Brevet FR2496283A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne les dispositifs d'affichage, et elle porte plus particulièrement sur un dispositif combiné d'enregistrement et de projection à laser dans lequel deux canaux de données sont enregistrés par l'action d'un laser sur des cellules d'affichage à cristaux liquides smectiques et sont projetés simultanément sur un écran de présentation, en éclairant par l'arrière les cellules d'affichage. Le brevet US 3 961 334 décrit un dispositif d'affichage rapide, en couleur et à enregistrement permanent, dans lequel le faisceau d'un laser fonctionnant en régime d'impulsions est dévié sélectivement et est focalisé de façon à brûler les images désirées dans un support d'enregistrement à pellicule métallisée qui est éclairé par l'arrière, afin de projeter les images enregistrées en même temps qu'elles sont produites. Un sélecteur de canaux polarise le faisceau laser dans un plan parmi deux. Les canaux polarisés sont alors déviés et focalisés sélectivement au moyen d'un cube polariseur dichroique qui transmet un canal et réfléchit l'autre canal vers les pellicules métallisées, dans les plans focaux dans lesquels des images sont formées par action thermique. Simultanément à l'action d'enregistrement, les images sont projetées par l'utilisation de lumière blanche qui est divisée en deux faisceaux lumineux colorés par un second cube dichroique et est réfléchiepour éclairer par l'arrière les images formées dans chacunedes pellicules métallisées. Les faisceaux projetés retournent ensuite en traversant le premier cube dichroique qui les transmet directement, sous forme d'images colorées, vers le système de lentilles de projection, ou qui les combine pour donner des images blanches avant d'entrer dans le système de lentilles de projection. On peut intercaler des filtres colorés dans l'un ou l'autre des faisceaux de la lampe de projection, ou dans les deux, pour produire diverses images colorées. Le dispositif décrit fonctionne de façon satisfaisante. Cependant, l'utilisation d'une pellicule métallisée en tant que support d'enregistrement pré sente l'inconvénient consistant en ce qu'une image permanente est formée. Pour changer l'image, autrement que de manière additive, la pellicule métallisée doit être amenée physiquement dans une zone "propre" et l'image doit être entièrement reformée. Il existe de nombreuses applications dans lesquelles il serait souhaitable de pouvoir changer sélectivement certaines zones de l'image, sans affecter les zones restantes de l'image. L'invention a donc pour but essentiel de réaliser un dispositif d'affichage permettant une modification sélective. Conformément aux principes de l'invention, on parvient au but précité ainsi qu'à des buts supplémentaires grâce à un dispositif d'enregistrement et de projection qui comprend un laser produisant un faisceau d'énergie cohérente n'ayant pratiquement qu'une seule fréquence et ayant une longueur d'onde située à l'extérieur de la gamme des longueurs d'onde de la lumière visible; des moyens destinés à focaliser le faisceau laser; des moyens de polarisation commandés qui sont intercalés dans le chemin du faisceau laser pour fixer sélectivement la polarisation du faisceau laser entre un premier plan de polarisation et un second plan de polarisation; un cube polariseur dichroique intercalé dans le chemin du faisceau laser en aval des moyens de polarisation, le cube ayant la propriété de réfléchir de façon pratiquement totale les composantes du faisceau laser qui sont polarisées dans le premier plan et de transmettre de façon pratiquement totale les composantes du faisceau laser qui sont polarisées dans le second plan, le cube ayant la propriété supplémentaire de réfléchir la lumière visible de courte longueur d'onde et de transmettre la lumière visible de grande longueur d'onde; des premier et second supports d'enregistrement, effaçables localement, qui sont respectivement placés aux foyers du faisceau laser réfléchi et du faisceau laser transmis; des moyens de déflexion placés en amont du cube polariseur et destinés à faire en sorte que les faisceaux laser réfléchis et transmis balaient respectivement les premier et second supports d'enregistrement; des moyens de modulation placés en amont des moyens de déflexion afin de moduler lrintensité du faisceau laser; des moyens destinés à effacer sélectivement les premier et second supports d'enregistrement; des moyens destinés à produire un faisceau de lumière de projection blanche; un élément dichroique intercalé dans le-faisceau de projection et ayant des propriétés dichroiques pratiquement identiquesà la propriété supplémentaire du cube polariseur; l'élément dichroIque produisant à partir du faisceau de lumière blanche un faisceau de lumière visible de grande longueur d'onde qui est transmis par l'élément et un faisceau de lumière visible de courte longueur d'onde qui est réfléchi par l'élément; des moyens destinés à éclairer le premier support d'enregistrement par l'arrière avec le faisceau de lumière visible de grande longueur d'onde, pour former une image de grande longueur d'onde; des moyens destinés à éclairer le second support d'enregis- trement par l'arrière avec le faisceau de lumière visible de courte longueur d'onde, pour former une image de courte longueur d'onde; un premier filtre coloré intercalé dans le faisceau de lumière visible de grande longueur d'onde; un second filtre coloré intercalé dans le faisceau de lumière visible de courte longueur d'onde; des moyens destinés à combiner les faisceaux de lumière visiblede grande longueur d'onde et de courte longueur d'onde pour former une image de longueurs d'onde combinées; et des moyens destinés à projeter l'image de longueurs d'onde combinées. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés: La figure 1 est une vue simplifiée montrant schématiquement les composants optiques d'un dispositif construit conformément aux principes de l'invention; et La figure 2 est un graphique montrant les caractéristiques de transmission de lumière d'un exemple de cube polariseur dichroïque qui peut être utilisé dans le dispositif de la figure 1, On va maintenant considérer les dessins sur lesquels la figure 1 représente schématiquement un dispositif d'enregistrement et de projection utilisant les principes de l'invention. Le dispositif représenté comporte un laser à grenat d'yttrium-aluminium (YAG) ayant une longueur d'onde d'émission polarisée de 1064 nm. Le faisceau de sortie du laser 10 est réfléchi par un miroir 12 et entre dans un modulateur acousto-optique 14 qui, sous la commande du circuit de commande 16, autorise ou empêche sélectivement la sortie du faisceau laser hors de ce modulateur. Après avoir quitté le modulateur acousto-optique 14, le faisceau laser traverse un rotateur de polarisation 18. Le rotateur de polarisation 18 consiste à titre d'exemple en une lame de retard demi-onde qui peut par exemple être l'élément fabriqué par la firme Continental Optics y Hauppauge, New-York sous la référence R-D-P-10. A titre d'exemple, la lame de retard demi-onde 18 peut tourner au moyen d'un moteur pas-à-pas 20, sous la commande du circuit de commande 16, pour faire tourner la polarisation du faisceau laser dans une plage allant de 0o à 90 , par rapport aux caractéristiques de polarisation des éléments optiques suivants dans le dispositif de la figure 1. Ainsi, le circuit de commande 16 peut alimenter sélectivement le moteur pas-à-pas 20 pour faire tourner la lame de retard demi-onde 18 afin de produire un faisceau laser ayant une polarisation désirée entre un premier plan de polarisation et un second plan de polarisation. Le faisceau laser polarisé de façon appropriée traverse ensuite un expanseur de faisceau 22 et frappe le miroir 24 du galvanomètre de déflexion X, 26, qui est commandé par le circuit de commande 16 de façon à dévier le faisceau laser dans la direction horizontale lorsqu'il entre dans l'objectif relais 28. L'objectif relais 28 focalise sur le miroir 30 du galvanomètre de déflexion Y, 329 le faisceau laser dévié dans la direction X qui provient du miroir 24. Le faisceau laser est ensuite focalisé par une lentille de focalisation 34 et il traverse le cube polariseur dichroique 36. Avant de poursuivre la description du dispositif d'enregistrement et de projection à laser de l'invention, on va considérer les caractéristiques du cube polariseur dichroique 36. Dans un cube dichroïque classique, un choisit une matière dichroique qui transmet l'énergie lumineuse au-dessus d'une longueur d'onde désirée et qui réfléchit l'énergie au-dessous de cette longueur d'onde. Comme le montre la figure 2, le cube dichroïque 36 utilisé dans l'invention contient une matière dichroique qui transmet l'énergie lumineuse comprise dans la gamme de longueurs d'onde visibles allant d'environ 590 nm à 640 nm (l'extrémité rouge du spectre) et qui réfléchit l'énergie lumineuse ayant des longueurs d'onde dans la gamme d'environ 450 nma à environ 560 nm (l'extrémité verte du spectre). En outre, le cube polariseur dichroique 36 comporte un autre revêtement dichroique qui est actif dans la région de la longueur d'onde du laser YAG 10, c'est-à- dire une longueur d'onde de 1064 nm. A cette longueur d-'onde, si le faisceau laser est polarisé dans le plan "S", il est presque totalement réfléchi, tandis que s'il est polarisé dans le plan "P", il est presque totalement transmis. Les faisceaux ayant des polarisations intermédiaires entre le plan "S" et le plan "P" seront réfléchis et transmis conformément à la distribution d'énergie des composantes "S" et "P". Un cube tel que celui décrit ici et ayant les caractéristiques représentées sur la figure 2, est commercialisé par la firme ZC & R Inc., Long Beach, Californie. Le faisceau provenant du laser 10, qui a été dévié de façon appropriée par le galvanomètre de déflexion X, 26, et le galvanomètre de déflexion Y, 32, est focalisé par la lentille de focalisation 34 aux foyers 38 et 40, en fonction de la polarisation qui est appliquée au faisceau laser par la lame de retard demi-onde 18. On notera à ce titre que le laser peut être focalisé à la fois aux foyers 38 et 40, avec une distribution d'énergie à ces deux foyers dépendant de l'emplacement, entre les premier et second plans de polarisation, auquel le faisceau laser a été polarisé par la lame de retard demi-onde 18. Des supports d'enregistrement effaçables localement sont placés aux foyers 38 et 40 et consistent de préférence en cellules d'affichage à cristaux liquides smectiques 42 et 44, du type décrit dans le brevet US 3 836 243. Une telle cellule d'affichage comprend une couche de substance à cristaux liquides et des substrats de support transparents. Un faisceau laser utilisé en tant que source de chaleur localisée chauffe des zones sélectionnées de la substance à cristaux liquides au-delà d'une température de transition, de façon à produire des régions de diffusion de la lumière ayant une longue durée, et on peut également l'utiliser pour effacer ces régions de diffusion de la lumière. Plus précisément, des zones sélectionnées de la substance à cristaux liquides sont chauffées jusqu'à une température suffisamment élevée pour les faire passer de la mésophase à la phase liquide isotrope (ou d'une première phase de la mésophase à une seconde). La substance est alors refroidie de façon à passer de la phase liquide isotrope à la mésophase (ou de la seconde phase de la mésophase à la première), pour former des zones de diffusion de lumière de longue durée. Une fois qu'une information est "écrite" de cette manière dans la cellule d'affichage à cristaux liquides, elle peut être conservée ou, si on le désire, on peut effacer la cellule, en totalité ou en partie, en lui appliquant une tension alternative appropriée. On peut alors projeter de la lumière à travers la cellule et dans un système de projection pour présenter l'information "écrite" dans la cellule. La faisceau laser focalisé, ayant une distribution d'énergie déterminée par la position angulaire de la lame de retard demi-onde 18, est dévié de façon à balayer les cellules d'affichage 42 et 44 et il est bloqué et débloqué sélectivement par le modulateur acousto-optique 14, sous la commande du circuit 16, pour écrire de l'information dans les cellules d'affichage 42, 44. Pendant que le faisceau laser focalisé enregistre des données dans les cellules d'affichage 42, 44, ces cellules sont éclairées par l'arrière de façon que les images qu'elles portent soient projetées sur un écran de présentation approprié. Le système de projection comprend une lampe au xénon 46 qui émet de la lumière blanche dans la gamme visible normale de 400-700 nm. La lampe au xenon 46 se trouve au foyer d'un condenseur 48 qui dirige la lumière blanche vers un élément dichroique 50. L'élément 50 a les mêmes propriétés dichroiques que le cube polariseur dichroIque 36. Ceci signifie qu'il n'est pas nécessaire que l'élément 50 ait les caractéristiques de polarisation décrites en relation avec la figure 2, mais qu'il doit avoir des propriétés dichroiques icfentiques à celles du cube 36, afin que la lumière blanche qui est divisée en deux bandes par. le cube 50 puisse être combinée finalement dans le cube 36 pour donner de la lumière blanche, comme on le décrira par la suite. Ainsi, comme le montre l'examen de la figure 2, la lumière blanche provenant de la lampe 46 est divisée en un faisceau de lumière visible de courte longueur donde (le faisceau vert) qui est réfléchi par le cube 50, et en un faisceau de lumière visible de grande longueur d'onde (le faisceau rouge) qui est transmis par le cube 50. Comme le montre la figure 1, le faisceau de lumière visible de courte longueur d'onde qui est réfléchi est dirigé par un miroir 52 pour éclairer par l'arrière la cellule d'affichage 42, et le faisceau de lumière visible de grande longueur d'onde qui est transmis par le cube 50 est dirigé par un miroir 54 pour éclairer par l'arrière la cellule d'affichage 44. Un filtre vert 56 est intercalé dans le chemin du faisceau de lumière visible de courte longueur d'onde et un filtre rouge 58 est intercalé dans le chemin du faisceau de lumière visible de grande longueur d'onde. Par conséquent, l'image qui a été écrite dans la cellule d'affichage 42 est-éclairée par l'arrière avec de la lumière d'une première couleur et l'image qui a été écrite dans la cellule d'affichage 44 est éclairée par l'arrière avec de la lumière d'une seconde couleur. Du fait que les propriétés dichroîques du cube sont identiques à celles du cube 36, la bande de lumière qui a été réfléchie par le cube 50 sera également réfléchie par le cube 36 et la bande de lumière transmise par le cube 50 sera également transmise par le cube 36. De ce fait, la bande de lumière réfléchie provenant du cube 50 sera projetée à travers la cellule d'affichage 42 et cette bande sera réfléchie à nouveau par la matière dichroique dans le cube 36, de façon à traverser l'objectif de projection 60 vers un écran de présentation approprié. De façon similaire, la bande transmise par le cube 50 traversera la cellule d'affichage 44 et sera. également transmise par le cube 36 vers l'objectif de projection et l'écran d'affichage approprié. Le dispositif qui est représenté sur la figure t 13 comprend également une source de tension alternative 62 branchée aux bornes de la cellule d'affichage 42 et une source de tension alternative 64 branchée aux bornes de la cellule d'affichage 44. Sous la commande du circuit 16, les sources de tension alternatives 62 et 64 appliquent une polarisation alternative aux cellules d'affichage respectives 42, 44, pour effacer des parties ou la totalité de la cellule d'affichage. La polarisation alternative produite par les sources 62, 64 est à une fréquence comprise dans une plage de fréquences allant d'environ 30 Hz jusqu'à environ 100 MHz, cette fréquence étant de préférence d'environ 20 kHz, avec une tension crête-à-crUte dans la plage allant d'environ 20 V à environ 140 V. Sous la commande du circuit 16, qui peut prendre la forme d'un ordinateur programmé, le dispositif représenté sur la figure 1 peut offrir un certain nombre de caractéristiques d'affichage0 Ainsi, la lame de retard demi-onde 18 peut être orientée de façon à permettre la sélection de la polarisation "P" ou "S" du faisceau laser, afin d'écrire ou d'effacer respectivement dans la cellule d'affichage 42 ou la cellule d'affichage 44. On peut également orienter la lame de retard demi-onde 18 de - façon à faire tourner la polarisation du faisceau laser pour qu'elle fasse un angle de 45 par rapport aux deux f axes de polarisation "P" et "s"t, afin de pouvoir écrire ou effacer simultanément dans les cellules d'affichage 42, 44. Le dispositif de l'invention procure également des moyens permettant d'écrire dans une cellule d'affichage et d'effacer simultanément l'autre, en réglant la lame de retard demi-onde 18 à une orientation de 450 et en appliquant la polarisation alternative à la cellule d'affichage qui doit être effacée. Il en-résulte qu'on peut faire apparaître sur l'écran deprésentation un changement de couleur instantané de l'image. En outre, on peut commander la distribution de l'énergie laser des faisceaux "P" et "S",_par la rotation appropriée de la lame de retarddemi-onde 18. Par conséquent, on peut obtenir différents niveaux d'une échelle de gris pour disposer d'un moyen permettant de générer un spectre de couleurs à partir de la combinaison de l'addition et de la soustraction de deux couleurs de base. Les couleurs de base sont déterminées par les filtres colorés 56 et 58 qui sont sélectionnés dans le dispositif de projection. On voit donc qu'on vient de décrire un dispositif d'enregistrement et de projection perfectionné, Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'enregistrement et de projection, caractérisé en ce qu'il comprend: un laser (10) émettant un faisceau d'énergie cohérente, ayant pratiquement une seule fréquence et une longueur d'onde située à l'extérieur de la gamme des longueurs d'onde de la lumière visible; des moyens (28, 34) destinés à focaliser ce faisceau laser; des moyens de polarisation commandés (18,o20) intercalés dans le chemin du faisceau laser de façon à commander sélectivement la polarisation du faisceau laser, entre un premier plan de polarisation et un second plan de polarisation un cube polariseur dichroique (36) intercalé dans le chemin du faisceau laser en aval des moyens de polarisation, ce cube ayant la propriété de réfléchir de façon pratiquement totale les composantes du faisceau laser oui sont polarisées dans le premier plan et de transmettre de façon pratiquement totale les composantes du faisceau laser qui sont polarisées dans le second plan, ce cube ayant la propriété supplémentaire de réfléchir la lumière visible de courte longueur d'onde et de transmettre la lumière visible de grande longueur d'onde; des premier et second supports d'enregistrement (44, 42) effaçables localement et positionnés aux foyers respectifs du faisceau laser réfléchi et du faisceau laser transmis; des moyens de déflexion (24, 26, 30, 32) placés en amont du cube polariseur de façon à dévier les faisceaux laser réfléchis et transmis afin qu'ils balaient respectivement les premier et second supports d'enregistrement; des moyens de modulation (14) situés en amont des moyensde déflexion et destinés à moduler l'intensité du faisceau laser; des moyens (64, 62) destinés à effacer respectivement les premier et second supports d'enregistrement; des moyens (46, 48) destinés à produire un faisceau de lumière de projection blanche; un élément dichroique (50) intercalé dans le faisceau de projection et ayant des propriétés dichroiques pratiquement identiques à la propriété supplémentaire du cube polariseur, cet élément produisant à partir du faisceau de lumière blanche un faisceau de lumière visible de grande longueur d'onde qui est transmis par l'élément et un faisceau il de lumière visible de courte longueur d'onde qui est réfléchi par l'élément; des moyens (54) destinés à éclairer par l'arrière le premier support d'enregistrement (44) avec le faisceau de lumière visible de grande longueur d'onde, pour former une image de grande longueur d'onde; des moyens (52) destinés à éclairer par l'arrière le second support d'enregistrement (42) avec le faisceau de lumière visible de courte longueur d'onde pour former une image de courte longueur d'onde; un premier filtre coloré (58) intercalé dans le faisceau de lumière visible de grande longueur d'onde; un second filtre coloré (56) intercalé dans le faisceau de lumière visible de courte longueur d'onde; des moyens destinés à combiner les faisceaux de lumière visible de grande longueur d'onde et de courte longueur d'onde, pour former une image de longuei d'onde combinées; et des moyens (60) destinés à projeter l'image de longueurs d'onde combinées. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de polarisation commandés comprennent une lame de retard demi-onde (18) et des moyens (20) destinés à faire tourner sélectivement cette lame. 3. Dispositif selon laievendication 1, caractérisé en ce que le laser (10) est un laser YAG fonctionnant à une longueur d'onde d'environ 1064 nm, la lumière visible de courte longueur d'onde comprend des longueurs d'onde dans la gamme d'environ 450 nm à environ 560 nm et la lumière visible de grande longueur d'onde comprend des longueurs d'onde dans la gamme d'environ 590 nm à environ 640 nm. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des premier et second supports d'enregistrement (44, 42) comprend une cellule d'affichage à cristaux liquides smectiques et les moyens d'effacement comprennent des moyens (64, 62) destinés à appliquer sélectivement une polarisation alternative aux bornes de chacune des cellules d'affichage. 5. Dispositif selon la revendication 49 caractérisé en ce que la polarisation alternative est comprise dans une gamme de fréquences allant d'environ 30 Hz à environ 100 MHz, avec une tension cr4te-à-crête dans la gamme d'environ 20 V à environ 140 V. 6, Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la polarisation alternative a une fréquence d'environ 20 kHz. - 7e Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de combinaison comprennent des moyens destinés à diriger dans le cube polariseur dichroique (36) les images des faisceaux de lumière visible de grande longueur d'onde et de courte longueur d'onde.