, formées sur l'écran 13 au voisinage de la périphérie, soient déplacées 25 vers le centre de l'écran 13 par rapport aux nervures formant lentilles 17 correspondantes. À l'aide d'un tel montage, lorsqu'on observe l'image reproduite, au centre de l'écran 13, on constate une brillance uniforme sur tout l'écran 13. Si le diamètre de la 30 lentille principale 8 est égal à 0-^, la distance entre les éléments adjacents de la lentille de Fresnel 12 égale à P-p, la distance entre la lentille de Fresnel 12 et l'écran 13 égale à D, la distance entre la lentille principale 8 et l'écran 13 égale à L, et si la condition es-t satisfaite, on évite 35 des effets de moiré sur l'écran 13, effets qui pourraient être provoqués par la lentille de Fresnel 12 ou toute autre lentille et les bandes de focalisation 18. On décrira ci-après, à titre d'exemple, un procédé de fabrication de l'écran 13 ci-dessus. En premier 40 lieu, on réalise des nervures en forme de lentilles 17 sur la 73 15020 8 2182093 surface arrière 14 de l'écran 13» Les nervures 17 peuvent être réalisées en coupant une feuille de matière synthétique transparente, qui peut constituer directement l'écran 13. Toutefois, il est préférable de Réaliser avec des moules, des galets ou des 5 matrices permettant de fabriquer un nombre voulu d'écrans. Cela signifie qu'une plaque d'un écran qui constitue l'écran 13 s'obtient d'abord en moulant une matière synthétique entre des galets ou des matrices ayant, d'une part, des gorges concaves en forme de lentille et, d'autre part, une 10 surface plane, de façon à former respectivement des nervures en forme de lentille 17 et la surface plane 15. De la même façon, on peut réaliser un écran en verre en coulant ou en moulant du verre. Puis on forme les micro-raînures 20 sur 15 la face avant 15 de l'écran 13, par exemple en soufflant du sable, ou à l'aide de procédés équivalents. A ce moment, si la direction du jet de sable est uniquement déterminée par rapport à la direction horizontale de l'écran 13, les micro-raînures 20 ont leur direction longitudinale alignée suivant la direction 20 horizontale de l'écran 13. En troisième lieu, on applique un agent photo-sensible, tel que- par exemple, de l'alcool polyvinylique ou analogue sur la face avant 15 de l'écran 13» Puis on expose l'écran 13 à de la lumiè-25 re, à partir de la face arrière 14/dans une chambre noire, pour durcir l'agent photo-sensible revêtant la face avant 15 de l'écran 13 correspondant aux bandes de focalisation 18. L'écran 13 ainsi traité est rincé ou lavé avec de l'eau pour enlever l'agent photo-sensible revêtant la face avant 15 à l'exception des 30 parties correspondant aux bandes de focalisation 18. On applique, à la suite de cela, un agent noir, tel que., par exemple, des pigments noirs sur la face avant 15 de l'écran 13. Comme les parties de la face avant 15 de l'écran 13 correspondant aux bandes de focalisation 18 sont recou-35 vertes d'un agent photo-sensible durci, ces parties ne sont pas couvertes de pigments noirs. En outre, sur la surface avant 15 de l'écran 13, on a formé les micro-raînures 20 facilitant la fixà-tion des pigments noirs et augmentant le revêtement sur cette 40 face 15 de l'écran 13, correspondant aux éléments absorbant la 73 15020 9 2182093 lumière 19, pour les rendre non réfléchissants. Enfin, on enlève l'agent photosensible durci restant sur les bandes de focalisation 18 formées sur la face avant 15 de l'écran 13 en utilisant un solvant adéquat. On 5 obtient ainsi l'écran de projection arrière 13. Comme décrit ci-dessus, sur la face arrière de l'écran, on a un ensemble de nervures en foime de lentilles parallèles et verticales, convexes, et sur la face avant, on a des micro-râinures, si bien que l'angle de diffusion verti-10 cal de la lumière par l'écran peut être rendu plus petit que l'angle de diffusion horizontal ae la lumière par l'écran. On obtient ainsi une image ayant une brillance suffisante. En outre, les éléments d'absorption de la lumière 19, formés sur la face avant de l'écran à l'exception 15 des bandes de focalisation, absorbent la lumière ambiante en évitant la diffusion de cette lumière par l'écran et ainsi une détérioration du contraste de l'image sur l'écran. De cette façon, même si l'on utilise comme source d'image un tube cathodique de récepteur de télévision peu brillant, on obtient une ima-20 ge suffisamment brillante et contrastée sur l'écran. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres foimes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'in-25 vention. 73 15020 2182093 REVENDICATIONS 1 °- Ecran de projection arrière transmettant sur sa face avant l'image reçue sur sa face arrière par ruxe source d'image, écran caractérisé en ce qu'il se compose 5 d'une feuille transparente portant sur sa face arrière un ensemble de nervures en forme de lentilles parallèles, sa face avant étant plane et comportant un ensemble de bandes de diffusion de lumière, parallèles, constituées par de, multiples micro-rainures en des endroits correspondant aux nervures sous forme de lentil-10 les, ainsi qu'un ensemble de bandes d'absorption de lumière, parallèles, sur sa face avant, entre les bandes de diffusion de lumière. 2 °- Ecran selon la revendicati on 1, ca-ractérisé en ce que les multiples micro-raînures des bandes de 15 diffusion de lumière sont généralement alignées de façon essentiellement parallèles à la direction horizontale pour donner un angle de diffusion de lumière choisi. 3°- Procédé de fabrication d'un écran de projection arrière selon l'une quelconque des revendications 20 1 et 2, caractérisé en ce qu'on forme une plaque dont une face est plane et l'autre porte un ensemble de nervures en forme de lentilles,parallèles,on rend rugueuse la face avant de la plaque, on revêt d'un agent photosensible la face avant de la plaque, on expose cette face à la lumière en disposant la source 25 lumineuse en regard de la face arrière, on lave les parties non exposées de la surface avant pour enlever l'agent photosensible n'ayant pas réagi, on applique un agent absorbant la lumière sur la face extérieure, on enlève l'agent photosensible qui a réagi à la lumière. 30 4°- Procédé de fabrication d'un écran se lon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on forme les éléments absorbant la lumière en appliquant un revêtement absorbant la lumière sur la face avant de la plaque.