Brevet FR2435875A1 — publié le 19800404

La présente invention concerne un dispositif de télévision en couleur à projection, et porte plus particulièrement sur un perfectionnement à une structure optique comprenant trois tubes cathodiques, et un écran translucide ou à transmission optique. Un dispositif de télévision en couleur à projection de l'art antérieur, tel que celui qui est décrit dans la demande de brevet JA 71 944/1977, comprend, comme le montrent les figures 1 et 2, trois tubes cathodiques 1, 2, 3 qui projettent sur un écran transparent 10 des faisceaux lumineux de couleurs primaires différentes qui sont normalement le rouge, le vert et le bleu. Ces faisceaux sont projetés par l'intermédiaire de dispositifs à lentilles 4, 5 et 6. Conformément à cette structure de l'art antérieur, les dalles de verre, ou écrans à luminophores,la, 2a et 3a des tubes cathodiques respectifs 1, 2 et 3, se trouvent dans un même plan qui est parallèle à la surface de l'écran 10, et est séparé de cette surface par une distance prédéterminée L. Les tubes cathodiques voisins sont séparés mutuellement d'une distance 1 dans la direction horizontale. En outre, conformément à cette structure de l'art antérieur, les écrans à luminophores la, 2a et 3a sont alignés sur une ligne imaginaire parallèle à la direction de balayage horizontal du faisceau lumineux qui est émis par chaque tube cathodique. L'axe optique du faisceau lumineux qui est projeté par chaque tube cathodique coincide avec une ligne qui s'étend entre le centre de l'écran à luminophores correspondant et le centre dey'écran 10. Ainsi, les traits mixtes désignés respectivement par les références 7, 8 et 9 représentent les axes optiques des faisceaux lumineux qui sont projetés par les tubes cathodiques respectifs 1, 2 et 3. Les trois dispositifs à lentilles 4, 5 et 6, chacun d'eux étant représenté par une seule lentille pour simplifier, sont placés de manière que leurs plans principaux soient parallèles à la surface de l'écran 10, tandis que les centres des dispositifs à lentilles 4, 5 et 6 sont placés sur les axes optiques respectifs 7, 8 et 9. Avec la structure optique qui est décrite cidessus, lorsque les caractéristiques des lentilles des dispositifs à lentilles 4, 5 et 6 sont semblables, les images correspondant aux différentes couleurs sont agrandies dans le même rapport, si bien que l'image projetée par chaque faisceau lumineux de couleur peut coïncider géométriquement avec l'image des autres faisceaux lumineux de couleur, même si la distance L est très faible. Cependant, du fait de la différence d'angle d'incidence sur l'écran 10 entre les faisceaux lumineux qui proviennent des trois tubes cathodiques, il apparat un effet genant, appelé altération des couleurs, qui dégrade l'image présentée sur l'écran. L'effet d'altération des couleurs résulte de la différence d'intensité entre les différentes couleurs. Par exemple, en considérant la figure 2, on voit que lorsque la couleur en un point P sur l'écran 10 résulte d'une combinaison de couleur verte et de couleur bleue dans un rapport 1/1, les faisceaux lumineux qui sont émis par le tube cathodique vert 2 et par le tube cathodique bleu 3 ont la même intensité. Cependant, du fait que la diffusion du faisceau lumineux vert et celle du faisceau lumineux bleu ne colncident pas, la lumière diffusée qui est rayonnée dans une direction C contient davantage de lumière verte que de lumière bleue. Si on exprime la lumière diffusée sous la forme d'un vecteur, le vecteur PA représente la lumière bleue Cet effet d'altération des couleurs empire lorsque les caractéristiques de diffusion de l'écran 10 deviennent davantage unidirectionnelles,ctest-à-dire lorsque le gain de l'écran augmente. On a découvert que l'utilisation d'un circuit de correction destiné à corriger l'intensité lumineuse de chaque faisceau lumineux, et/ou l'utilisation d'un écran particulier, peuvent réduire dans une certaine mesure l'effet d'altération des couleurs, mais cet effet demeure néanmoins observable lorsque ia distance 1, est très faible, eL torque les spectateurs se trouvent dans un angle de 300, dans une direction horizontale, par rapport à l'axe optique 8. L'invention a essentiellement pour but de réaliser un dispositif de télévision à projection qui comporte une structure optique conçue de façon à éliminer l'effet d'altération des couleurs. L'invention a également pour but de réaliser un dispositif de télévision à projection du type décrit cidessus, qui soit de structure simple et qui puisse être fabriqué facilement, sans entralner d'augmentation du coût de fabrication. Conformément à l'invention, on utilise une combinaison d'un écran de type transparent et de tubes cathodiques alignés verticalement. Pour atteindre ces buts, un dispositif de télévision en couleur à projection correspondant à l'invention comprend un écran de projection et trois tubes cathodiques qui projettent une image en couleur sur l'écran de projection. Chacun des trois tubes cathodiques comporte un écran à luminophores qui produit et projette sur l'écran de projection un faisceau lumineux d'une couleur différente parmi les trois couleurs primaires. Chaque faisceau lumineux contient une information d'image. Les trois tubes cathodiques sont placés de manière que les écrans à luminophores respectifs se trouvent face au centre de l'écran de projection, et ils sont espacés de façon équidistante par rapport au centre de l'écran de projection. Leswtrois tubes cathodiques sont mutuellement alignés selon une ligne imaginaire parallèle à une direction de balayage verticale du faisceau lumineux.Le dispositif de télévision en couleur à projection correspondant à l'invention comprend en outre trois dispositifs optiques à lentilles, chacun d'eux étant placé devant un écran à luminophores, et entre l'écran de projection et le tube cathodique correspondant, pour focaliser le faisceau sur l'écran de projection. Les trois dispositifs optiques a lentilles sont placés de manière que leurs plans principaux respectifs soient situés face au centre de l'écran de projection, et soient espacés de façon équidis tante par rapport au centre de l'écran de projection. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels Les figures 1 et 2, qui ont été mentionnées dans la description précédente, montrent respectivement une représentation en perspective de la structure optique de l'art antérieur, et une représentation en plan, en vue de dessus, de la structure optique de la figure 1 La figure 3 est une représentation en perspective d'une structure optique qui correspond à l'invention La figure 4 est une représentation de côté, en élévation, de la structure optique qui est représentée sur la figure 3 La figure 5 est une représentation partielle en perspective d'un écran de projection La figure 6 est une représentation similaire à celle de la figure 5, mais qui montre un écran de projection modifié Les figures 7a et 7b sont des graphiques qui représentent la distribution de la luminosité sur les différents écrans de projection; et La figure 8 est un graphique qui montre une caractéristique de diffusion de l'écran de projection qui est représenté sur la figure 6. On se reportera maintenant à la figure 3 sur laquelle on voit qu'une structure optique pour un dispositif de télévision en couleur à projection correspondant à l'invention comprend un écran de projection 20, trois tubes cathodiques 11, 12 et 13, qui sont placés les uns au-dessus des autres dans une direction verticale, perpendiculairement à la direction de balayage horizontal des tubes cathodiques, et trois dispositifs à lentilles 14, 15 et 16, chacun d'eux étant placé entre l'écran de projection 20 et le tube cathodique respectif. Avant de décrire la structure de l'écran de projection 20, on décrira la structure optique du dispositif de télévision en couleur à projection qui correspond à l'inven tion. Chacun des trois tubes cathodiques 11, 12 et 13 comporte une dalle de verre, ou écran à luminophores. Ces écrans à luminophores sont désignés respectivement par les références lia, 12a et 13a, et ils sont destinés à projeter sur l'écran de projection 20 l'un des trois faisceaux lumineux différents de couleurs primaires qui contiennent l'information d'image. Par exemple, les trois tubes cathodiques 11, 12 et 13 peuvent produire des faisceaux lumineux correspondant respectivement aux couleurs rouge, vert et bleu. Les trois tubes cathodiques 11, 12 et 13 sont placés de manière que leurs écrans à luminophores Ila, 12a et 13a soient face au centre 20c de l'écran de projection 20, et ils sont-placés de façon équidistante par rapport au centre 20c de l'écran 20. Les tubes cathodiques voisins sont mutuellement séparés par une distance d, et la distance entre le centre 20c de l'écran 20 et le centre de chaque écran à luminophores est désigné par H. I1 convient de noter que l'axe optique du faisceau lumineux que projette chaque tube cathodique coincide avec une ligne qui passe par le centre de l'écran à luminophores respectif et par le centre 20c de 11 écran de projection 20. Ainsi, les lignes en trait mixte qui sont désignées par les références 17, 18 et 19 sont les axes optiques des faisceaux lumineux qui sont respectivement projetés par les tubes cathodiques 11, 12 et 13. Il faut également noter que l'axe optique 18 colncide avec la normale à l'écran de projection 20. Les trois dispositifs à lentilles 14, 15 et 16, chacun d'eux étant représenté par une seule lentille pour simplifier, sont placés de manière que leurs plans principaux, désignés par les références 14a, 15a et 16a, soient parallèles aux écrans à luminophores respectifs lia, 12a et 13a, tandis que les centres des plans principaux 14a, 15a et 16a sont équidistants du centre 20c de l'écran de projection 20. Les centres des plans principaux 14a, 15a et 16a, et donc les centres des dispositifs à lentilles 14, 15 et 16, sont situés sur les axes optiques respectifs 17, 18 et 19. Bien que cela ne soit pas représenté sur I es dessins, il est possible de placer un miroir réfléchissant dans le chemin optique qui s'étend entre le groupe de tubes cathodiques 11, 12 et 13 et l'écran de projection 20. Conformément à l'invention, du fait que les tubes cathodiques 11, 12 et 13 sont placés plus près les uns des autres que dans l'art antérieur, l'angle qui est défini par les axes optiques 17 et 18, ou les axes optiques 18 et 19 est inférieur à celui de l'art antérieur. Ainsi, les caractéristiques de diffusion d'une couleur en un point quelconque de l'écran de projection 20 sont très similaires aux caractéristiques de diffusion d'une autre couleur au même point. Dans ces conditions, on constate que l'effet d'altération des couleurs se manifeste très peu. Ceci est expliqué ci-dessous de façon plus détaillée. Du fait que les trois tubes cathodiques 11 et 13 sont alignés verticalement, les faisceaux lumineux qui proviennent de ces trois tubes cathodiques sont projetés sur l'écran 20 sous le même angle d'incidence, mesuré horizontalement. I1 n'y a donc pas d'altération des couleurs dans la direction horizontale. Bien qu'il existe une certaine altération des couleurs dans la direction verticale, du fait de la différence d'angle d'incidence entre les trois faisceaux lumineux, lorsqu'on mesure cet angle dans la direction verticale, cette altération des couleurs n'est pas suffisante pour dégrader l'image en couleur qui est présentée sur l'écran.Une raison de cet état de fait tient à ce que l'altération des couleurs dans la direction verticale est très faible, comme il a été indiqué ci-dessus, et une autre raison tient à ce que le déplacement du spectateur dans la direction verticale, lorsqu'il s'assoit et se lève, est très limité, et ne dépasse pas par exemple 50 par rapport à l'axe optique 18. Le déplacement du spectateur peut augmenter de façon défavorable l'effet d'altération des couleurs. En outre, du fait que le tube cathodique 12 qui émet le faisceau lumineux vert est placé au centre, entre les tubes cathodiques 11 et 13, l'image qui est présentée sur l'écran de projection 20 n'est pas déviée. Ceci est décrit en détail ci-dessous. L'image du faisceau lumineux qui est projeté par le tube cathodique central 12 est correctement focalisée sur l'écran de projection 20, sans aucune déviation, tandis que l'image du faisceau lumineux qui est projetée par le tube cathodique 11 ou 13, qui est placé au-dessus ou au-dessous du tube cathodique central 12, est dégradée, en particulier dans la partie supérieure ou inférieure de l'écran de projection. Des trois couleurs, c'est le vert qui attire le plus l'oeil humain, si bien que l'image wer*e ouà dominante verve projetée sur l'écran 20 domine l'image d'ensemble qui est présentée sur l'écran. En d'autres termes, l'image en couleur présentée sur l'écran est déterminée par le faisceau lumineux vert qui est émis par le tube cathodique central 12.La légère déviation de l'image dans les autres couleurs ne produit pratiquement aucune déviation de l'image en couleur On- se reportera maintenant à la figure 5 qui montre que l'écran de projection 20-de l'invention est constitué par une matière à l'état solide, comme une résine acrylique, qui est transparente et relativement rigide. Une surface 21 de la plaque qui est destinée à recevoir les faisceaux lumineux, comme il est indiqué par la flèche 30, est munie de lentilles pour définir un ensemble d'éléments de lentilles cylindriques et allongés, s'étendant parallèlement dans une direction verticale, tandis que l'autre surface 22 de la plaque est mate ou a reçu un fini mat. La surface à fini mat diffuse uniformément la lumière dans toutes les directions. On peut former la surface à fini mat en appliquant des particules de SiO2 finalement divisées sur ou dans la feuille de résine acrylique, près d'une surface, par n'importe quel procédé d'application connu. Avec la configuration décrite ci-dessus, le faisceau lumineux qui est projeté sur l'écran 20 diffuse largement dans toutes les directions, et en particulier dans une direction horizontale. Cette diffusion de la lumière réduit encore davantage l'effet d'altération des couleurs. L'écran de projection 20 qui est représenté sur la figure 6 comporte une surface 21 qui porte une lentille de Fresnel, au lieu des éléments lenticulaires qui sont représentés sur la figure 5. On a constaté que l'utilisation de la lentille de Fresnel améliore la distribution de la luminosité sur l'écran, de manière à rendre la partie périphérique de l'écran plus lumineuse que dans le cas de l'écran ne comportant pas de lentille de Fresnel. Les figures 7a et 7b montrent la distribution de la luminosité sur l'écran, respectivement sans et avec la lentille de Fresnel. La lentille de Fresnel utilisée a une distance focale de 1000 mm, avec un pas de 0,5 mm entre deux éléments de lentille adjacents en forme d'arêtes.Sur les figures 7a et 7b, les valeurs numériques réparties sur l'écran désignent le degré de luminosité de l'écran, en prenant pour la valeur 100 la luminosité au centre de l'écran. Les diagrammes des figures 7a et 7b montrent que la luminosité de l'image dans la partie périphérique de l'écran est beaucoup plus élevée lorsque l'écran comporte la lentille de Fresnel que lorsqu'il ne la comporte pas. La figure 8 représente une caractéristique de diffusion du faisceau lumineux projeté sur l'écran, avec la lentille de Fresnel représentée sur la figure 6, et sur cette figure l'axe des ordonnées représente l'intensité relative tandis que l'axe des abscisses représente l'angle, en degrés. On va maintenant montrer la supériorité de la structure optique de l'invention par rapport à l'art antérieur, en considerant des données qui correspondent à un exemple particulier. On utilise pour la comparaison des dispositifs à lentilles ayant un grossissement de 6 et une distance focale de 172 mm, et des tubes cathodiques du commerce qui sont désignés par la référence 220AB22, conformément à la désignation du "Electronic-Mechanical Industry Committee". Lorsque les tubes cathodiques sont placés conformément à l'art antérieur, de la manière représentée sur la figure 1, la distance minimale possible 1 entre les deux tubes cathodiques voisins est de 190 mm, et la distance S entre le tube cathodique et le dispositif à lentilles est de 200,7 mm. De ce fait, la distance q entre les centres des dispositifs à lentilles voisins est de 162,9 mm. Avec la configuration décrite ci-dessus, l'angle de faisceau maximal par rapport à l'axe optique est de 30,4C, à condition que la diagonale de.l'écran à luminophores ait une longueur de 190 mm. Au contraire, lorsque les tubes cathodiques et. les dispositifs à lentilles sont placés conformément à l'invention, comme il est représenté sur la figure 3, la distance minimale possible d entre les centres des écrans à luminophores des tubes cathodiques voisins est de 152 mm. Dans ce cas, l'angle de faisceau maximal $ par rapport à l'axe optique est de 25,3 . Les données ci-dessus montrent que la distance entre les tubes cathodiques voisins est plus faible que celle de la structure de l'art antérieur, tandis que l'angle de faisceau de la structure de l'invention n'est pas aussi élevé que celui de l'art antérieur. Ainsi, l'effet d'altération des couleurs est fortement réduit, tandis que la distribution de luminosité peut encore être améliorée du fait de la faible valeur de l'angle de faisceau. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de télévision en couleur à projection, caractérisé en ce qu'il comprend : (a) un écran de projection; (b) trois tubes cathodiques qui projettent une image en couleur sur l'écran de projection, chacun de ces trois tubes cathodiques comportant un écran à luminophores pour produire et pour projeter sur l'écran de projection un faisceau de lumière correspondant à l'une particulière des trois couleurs primaires, et contenant une information d'image, ces trois tubes cathodiques étant placés de façon que les écrans à luminophores respectifs soient situés face au centre de l'écran de projection et soient situés à égale distance du centre de l'écran de projection, les trois tubes cathodiques étant mutuellement alignés selon une ligne imaginaire parallèle à une direction de balayage verticale du faisceau lumineux; et (c) trois dispositifs à lentilles, chacun d'eux étant placé devant un écran à lumiflophores respectif, et entre l'écran de projection et le tube cathodique correspondant, pour concentrer le faisceau sur l'écran de projection, ces trois dispositifs optiques à lentilles étant placés de façon que leurs plans principaux respectifs soient situés face au centre de l'écran de projection et soient situés à égale distance du centre de l'écran de projection. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des tubes cathodiques, qui se trouve entre les deux autres, est aligné sur la normale à l'écran de projection. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les trois tubes cathodiques projettent respectivement des faisceaux lumineux rouge, vert et bleu. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube cathodique central parmi les trois tubes projette un faisceau lumineux vert. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'écran de projection consiste en une plaque transparente dont une surface comporte une structure de surface lenticulaire qui consiste en un ensemble d'éléments de lentilles cylindriques et allongés qui s'étendent parallèlement les uns aux autres et parallèlement à ladite ligne imaginaire, et dont l'autre surface comporte une structure de surface à diffusion uniforme. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'écran de projection consiste en une plaque transparente dont une surface porte une structure de lentille de Fresnel qui comprend un ensemble d'éléments de lentille allongés, en forme de arêtes, s'étendant parallèlement les uns aux autres, et parallèlement à ladite ligne imaginaire, et dont l'autre surface comporte une structure de surface à diffusion uniforme. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la structure de surface à diffusion uniforme consiste en une surface qui a reçu un fini mat.