Brevet FR2463427A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne les écrans destinés à la projection d'images fixes ou animées, par exemple de diapositives ou de films cinématographiques. Plus précisément, elle est relative à un écran du type directif9 à haut rendement lumineux, diffusant la plus grande partie de la lumière projetée en direction du volume utile occupe par les spectateurs, et permettant une observation rapprochée des images sous un grand angle. Sur un écran blanc classique, la lumière est diffuse dans toutes les directions comprises dans un angle solide de 2 # sléradians suivant la loi de Lambert. Dans ces conditions, les spectateurs ne reçoivent qu'une faible partie de la lumière diffusée ce qui diminue l'efficacité de la projection, d'autant plus que la lumière perdue est rediffuse par les parois de la salle (qui ne sont pas noires pour des raisons sstg tlques) et affaiblit d'autant plus la luminosité relative de l'écran. Pour pallier cet inconvénient, on a cree des ecrans directifs c'est-à-dire constitues les plus souvent d'un matffiriau réfléchissant pourvu d'irrgularités locales, Sur ce type dwderan, la lumière est diffusée de façon très aniotrope, è l'interiour d'un angle solide réduit, avec un maximum d'intensité correspondant è la direction spéculaire, qui serait celle de la reflexion si l'écran était remplacé par un miroir. Ce type écran donne de bons résultats lorsqu'il est observé de loin, c'est-à-dire sous un angle faible. Mais lorsqu'on désire procurer une vision panoramique, sous un grand angle, les spectateurs situés à une distance relativement faible de l'écran par rapport à ses dimensions reçoivent le maximum d'intensité lumineuse des parties qui leur font vis-è-vis, tandis qu'ils se trouvent dans zons de diffusion minimale de la lumière issue des zones de écran vues sous un grand angle.On a donc, pour une vision panoramique, un "vignettage" très important, c'est-è-dire que les spectateurs situés au voisinage du centre de la salle voient le centre de l'écran beaucouD Dlus lumineux aue les bords ce défaut s'accentuant de manière du centre dissymétrique au fur et è mesure qu'on s'éloignefde la salle. Pour remédier à celé, il a été proposé de créer des écrans à double courbure concave, par exemple sphériques ou toroMdaux, de manière que les axes de diffusion maximale passent tous au voisinage du centre de la salle, quelle que soit la partie de écran dont ils proviennent. Dans la demande de brevet français no 7910882 du 28/4/79,il est précisé comment doit être déterminé un tel type d'é- cran pour obtenir une vision photopique optimale, compts tenu du volume utile de la salle et de l'angle de la projection -notamment par une double courbure procurant une directivité sélective de lté- cran, avec une répartition homogène de la luminance pour des spectateurs observant ledit écran sous un grand angle. Cependant, la fabrication de tels écrans à double courbure c'est-b-dire présentant une surface non développable - peut se heurter à des difficultés tschniques de réalisation et dtinstallation, accentuées par le fait que, sur un écran directif, des irrégularités de surface de faible importance créent à la projection des défauts sensibles pour les spectateurs. L'installation de surfaces à double courbure suffisamment pré- cises suppose dons, lorsquton veut obtenir de grandes dimensions d'écran, un investissement en moyens techniques et en temps relativement élevés. Par contre, si la courbure de l'écran est de type cylindrique (ou conique) c'est-à-dire développable, les difficultés de fabrication et d'installation sont nettement réduites. Une telle courbure ne provoque la directivité sélective désirée que suivant- un plan (par exemple horizontal ou vertical) et il est donc nécessaire dtob- tenir la directivité suivant le plan perpendiculaire par un autre moyen. Le but de la présente invention est d'obtenir un écran de projection qui, parallèlement à un plan donné, diffuse la lumière sélectivement autour d'une ou plusieurs directions principales par- mettant aux différents spectateurs de recevoir des différentes parties de l'écran une quantité optimale de lumière. Dans la demande précitée ds brevet français n 7910882, il a été proposé d'obtenir ce résultat au moyen d'un écran comportant des rainures à profil variable du centre jusqu'au bord ou des reliefs variables en "pointe de diamant" réalisant chacun à son échelle le résultat recherché. Mais la fabrication de tels écrans à structure variable p-eut présenter des difficultés technologiques. Ce résultat est obtenu ici par le fait que l'écran, constitué d'un matériau provoquant une réflexion diffusante de la lumière, composte, suivant la caractéristique principale de l'invention, sur une partie au moins de sa surface, des rainures identiques et parallbles profilées de manière à définir au moins un dièdre, de façon qu'une partie au moins de la lumière incidente subisse deux réflexions diffusantes successives. Dans ces conditions, si l'angle w du dièdre est égal à 902 la lumière incidente (de direction quelconqus perpendiculaire à ltarè- te du dièdre) sera diffusée avec un maximum suivant une direction parallèle à la direction d'incidence. Si l'angle du dièdre estdifférent de 902, la diffusion se fera autour de deux maxima relatifs faisant respectivement un angle de plus ou moins 180o2wavec la direction d'incidence, ceci quel que soit l'angle de la bissez trice du dièdre avec le plan de l'écran, mais la lumière étant répartie de façon inégale autour des deux maxima relatifs, suivant la quantité reçue par l'une et l'autre facssdu dièdre. I1 est donc possible, suivant les positions relatives de écran, du volume utile de la salle et du projecteur, d'optimiser les directions principales de diffusion, en fixant l'angle dièdre des rainures, ainsi que l'angle de la bissectrice desdits dièdres avec la normale à l'écran. En outre, suivant une autre caractéristique avantageuse de llinvention, il est possible d'utiliser des rainures de section quadrangulaire, définissant deux dièdres inégaux, la répartition de la lumière se faisant alors autour de quatre maxima relatifs, de façon variable suivant la position par rapport au milieu de l'écran. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples ci-après, donnés à titre illustretif et sans aucun caractère limitatif, se référant aux figures annexées danslesquelles X - les figures 1 et la représentent en coupe des rainures de section triangulaire d'angle dièdre supérieur à 90 > , et la façon dont la lumière est réfléchie ou diffusee par de telles rainures. - la figure 2 représente une demie salle de projection vue en coupe horizontale et la répartition do la lumière par un écran représente tant des rainures suivant la figure 1 - la figure 3 représente la coupe verticale d'une salle munie dtun écran suivant l'invention présentant en outre une courbure cylindrique - la figure 4 représente en coupe une rainure de profil quadrangulaire - les figures 5 et 6 représentent en coupe des rainures suivant des variantes non limitatives de l'invention. A lafigure 1 sont représentées des rainures de section triangulaire dont les deux faces A et B font respectivement un angle Qet un angle 3 avec la normale à l'écran, l'angle du dièdre ainsi dé fini étant donc égal à : co = Un rayon incident suivant un angle &alpha; avec la normale à l'écran est réfléchi sur la face A suivant un angle o(+ puis sur la face B suivant un angle b-28 radians, le rayon émergent faisant donc finalement avec la normale à l'écran un angle Si co est supérieur à tel l'angle a correspondant au maximum de diffusion sera donc supérieur à &alpha;. Un autre rayon incident faisant le même angle &alpha; avec la normale à l'écran sera réfléchie par la face B du dièdre suivant un angle #-&alpha;, puis sur la face A suivant un angle #-#-2#-&alpha; le rayon émergent faisant donc avec la normale à l'écran un anale Si # est supérieur à # &alpha;" sera donc inférieur à o' 2 La lumière est donc diffusée autour de deux maxima relatifs cor- respondant à des directions spéculaires faisant respectivement un angle de #-# radians avec la direction d'incidence, dans la mesure où elle subit deux réflexions succeSSives sur les faces du dièdre. Eans le cas illustré à la figure 1, la face A reçoit une fraction: du flux total incident, tandis que la face B reçoit une fraction : Cependant, comme le montre la figure 1 a, seuls les rayons lumineux réfléchis par une portion de la face A comprise entre l'arête du dièdre et une distance x de cette arête rencontrent la face B et subissent une seconde réflexion.Un calcul simple montre que, si on prend pour unité la profondeur d la rainure, la largeur totale de la face A est égale à 1 tandis que cos # donc la fraction du flux total subissant la double réflexion sur A puis sur B est le reste de la lumière incidente sur la face A , correspondant à une fraction 1 - fA - fB du flux total incident, sera réfléchi autour d'une direction moyenne faisant un angle avec la normale à l'écran. flans le cas illustré à la figure la, toute la lumière inci dente sur la face B subit une seconde réflexion sur la face A. Dans l'exemple numérique non limitatif suivant, illustré par la figure 2, on prend comme valeurs dans le cas où l'incidence se fait sous un angle = 10-o, c'est à dire non loin du milieu de écran on a . fA = o,59 et fB = o,41 c'est-à-dire que 59% de la lumiere est renvoyée autour d'une direction principale faisant un angle de 10 avec la direction d'inci danse , vers l'intirieur de la salle et 49% autour deune direction faisant un angle de lOQ avec la direction d'incidence vers l'ext6- rieur de la salle 8 10% de la lumière ne subissant pas la double réflexion. Pour une ncidnce &alpha; # 25 correspondant au voisinage du bord de l'écran on a e fA = os36 et fB e 0,50 correspondant aux réparti- tions à plus et moins 1Oe autour de la direction d'incidence . Le reste de la lumire, soit 14% du flux total étant renvoyé, après une simple réflexion, suivant un angle de 75 sur la normale à l'écran. La figure 2 montre une demie salle avec les rayons (1) et (2) incidents respectivement sous 10 et 25P sur l'écran E , et les directions prineipales (1a),(1b) et (2a) (2b) de diffusion correspondante. On voit que si la structure des surfaces réfléchissantes est telle que la diffusion se produise pour ltessentiel à dtun angle de plus ou moins 20 autour des directions principales, le volume utile correspond a peu près à la zone éclairée ; les valeurs calculées de fA et fB montrent que les luminances apparentes de l'Fcran ne subiront, du centre vers les bords, qu'une variation tolérable d'un facteur environ 1,5. Bien entendu, pour obtenir le même effet sur l'ensemble de la salle il est nécessaire que l'écran se compose de deux moitiés symétriques par rapport à un plan médian vertical. Il est encore possible d'adapter les rainures à différents cas dtespèce, en faisant varier les angles 9 et 5, , pour tenir compte de la profondeur relative de la salle et de l'angle de projection, en optimisant les valeurs de fA et fB notamment au voisinage des bords : ltangleco du dièdre sera de préférence compris entre 902 et 1002 et d'autant plus petit quela salle sera plus étroite, tandis que l'angle g de la face du dièdre la plus éloignée du milieu de l'écran avec la normale à écran sera comprise de préférence entre 352 et 452, et d'autant plus faible que l'angle de projection est grand. Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, la directivité horizontale est obtenue à l'aide de rainuras dr type décrit ci-dessus, tandis que la directivité dans des plans verticaux est obtenue à l'aide d'une courbure cylindrique de ltécran, de génératrices horizontales, courbure qui peut être déterminée suivant les dimensions relatives de la salle, de écran et l'angle de projection, par la méthode décrite dans la demande de brevet fran çais no 7910882 précitée. La figure 3 représente schématiquement une salle munie d'un tel écran vue en coupe verticale.Un autre avantage d'une telle disposition est que l'angle d'incidence horizontale varie peu en fonction de la hauteur du point considéré de l'é- cran, et que l'effet de directivité horizontale reste 9 peu près identique du haut en bas de l'écran. Il est également possible d'envisager un écran muni d'une courbure cylindrique de génératrice verticale, les rainures ayant une direction horizontale ; cependant, dans un tel cas, l'obtention d'une luminance apparente suffisamment homogène sera moins aisée et nécessitera une pluralité de bandes horizontales portant des rainures de profils différents. La figure 4 montre un autre type de rainures, quadrangulaire, définissant deux dièdres inégaux entre les faces A et B d'une part et B et C d'autre part. La face A, la plus éloignée du milieu de l'écran, fait avec la normale à l'écran un angle faible compris de préférence entre 0 et 202 i l'angle dièdre entre les faces A et B est de préférence compris entre 1002 et 1102 et est supérieur à lan gle dièdre entre les faces B et C, de préférence compris entre 902 et 100a. De la sorte, sous les incidences faibles, on aura essentiel~ lement une double réflexion successivement sur les faces B et C , diffusant la lumière autour d'une direction principale faisant un angle relativement faible avec la direction d'incidence, vers l'in térieur de la salle. Sous les incidences plus fortes -correspondant aux zones en bordure de l'écran- une proportion importante de la lumière subira une double réflexion sur les faces A puis B, et sera diffusée suivant une direction principale faisant un angle plus grand avec la direction d'incidence, également vers l'intérieur de la salle, ce qui favorise la vision panpramique avec une luminance apparente à peu près homogène, Les figures 5 et 6 montrent deux autres profils de rainure, présentant deux faces légèrement courbes, ce qui permet de réaliser une dispersion même avec un matériau parfaitement réfléchissant et d'obtenir une double réflexion d'une proportion plus importante de la lumière. L'écran suivant l'invention peut être réalisé dans divers matériaux, notamment en aluminium présentant éventuellement des irré gularités de surface, ou en un matériau plastique métallisé en surface ou dans la masse, notamment "Mylar" marque déposée). Il peut entre fabriqué par différents procédés connus, notamment calandrage, extrusion, emboutissage; coupe. Il sera de préférence souple, susceptible entre roulé pour le transport vers les lieux de mise en oeuvre. Il trouvera son application dans tous les cas où l1on désire obtenir une projection de vues fixes ou animées avec une haute fidélité optique. Bien entendu, l'invention ne se limita pas aux formes de réalisations décrites, elle en embrasse au contraire toutes les varian tes susceptibles d'êtpe mises en oeuvre par l'homme de l'art. Revendications 1) Ecran de projection, du type directif, constitué d'un ma tériau provoquant une réflexion diffusante de la lumière, caractérisé en ce qu'il comporte, sur une partie au moins de sa surface, des rainures identiques et parallèles, pro filées de façon à définir au moins un dièdre, de manière qu' une partie au moins de la lumière incidente subisse deux réflexions diffusantes successives. 2) Ecran suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites rainures sont de profil triangulaire, l'angle du dièdre ainsi défini étant supérieur à 902 et de préféren ce compris entre 90Q et 1002. 3) Ecran suivant la revendication 1, caractérisé-en ce qu'il comporte deux groupes de rainures, symétriques par rapport au milieu de l'écran. 4) Ecran suivant les revendications 2 et 3 prises en combi naison, caractérisé en ce que l'angle de la face du diè- dre la plus éloignée du milieu de l'écran est inférieur à 452, et de préférence comprise entre 352 et 452 5) Ecran suivant l'une des revendications 1 ou 3 , caracté risé en ce que lesdites rainures sont de profil quadran gulaire, dé-finissant deux dièdres d'angles supérieurs à 90g 6) Ecran suivant les revendications 3 et 5 prises en combi naison, caractérisé en ce que l'angle de la face de la dite rainure la plus éloignée du milieu de l'écran est comprise entre 0e et 202, que l'angle du dièdre dont l'a r8te est la plus éloignée du milieu de l'écran est de pré férence comprise entre 1002 et 1102 et supérieur à l'an gle de l'autre dièdre de préférence compris entre 902 et 1002. 7 Ecran suivant 11 une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé an ce qu'il comporte une courbure cy lindrique, de génératrices perpendiculaires aux dites rainures. 8) Ecran suivant les revendications 3 et 7 prises en combi naison, caractérisé en ce que les génératrices de la dite courbure cylindrique sont horizontales. 9) Ecran suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les génératrices de ladite courbure cylindrique sont ver ticales et en ce qu'il comporte, de bas en haut, plu sieurs groupes successifs de rainures de profils diffé- rents. 10) Ecran suivant l'une des revendications précédentes, ca caractérisé en ee que lune au moins des faces de l'un au moins desdits dièdres présente une courbure concave.