Brevet FR2276605A1 — publié le 19760123

La présente invention concerne un dispositif optique double face et plus spécialement son application comme surface pour projection d'informations visuelles par dispositifs optiques. Dans ce domaine, on a généralement recours à une surface réfléchissant la lumière, désignée sous le terme d'écran. Pour réaliser des projections lumineuses par réflexion, observateurs et projecteurs sont placés face à l'écran, le rôle de celui-ci étant de diffuser et réfléchir les rayons lumineux. Les surfaces utilisées sont constituées de matières, ou revêtues de produits, ayant entre autres fonctions, celles de présenter à la lumière un pouvoir réflecteur élevé afin d'améliorer le rendement lumineux. Elles doivent également présenter une grande finesse de diffusion et, dans certains cas, une orientation préférentielle du pouvoir réflecteur appelée angle de dispersion, obtenue par des striures, alvéoles, ou autre état de surface, ou par enduction de perles de verre, ou de plastique transparent, de très faible diamètre. Suivant ce principe de projection, la lumière ambiante provenant du coté observateur, constitue une lumière parasite atténuant la luminosité et le contraste de l'image projetée. Les traitements de surfaces réalisés jusqu'à ce jour ont pour but d' accrottre le rendement lumineux dans une certaine direction, afin de limiter les inconvénients de l'éclairage ambiant. De tels écrans sont dits de type "Plein jour". En l'absence de projection et en présence de lumière ambiante, ils présentent une surface blanche ou de couleur claire. De par son principe, la projection par réflexion impose des précautions particulières afin de réduire les inconvénients d'un éclairage ambiant, ou bien l'interposition des observateurs entre écran et projecteurs.Ce dernier inconvénient prend une importance particulière en cas de projection sur une grande surface, ou par de multiples projecteurs. C'est essentiellement pour pallier ces inconvénients qu'a été développée la technique de projection par transpa rence Dans la technique de projection par transparence, observateurs et projecteurs sont respectivement placés de part et d'autre d'une surface de projection translucide. Celle-ci a pour rôle de diffuser les rayons lumineux et de les faire apparaître côté opposé au projecteur. Pour réaliser ces surfaces de projection, on utilise généralement un matériau semi-transparent choisi et mis en oeuvre de façon à assurer un meilleur rendement pour la transmission, d'une face vers l'autre, dela lumière projetée et sa diffusion maximale coté observateurs. Ce procédé permet de réaliser facilement des projections de grande surface avec un ou plusieurs projecteurs, sans que la présence des observateurs près de la surface soit un obstacle aux rayons lumineux issus du dispositif de projection. Les surfaces de projection sont parfois dépolies ou traitées côté observateurs, afin d'éviter les reflets ou "effets de miroir". Les écrans mis en oeuvre dans ce cas peuvent être dénommés à "transmission". Le dispositif optique double face, objet de la présente invention, apporte, dans les divers domaines de la projection d'informations optiques, les avantages du procédé de projection par transparence, en supprimant ou en réduisant les inconvénients présentés par les matériaux et surfaces de projection utilisés jusqu'à présent. L'écran constitué par ce dispositif, et qui est du type à transmission, présente, côté observateurs et en l'absence de lumière sur la face opposée, une surface de teinte foncée exempte de reflets, même en présence d'éclairage ambiant de luminosité élevée; côté observation, le contraste des images projetées est amélioré ainsi que le rendement du transfert de lumière de la face de projection vers la face d'observation. Ce dispositif optique à double face à caractéristiques optiques asymétriques est notamment remarquable en ce qutil comprend un corps délimité par deux surfaces, l'une d'elles étant sensiblement plane, l'autre présentant de nombreuses protubérances à la base desquelles se trouve, sur la surface externe dudit corps, un matériau opaque, ledit corps comprenant au moins une partie translucide. Les avantages et caractéristiques du dispositif apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, en se reportant aux dessins annexés donnés à titre indicatif et nullement limitatif, parmi lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'un panneau translucide classique, - la figure 2 est une vue en coupe du dispositif obtenu selon un premier mode de réalisation, - la figure 3 est une vue de dessus du dispositif représenté à la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif obtenu selon un deuxième mode de réalisation déterminant un relief en sillons parallèles, - la figure 5 est une vue de dessus du dispositif, suivant le mode de réalisa tion représenté par la figure 4, - la figure 6 est une vue en coupe du dispositif obtenu selon un troisième mode de réalisation - la figure 7 est une vue de dessus du dispositif représenté à la figure 6, - la figure 8 est une vue en coupe semblable à la figure 2 montrant l'absorp tion du faisceau lumineux incident côté face d'observation, - la figure 9 est une vue en coupe semblable à la figure 2 montrant la transmis sion du faisceau lumineux provenant d'un projecteur, incident à la face oppo sée à celle d'observation, diffusé et transmis vers cette dernière pour y reconstituer l'image projetée, - la figure 10 est une vue en coupe semblable à la figure 6 montrant l'absorp tion du faisceau lumineux incident côté face d'observation et la transmission d'un faisceau lumineux provenant d'un projecteur, incident à la face opposée à celle d'observation Selon la figure 1, on peut voir, en coupe transversale, un panneau translucide traditionnel 1. Des rayons lumineux F venant frapper la face 2 du panneau 1 sont réfléchis et diffusés selon les lois optiques classiques. L'observateur placé du côté de la face 2 subira donc l'effet miroir da à la réflexion des rayons F sur la face 2, d'où une certaine gêne par superposition d'une image parasite à l'image projetée, et atténuation du contraste de cette dernière. Les rayons F' provenant d'un projecteur d' informations lumineuses viennent frapper la face 3 du corps translucide I de façon à astre transmis par diffusion à travers ledit corps jusqu'à l'observateur précité qui verra apparaître une image. Le contraste, défini comte étant la différence de luminosité entre les points lumineux constituant l'image, sera d'autant plus atténué que ltépaisseur du matériau translucide sera élevée.L'épaisseur du matériau étant imposée pour des raisons de résistance mécanique, il serait techniquement justifié de recourir à l'utilisation d'un matériau transparent dont la face, côté. observateurs, est dépolie pour assurer la diffusion de lumière, ce dépolissage supprimant ou atténuant les reflets provenant d'un éclairage ambiant côté observateurs. La réalisation d'écrans suivant cette dernière conception requiert des matières premières et des techniques plus coûteuses. La première idée contenue dans la présente invention consiste à interposer entre la surface translucide sur laquelle l'image apparatt à 1' obser- vateur, une trame ayant pour rôle de "redéiinir" l'image suivant un principe similaire à celui utilisé en reproduction graphique et désigné sous le terne de "tramage". Une deuxième idée a consisté à rendre la trame solidaire de la sur face-translucide de façon à réunir les propriétés du matériau translucide et de la trame en un seul matériau. Une troisième idée a consisté à utiliser ladite trame pour supprimer l'effet miroir côté observateurs. On est ainsi arrivé au dispositif faisant l'objet de la présente invention. Selon la figure 2 qui représente une coupe du dispositif obtenu selon un premier mode de réalisation1 on peut remarquer que ce dernier est col posé de deux éléments : un corps 4 qui est choisi translucide, et une trame dont les brins 5 ont ici une section en losange présentant la propriété d'entre opaques. Cette forme particulière résulte d'une modalité de fabrication qui consiste à presser une trame, éventuellement traitée au préalable, pour des raisons énoncées ci-après et une feuille de matériau thermoplastique translucide. Cette pression exercée simultanément à un chauffage du matériau translucide oblige celui-ci à passer au travers des brins de la trame, créant ainsi sur la face opposée de nombreuses protubérances.De par ce procédé, il peut résulter que la surface du corps 4, opposée aux protubérances, soit légèrement ondulée par suite d'un léger retrait lors du refroidissement, sans que cela soit nuisible aux propriétés fondamentales du dispositif. La figure 3 représente une vue de dessus du dispositif représenté à la figure 2. On peut voir le motif dessiné par les brins 5 de la trame opaque, lesquels constituent la base des protubérances du corps translucide. Comme cela apparat à la figure 2, les brins de la trame ont été choisis avec une section en forme de losange, afin d'accrottre la surface présentée à des rayons incidents obliques, sans augmenter la surface présentée aux rayons perpendiculaires. L'utilité de cette disposition apparattra dans la suite de la description. Elle est signalée à ce stade de la description afin de préciser que la forme des brins de la trame, proposée suivant la figure 2, répond à des exigences techniques, mais n' est pas limitative. Celle-ci sera considérée comme un compromis entre la technologie de fabrication et les caractéristiques optiques recherchées. Il est ainsi possible d'utiliser comme trame, une résille de textile dont les brins seraient de section sensiblement circulaire, ou encore une résille, ou sorte de filet à mailles fines obtenu par moulage de matières synthétiques dont les brins seraient d'une section appropriée aux caractéristiques recherchées. Une trame de métal perforé, déployée ou tissée est également utilisable. Une autre variante de réalisation présentée en coupe par la figure 4 et en plan par la figure 5, consiste à réaliser une sorte de tramage par stries parallèles. Bien qu'ayant l'inconvénient de réduire les avantages inhérents au principe de base, cette variante de réalisation en conserve les propriétés et peut permettre une réalisation industrielle plus économique et plus facile. Ainsi que cela ressort de ce qui vient d'être décrit, la trame, qu'elle soit textile, synthétique ou métallique, est un élément distinct du corps translucide 4. Ces procédés de fabrication précités ne sont pas les seuls; il est également envisageable de réaliser le dispositif par moulage simultané de la trame et des protubérances translucides, ce qui permet d'obtenir des formes plus élaborées, Les figures 6 et 7 montrent un dispositif obtenu selon un troisième mode de réalisation qui consiste à prendre une feuille de corps translucide et d'imprimer dessus une empreinte; les parties en relief 6 constituent les protubérances précitées, et les parties en creux 7 contiennent le matériau opaque susmentionné, pourvu que lors du moulage ou du matriçage, on ait prévu à ces endroits la présence d'une substance créant cette opacité Ladite substance pouvant avoir en outre un pouvoir réfléchissant élevé sur la face en contact avec le matériau translucide. De toute façon, quel que soit le mode de réalisation ehoisi, on aboutit à un corps translucide comprenant des protubérances à la base desquelles se trouve un matériau opaque. Préférentiellement, le corps translucide utilisé est un matériau synthétique thermoplastique pour obtenir des surfaces souples, ou thermodurcissable pour des surfaces rigides. A titre indicatif, le polyéthylène naturel est un corps convenant parfaitement. Dans la description qui vient d'être faite, on se réfère à un corps entièrement translucide de par sa composition. Il est bien entendu possible d'envisager d'autres solutions couvrant un corps qui ne serait plus entièrement translucide, mais dont une partie seulement présenterait cette propriété. Une variante d'exécution consisterait alors à prendre un corps entièrement transparent, et à traiter la surface des protubérances de façon à la rendre translucide. Les figures 8 et 9 montrent le fonctionnement du dispositif, lorsque ce dernier est appliqué dans le domaine de l'information visuelle, comme écran du type "à transmission'; le dispositif utilisé étant celui représenté à la figure 2. On distinguera dans la suite, les deux faces du dispositif de la manière suivante : on aura d'une part la face 8 située du côté de l'observateur et dénommée ci-après face d'observation, et d'autre part la face 9 opposée à celle d'observation, située du côté du ou des projecteurs et dénommée ci-après face de projection. I1 faut comprendre la face d'observation 8 comme la réunion des protubérances 10 et du matériau opaque constitué ici par les brins 5 de la trame Selon la figure 8, on voit un certain nombre de rayons lumineux F venant frapper la face d'observation 8. Ces rayons F représentent par exemple la lumière ambiante de la salle où se trouve l'observateur.Dans cette application précise, la trame est constituée, ou tout au moins recouverte du côté de la face d'observation, d'un matériau absorbant de couleur foncée, préférentiellement noire mate s'il s'agit d'absorber ou d'atténuer pour l'observateur, les effets d'une lumière ambiante de couleur banche. I1 est donc possible de distinguer deux catégories de rayons F; tout d'abord les rayons F1 qui viennent frapper directement les brins 5 de la trame, ou plus généralement le matériau opaque précité, et qui sont absorbés par celui-ci. D'autre part, certains rayons F2 viennent frapper d'abord les protubérances 10, qui les réfléchissent vers les brins 5, où ils sont également ab sorbés. Le résultat d'ensemble est que la face d'observation semblera sombre, voire même noire pour l'observateur se trouvant dans une salle où règne un certain éclairage. Bien entendu cela est vrai s'il n'y a aucune projection sur la face 9. Selon la figure 9, pour une meilleure clarté du dessin, seuls les rayons F' provenant du ou des projecteurs et venant frapper la face 9, ont été représentés. Les caractéristiques du dispositif sont telles que les rayons F' sont diffusés par le corps translucide et transmis jusqu'à l'observateur. Afin d'améliorer la transmission, on peut traiter la ou les parties 11 des brins 5 dirigées vers la face de projection, ou plus généralement la face du matériau opaque située en regard des parties en creux, de façon à augmenter le pouvoir de réflexion desdits brins, ou de ladite face, dans cette partie du dispositif. L'application d'une peinture blanche ou d'une métallisation réfléchissant la lumière convient parfaitement à cet effet. La face 9 est préférentiellement plane, et elle est traitée de façon à ce que le minimum de rayons F' soit réfléchi par elle Certains rayons F'2 traversent directement les protubérances 10 et sont diffusés à la surface de celles-ci; d'autres rayons référencés F'1 frappent d'abord la partie 11 des brins 5, sont réfléchis par celle-ci de façon à être à leur tour diffusés par les protubérances 10. Selon la figure 10 qui est semblable à la coupe représentée à la figure 6, on peut voir les rayons F frapper la face d'observation et en meme temps les rayons F' frapper la face de projection. Cette figure reprend les phénomènes d'observation, de diffusion et de réflexion illustrés dans les figures 8 et 9 lorsqu'ils sont appliqués à ce troisième mode de réalisation du dispositif représenté aux figures 6 et 7. Par rapport aux écrans traditionnels, les avantages apportés par le présent dispositif, dans le domaine de la projection d'informations visuelles, peuvent se résumer pour l'essentiel aux points suivants - amélioration des contrastes par effet de tramage et par atténuation de la lu mière parasite ambiante côté observation. - amélioration de la définition et de la luminosité des images par renforcement ponctuel de la lumière constituant l'information visuelle projetée. - fabrication aisée par procédé continu et avec des matériaux économiques. - amélioration de la solidité de la surface par rapport aux écrans en feuille thermoplastique, et absence de déformation, par l'amélioration de résistance mécanique résultant de la présence de l'armature que constitue la trame. I1 est possible dès lors d'apporter à cet écran des modifications ou améliorations suivant l'usage précis que l'on veut en faire Dans le cas d'un écran pour la projection d'informations visuelles, il a été trouvé qu' une répartition des protubérances 6 et du matériau opaque 7, telle que représentée à la figure 7, était particulièrement avantageuse. En effet, afin de parfaire la qualité de l'image perçue par l'obser- vateur, une bonne répartition des surfaces apparentes "matériau opaque/corps translucide" est indispensable, et il y a intérêt à obtenir une répartition offrant une symétrie d'ordre élevé En outre, dans le cas des écrans, il faut trouver un compromis entre l'absorption de lumière due au matériau opaque et la transmission des images par les protubérances du corps translucide En augmentant la surface du matériau opaque, on augmente de ce fait l'absorption des rayons F, rendant plus sombre la face d'observation 8 et diminuant encore l'effet miroir. Cette augmentation se traduit aussi, bien entendu, par une diminution de la surface de transmission des protubérances.Il peut en résulter une réduction de lumino- sité de l'image transmise Pour compenser cette perte de luminosité, on a,co me précédemment indiqué, traité la face Il de la trame 5 suivant la figure 9, afin de lui donner un pouvoir réflecteur élevé. En raison de la forme de la surface 11 qui est convenablement choisie, et du pouvoir réflecteur, conféré par le traitement ou le choix du matériau déterminant cette surface 11 de la trame, il en résulte un rendement élevé pour la transmission des rayons lumineux dans le sens de la face 9 vers la face 8. La perte de luminosité de l'image transmise sera faible et le contraste renforcé. Le mAme procédé peut s'appliquer à la substance opaque située dans les parties en creux 7, en regard du corps translucide du dispositif représenté à la figure 6. A titre d'exemple, dans le cas de projection d'images sur l'écran utilisé, notamment dans une salle de spectacles, une bonne proportion est obtenue lorsque la surface du matériau opaque, vue côté observation, est légèrement inférieure à 50 % de la surface de ladite face d'observation. I1 est à noter que le caractère sombre de la face d'observation 8, peut être encore accru par addition, dans le polyéthylène composant le corps translucide, de pigments colorés. Il peut être intéressant en effet d'avoir une face d'observation la plus sombre possible si l'on désire par exemple placer l'écran dans un lieu où il est utile de le rendre invisible, l'observateur ne pouvant déceler la pré sence dudit écran que lorsque des rayons F' viennent frapper la face projection. Une telle application est particulièrement appréciable, à titre d'exemple,pour la projection de décors dans les domaines du théâtre et des spectacles en géné ral. En ce qui concerne les dimensions proprement dites de la face absorbante du matériau opaque et des protubérances, celles-ci dépendent en fait de l'utilisation du dispositif selon l'invention, D'une façon générale, dans le cas de l'information visue, elles doivent être sensiblement inférieures au pouvoir de résolution de l'oeil, pour la distance choisie entre l'observateur et l'écran. Cette dimension est également en relation avec la dimension de l'image projetée et doit tenir compte de l'utilité éventuelle de faire apparattre le "grain" constitutif de l'image projetée, ou l'effet de tramage ou de résille. D'autres applications sont envisageables pour le dispositif optique à double face selon l'invention. Ce dernier sera utilisable dès que l'on cherchera un dispositif optique à double face ayant des caractéristiques asymétriques, ou que l'on cherchera à jouir sur cette dissymétrie des propriétés de transmission et/ou de réflexion. Selon l'application envisagée, il est bien entendu possible, sans sortir du cadre de l'invention, d'apporter une ou plusieurs modifications au présent dispositif. REVENDICATIONS 1) Dispositif optique à double face à caractéristiques optiques asymétriques, caractérisé en ce qu'il comprend un corps délimité par deux surfaces, l'une d'elles étant sensiblement plane, l'autre présentant de nombreuses protubérances à la base desquelles se trouve, sur la surface externe dudit corps, un matériau opaque, ledit corps comprenant au moins une partie translucide 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau opaque comprend une face absorbante, ladite face étant constituée soit par la surface du matériau s il est lui-m8me absorbant, soit par une couche de substance absorbante déposée sur un support solide. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit support solide est constitué par la surface externe dudit corps située à la base des protubérances, ladite base résultant d'un moulage d'une empreinte sur ledit corps. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau opaque comprend une face réfléchissante vis-à-vis de certains rayons lumineux. 5) Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 4, caractérisé en ce que lesdites faces absorbantes et/ou réfléchissantes, sont constituées par les surfaces supérieures et/ou inférieures d'une trame placée sur ledit corps, à la base des protubérances. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite trame est une résille de textile ou de fibres métalliques. 7) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite trame est constituée d'un treillis en matière synthétique moulée ou non. 8) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau et lesdites protubérances sont répartis de façon à assurer la symétrie tordre le plus élevé possible. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit corps est entièrement translucide et est un matériau thermoplastique ou thermodurcissable. 10) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit corps translucide est du polyéthylène naturel. 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, carac térisé en ce que, seule la surface présentant des protubérances est translucide le reste du corps etant transparent. 12) Ecran, notamment utile dans le domaine de l'information visuelle, caractérisé en ce qu il comprend le dispositif selon l'une quelconque des re vendications 1 à 11, ledit écran comprenant une face d'observation qui est la surface où se trouvent le matériau opaque et les protubérances, et une face de projection qui est la surface sensiblement plane. 13) Ecran selon la revendication 12, caractérisé en ce que la face absorbante est de couleur foncée, préférentiellement noire mate, et en ce que la face réfléchissante dudit matériau est constituée par le matériau lui-mAnie, ou par un revêtement présentant un pouvoir réfléchissant élevé pour les rayons lumineux issus du, ou des projecteurs. 14) Ecran selon 11 une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que le rapport de la surface absorbante à la surface de la face d'observation est inférieur ou égal à 0,5. 15) Ecran selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les dimensions des protubérances et de la face absorbante du matériau opaque sont telles, qu'à la distance où se trouve l'observateur regardant ledit écran, elles sont inférieures au pouvoir de résolution de l'oeil.