Brevet FR2540639A1 — publié le 19840810

DISPOSITIF DE VISUALISATION CATHODIQUE COULEUR EQUIPE D'UN ELEMENT HOLOGRAPHIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION DE CET ELEMENT L'invention concerne des dispositifs de visualisation sur tube cathodique couleur ainsi qu'un procédé de fabrication d'un élément optique holographique équipant ces tubes pour augmenter la luminosité apparente de l'image L'invention s'applique notam- ment avec avantage dans le domaine aéronautique. Dans le matériel embarqué à bord des aérodynes, figurent souvent des tubes cathodiques couleur destinés à visualiser des renseignements nécessaires à la navigation Ces tubes peuvent constituer à titre d'exemple, des indicateurs cartographiques présentant au pilote la carte géographique de la région survolée et des indications relatives à la position et au fonctionnement de l'aérodyne (altitude, longitude, cap, vitesse, consommation de carburant) Toutefois, à haute altitude, l'éclairement ambiant peut être très intense et gêner la visualisation de l'image. Le but de l'invention est d'augmenter la luminosité apparente de l'écran de manière à ce que l'image reste perceptible pour le pilote dans ses moindres détails. Un objet de l'invention est de réaliser un élément qui aug- mente la luminosité apparente de l'image émise sur l'écran d'un tube cathodique couleur à masque perforé. D'une part, on connaît par le document de brevet européen n OO 66 496 du 08/12/1982, un filtre optique à microvolets dont une utilisation consiste à appliquer ce filtre devant l'écran d'un tube cathodique Le filtre est obtenu en formant des microvolets dans une couche photosensible déposée sur une face latérale d'une plaque support constituée par une feuille de plastique ou une lame de verre Ces microvolets sont constitués par des strates résultant d'un enregistrement holographique dans cette couche d'une source lumineuse ponctuelle en procédant par holographie épaisse par transmission Ce filtre est utilisé pour la visualisation, sous forte ambiance lumineuse, dans un champ d'observation délimité, mais ne permet pas d'augmenter là luminosité apparente de l'image visualisée sur l'écran du tube. D'autre part, on sait réaliser des éléments holographiques dont les hologrammes ont des propriétés de restitution qui s'appa- rentent à celles d'éléments optiques classiques. L'objet de l'invention est plus précisément de réaliser un élément optique holographique pour augmenter la luminosité apparente de l'écran d'un tube cathodique couleur, cet élément 1:5 étant adapté à la répartition des éléments luminophores de l'écran. Suivant l'invention, on propose un dispositif de visualisation comportant un tube cathodique couleur avec un écran constitué d'éléments luminophores derrière un masque, et une plaque trans- parente portant un hologramme disposée à l'extérieur du tube et à proximité de l'écran pour limiter le champ d'observation de l'image visualisée par l'écran, caractérisé en ce que l'hologramme de ladite plaque constitue un élément optique holographique jouant le rôle de lentilles convergentes dont la répartition est identique à celle des éléments luminophores, chaque lentille étant associée à un élément luminophore situé dans son plan focal et ayant une surface supé- rieure à celle de l'élément luminophore en sorte d'accroître pour l'observation la luminosité apparente de l'écran. Les particulartiés et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et illutrée des figures qui représentent: figure 1, un dispositif de visualisation cathodique couleur conforme à l'invention; figure 2, un schéma relatif à la structure fonctionnelle de l'élément optique holographique utilisé par rapport aux éléments luminophores; figure 3, un schéma de principe montrant l'accroissement de luminosité obtenu au niveau d'un élément luminophore; figure 4, un schéma d'un procédé de réalisation de l'élément optique holographique selon la figure 2; figure 5; un schéma partiel d'un procédé -de réalisation d'un élément optique holographique selon une variante-de l'invention. Parmi les tubes cathodiques couleur, le tube à masque perforé encore appelé tube à masque d'ombre (traduction de shadow mask) est le plus répandu et équipe la plupart des téléviseurs en service. L'invention s'applique plus particulièrement à ce type de tube dont le fonctionnement est bien connu Le lecteur pourra se reporter par exemple au traité de télévision en couleur intitulé "Nouveau guide de la télévision en couleur" édition 1980 CHIRON, en particulier tome 1, chapitre 2 On rappelle simplement, comme représenté sur la figure 1, que l'écran trichrome l est composé d'un grand nombre de triades d'éléments luminophores 9 et qu'il est placé devant le masque perforé 3 Chaque triade comprend trois éléments lumi- nophores circulaires 9 dont les centres correspondent au sommet d'un triangle équilatéral Sur une même ligne horizontale se trouvent alignés successivement un élément luminophore bleu, un vert et un rouge, et ainsi de suite, repérés respectivement B, V, R, sur la figure 1 Sur la ligne suivante, les éléments luminophores 9 sont décalés de manière à être disposés en quinconce par rapport à la ligne précédente. L'élément optique holographique 5 constitué d'une plaque ou d'une feuille tranparente 5 B portant l'hologramme 5 A est appliqué à proximité de l'écran 1 dont il est séparé au moins par l'épaisseur du verre 6 de la face avant du tube cathodique 7 La structuré fonc- tionnelle de l'élément optique 5 joue le rôle d'une pluralité de lentilles convergentes dont une 8 est représentée associée à un élément luminophore 9 de l'écran l L'élément holographique 5 est enregistré et positionné de façon à faire correspondre à chaque élément luminophore 9 une lentille convergente 8 Ainsi, chaque lentille 8 permet de concentrer l'énergie lumineuse de l'élément luminophore 9 associé dans un angle solide délimité et symbolisé par le cône C L'énergie émise par l'ensemble des éléments lumino- phores 9 se touve ainsi concentrée dans un champ d'observation délimité La distance f séparant les éléments luminophores 9 de l'écran 1 de la surface externe de l'élément holographique 5 est choisie en sorte d'égaler l'épaisseur du verre 6 L'élément optique holographique 5 est placé en sorte que l'hologramme 5 A est entre la feuille support 5 B et la face externe 4 du tube 7. La figure 2 représente une répartition partielle des éléments luminophores 9 de l'écran d'un tube à masque perforé, ceux-ci n'étant pas jointifs On peut attribuer à chacun d'eux une surface hexagonale S, supérieure à la surface S de chaque élément lumino- phore 9, pour occuper la surface totale de l'écran. L'hologramme permet de faire correspondre à chaque élément luminophore 9, une lentille convergente de diamètre D placée de sorte que l'élément luminophore 9 soit dans le plan focal de la lentille, chaque hexagone étant assimilé à une lentille circulaire de diamètre D et de surface S. Sur la figure 3 l'angle A est le demi angle au sommet du cône C centré sur l'axe optique de la lentille 8, et l'angle B le demi angle au sommet sous lequel on voit la lentille 8 de diamètre D du centre de l'élément luminophore 9 de diamètre d Les deux angles A et B sont liés par la relation d'ABBE: d sinus A = d sinus B. En ce qui concerne cette formule, le lecteur pourra se reporter notamment à l'ouvrage de A MARECHAL: Traité d'optique Instrumentale, Tome 1, Imagerie Géométrique, Aberrations, Edition t de la Revue d'Optique, pages 21-22 de l'édition 1952. Si on appelle U la luminance d'un élément luminophore 9, un observateur placé dans le cône C de demi angle au sommet A pa 2 percevra l'élément luminophore avec une luminance égale à U x j La possibilité d'utiliser des lentilles de diamètre supérieur à D se chevauchant entre elles, pour accroître la luminance perçue, est expliquée dans ce qui suit Par un enregistrement holographique, on réalise un élément jouant le rôle d'une telle structure théorique de lentilles optiques 8, afin d'appliquer le principe rappelé précé- demment, étant donné que ces lentilles 8 ont une surface théo- rique S supérieure à celle S des éléments luminophores 9. En référence à la figure 4, un procédé de réalisation de l'élément optique 5 par enregistrement holographique est le suivant. L'élément optique 5 a pour structure une feuille ou une plaque support 5 B portant une couche de matériau photosensible 5 A tel que de la gélatine bichromatée et dont l'épaisseur peut être de l'ordre de 5 m, c'est-à-dire plusieurs fois chacune des différentes lon- gueurs d'ondes utilisées pour l'enregistrement, ces longueurs d'ondes étant celles des trois composantes conventionnelles issues des éléments luminophores de l'écran du tube à équiper On enregistre d'abord les lentilles relatives à une première composante en utilisant une source lumineuse 15, telle un laser de même longueur d'onde que la composante choisie Un miroir partiellement transparent 16 sé- pare en deux voies ondes 12, 13 le faisceau d'ondes planes issu de la source 15 et élargi par un dispositif optique 14 On place sur le trajet de la deuxième voie d'ondes 13 un masque 20 qui diffracte celle-ci L'optique 21 reforme l'image réelle 22 du masque 20 devant et parallèlement à l'élément optique 5 à une distance f de la couche photosensible 5 A La première voie d'ondes 12, appelée voie d'ondes de référence, est ramenée au niveau de l'image réelle 22 au moyen de déviateurs tels que des miroirs réfléchissants 17 et 18, et d'un miroir partiellement transparent 19 placé entre l'optique 21 et l'image réelle 22 La couche photosensible 5 A enregistre les inter- férences, provoquées par la rencontre des deux voies d'ondes 12 et 13, qui constituent l'hologramme du masque perforé 20 On sait procéder différemment pour obtenir un hologramme de l'objet 20 constituant un ensemble de lentilles convergentes, la réalisation décrite ici est en aucun cas limitative. Sans détailler la théorie de l'enregistrement et de la resti- tution holographique on signale que: Le type d'enregistrement décrit est un enregistrement de phase L'épaisseur de la couche photosensible 5 A, environ 5 l m, étant supérieure à la longueur d'onde des deux voies d'ondes lumi- neuses, 0,4 à 0,8 p m, l'enregistrement s'effectue en milieu épais et le rendement avoisine donc 100 %. L'hologramme d'un point enregistré de la manière décrite précédemment, éclairé par la même source de lumière que celle utilisée pour son enregistrement, concentre ou diffuse le faisceau qui l'éclaire de façon identique à une lentille optique L'hologramme d'un ensemble de perforations de 300 11 m de diamètre, donc assimi- lable à des points, semblable à celui d'un masque perforé d'un tube couleur, se comporte, lorsqu'il est éclairé, comme un ensemble de lentilles optiques L'hologramme du masque perforé 20 constitue donc lorsqu'il est éclairé par une source d'ondes sphériques, un ensemble de lentilles convergentes positionnées par rapport au trou du masque 20 de façon déterminée. La distance f séparant -la couche photosensible 5 A de l'élé- ment optique 5 et l'image réelle 21 du masque 20 détermine la distance focale des lentilles qui sera égale à cette distance f Celle- ci peut alors être choisie en fonction des conditions d'éloignement de l'hologramme de l'élément optique 5 par rapport à l'écran 1 du tube 7 (figure 1). On a choisi, pour l'enregistrement un laser de longueur d'onde égale à celle de la première composante chromatique générée par les éléments luminophores de l'écran du tube 7, et on obtient des lentilles qui ne modifieront optiquement avec une certaine incidence que les ondes de longueur d'onde égale à celle de la composante choisie L'opération -est répétée ensuite deux fois pour enregistrer les lentilles relatives aux deux autres composantes chromatiques. Pour cela on remplace le laser qui a servi à l'enregistrement des lentilles relatives à la première composante par un laser de longueur égale à celle de la deuxième composante et positionné à la place du premier On décale, dans une direction parallèle à l'alignement des éléments luminophores de l'écran qui est équipé de cet élément optique 21, le support d'enregistrement holographique de l'élément optique 21, ou le masque 20, d'une quantité égale au pas des éléments luminophores de l'écran On procède alors à l'enregis- trement des lentilles relatives à la deuxième composante chroma- tique On recommence l'opération précédente après avoir effectué un décalage identique dans la même direction qu'auparavant pour former les lentilles relatives à la troisième composante chromatique avec un laser de longueur d'onde égale à celle de cette troisième composante chromatique. Le procédé de réalisation illustré par la figure 5 utilise le même matériel mis en oeuvre que pour le procédé précédemment décrit figure 4 Seule une optique convergente 23 à été placée sur le trajet de la voie d'ondes de référence 12, perpendiculaire-ment à celle-ci Les radiations de cette onde convergent en des points situés dans le plan de la couche photosensible SA car l'optique 23 a une distance focale égale à la distance qui la sépare de la couche photosensible 5 A, en suivant le trajet des radiations de la voie d'ondes de référence 12 se réfléchissant sur le miroir partiellement transparent 22 Les rayons extrêmes sont représentés comme pro- venant de la voie d'ondes de référence 12, ceci pour trois points différents de la couche photosensible 5 A, en particulier pour le point central P dont on a imaginé les rayons extrêmes en traits mixtes traversant le miroir partiellement transparent 22 L'holo- gramme enregistré selon ce second procédé a des propriétés opti- ques identiques à un ensemble de lentilles convergentes, dont les axes convergent en un point situé sur l'axe du tube cathodique L'image alors émise sur l'écran du tube paraît encore plus intense pour un observateur dont les yeux se trouvent sur cet axe à la distance focale de l'élément optique holographique. Pour accroître l'intensité lumineuse restituée par les lentilles de l'élément optique ainsi enregistré, on a envisagé précédemment d'augmenter le diamètre théorique des lentilles, donc la surface théorique En effet, en se reportant à la figure 3, les zones d'enre- gistrement correspondant aux lentilles peuvent se chevaucher, mais comme les lentilles contigies sont relatives à des longueurs d'ondes différentes, les chevauchements sont sans effets les uns par rapport aux autres Un plaque holographique pouvant porter plusieurs holo- grammes superposés, on procède à l'enregistrement de lentilles de diamètre théorique supérieur au pas séparant les éléments lumino- phores contigus. Une conséquence de l'utilisation de lentilles optiques hologra- phiques s'avère avantageuse par le fait qu'elles possèdent des aberrations chromatiques non négligeables: l'image émise par un luminophore n'est pas transmise de façon très nette L'observateur se trouvant à une courte distance de l'écran distingue habituel- lement l'image de l'écran sous un aspect granulaire Dans le cas de l'utilisation de l'élément holographique, une fusion des couleurs se produit dans les espaces séparant les luminophores et l'aspect granulaire de l'écran s'estompe. L'invention peut s'appliquer à des tubes cathodiques couleur différents de ceux utilisant un masque perforé à trous circulaires tels que les tubes cathodiques du type PIL ("Precision In Line"). L'élément optique holographique étant l'hologramme de fentes minces du masque, au lieu de perforations rondes, et constituant un élément optique convergent pour les éléments luminophores de forme longitudinale Le rapport des surfaces théoriques des lentilles optiques holographiques longitudinales sur la surface des éléments luminophores longitudinaux de l'écran d'un tel tube cathodique étant moins important que dans le cas précédent, l'efficacité de l'élément optique est moins appréciable Le procédé de réalisation d'un tel élément optique holographique est identique à celui précédemment décrit, l'objet utilisé pour l'enregistrement étant alors semblable au masque comportant des fentes et utilisé dans ce type de tube. REVENDICATIONS 1 Dispositif de visualisation cathodique comportant un tube cathodique couleur avec un écran constitué d'éléments luminophores derrière un masque, et une plaque transparente portant un holo- gramme disposée à l'extérieur du tube et à proximité de l'écran pour limiter le champ d'observation de l'image visualisée par l'écran, caractérisé en ce que l'hologramme de ladite plaque ( 5) constitue un élément optique holographique ( 5 A) jouant le rôle de lentilles con- vergentes dont la répartition est identique à celle des éléments luminophores ( 9), chaque lentille ( 8) étant associée à un élément luminophore, situé dans son plan focal, et ayant une surface supérieure à celle de l'élément luminophore en sorte d'accroître pour- l'observation la luminosité apparente de l'écran ( 1). 2 Dispositif de visualisation selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'hologramme est tel que chaque lentille ( 8) ne transmet que les radiations de longueur d'onde égale à celle émise par l'élément luminophore ( 9) associé. 3 Dispositif de visualisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'hologramme est réalisé de manière à ce que les axes desdites lentilles ( 8) convergent vers un point prédéterminé situé de préférence sur l'axe du tube cathodique ( 7). 4 Dispositif de visualisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'hologramme est réalisé de manière à ce que les axes desdites lentilles ( 8) sont parallèles à l'axe du tube catho- dique ( 7). -5 Appareil de visualisation cathodique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube est du type à masque perforé et qu'un objet identique au masque perforé dudit tube est utilisé pour l'enregistrement de l'hologramme. 6 Procédé de réalisation d'un élément optique holographique utilisé dans un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par les opérations suivantes: élaboration de deux voies d'ondes planes ( 12,13) de même longueur d'onde déterminée; transformation de la deuxième voie d'ondes planes ( 13) en ondes sphériques en plaçant sur son trajet un masque ( 20) identique à celui du tube cathodique à équiper; formation de l'image réelle ( 22) dudit masque ( 20) sur le trajet de la première voie d'onde dite de référence ( 12) d'ondes planes, pour créer des interférences dans une couche photosen- sible ( 5 A) à impressionner portée par ladite plaque ( 5 B) et placée à sa distance d'utilisation par rapport à l'écran ( 1); élaboration d'un deuxième enregistrement en utilisant une deuxième longueur d'onde après avoir déplacé la plaque ( 5 B) ou ledit masque ( 20) d'un pas égal à celui séparant lesdits éléments lumi- nophores ( 9) de l'écran ( 1) dans une direction déterminée; élaboration d'un troisième enregistrement en utilisant une troisième longueur d'onde après avoir déplacé la plaque ( 5 B) ou ledit masque ( 20) d'un même pas et dans la même direction que pré- cédemment, lesdites trois longueurs d'onde successivement utilisées étant celles des trois composantes chromatiques du tube cathodique. 7 Procédé de réalisation selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une optique convergente ( 23) est interposée sur le trajet de la première voie d'onde ( 12) et positionnée telle que la distance la séparant de la couche photosensible ( 5 A) en suivant le trajet par- couru par la première voie d'onde ( 12) correspond à sa distance focale. 8 Utilisation d'un dispositif de visualisation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 5 pour équiper un appareil indicateur de navigation aérienne.