Brevet FR2567681A1 — publié le 19860117

La présente invention concerne un visuel à tube ca- thodique en couleur, et elle porte plus particulièrement sur des moyens et un dispositif destines à améliorer le rapport de contraste du tube de visualisation en couleur. On utilise couramment des visuels à tube cathodique monochrome dans des systèmes de visualisation de poste de pi- lotage d'aéronef, dans lesquels ils sont soumis à des condi- tions d'éclairage ambiant extrêmement élevées. En plein so- leil, ces conditions d'éclairage ambiant peuvent dépasser 11 lumens/a-n2. Dans de telles conditions, le rapport de contras te de l'image (c'est-àdire la luminosité de l'image rapportée à celle des zones de fond du visuel) peut être relativement faible, et l'aspect d'ensemble et la visibilité de la visuali- sation sont médiacres. On a développé des techniques d'amélio- ration du contraste de l'image pour des tubes cathodiques mo- nochromes qui font appel à des filtres passe-bande à densité neutre ou à une seule longueur d'onde. Cependant, les tubes cathodiques en couleur produi- sent des émissions de luminophores avec des longueurs d'onde de crête comprises entre 450 nanomètres (bleu) et 650 nanomè- tres (rouge). Du fait de la grande séparation des longueurs d'onde des émissions, les techniques d'amélioration d'image habituelles utilisant des filtres passe-bande à densité neutre ou à une seule longueur d'onde, ne sont pas particulièrement utiles, du fait que les rapports de contraste qu'on obtient en utilisant de telles techniques sont de façon caractéristique faibles, soit 1,05:1 pour les émissions dans le bleu, 1, 1:1 pour les émissions dans le rouge et 1,3:1 pour les émissions dans le vert. Ces très faibles différences de luminosité entre l'image et le fond sont extrêmement gênantes du fait que dans des conditions correspondant à un éclairage ambiant élevé, on peut à peine faire la distinction entre le fond et l'image présentée. La demanderesse a trouvé qu'on pouvait améliorer considérablement le rapport de contraste dans les trois pla- ges spectrales d'émission intéressantes (rouge, vert et bleu), de façon à obtenir des rapports de contraste allant de 6,2:1 (bleu) à 20:1 (vert), en utilisant un élément de réduction de la lumière ambiante qui se présente sous la forme d'un filtre directionnel, en combinaison avec un filtre réjecteur à bandes multiples. Le filtre directionnel réduit l'angle de vision dans des directions décalées par rapport à l'axe, ce qui éli- mine une partie notable de la lumière ambiante incidente, tandis que le filtre réjecteur à bandes multiples améliore la transmission des longueurs d'onde intéressantes. La caracté- ristique de transmittance spectrale du filtre réjecteur à bandes multiples présente plusieurs pics qui coïncident étroi- tement avec les trois émissions (rouge, bleu et vert) des ma- tières utilisées comme luminophores dans un tube cathodique en couleur de type caractéristique. La combinaison des éléments suivants: 1) un filtre directionnel qui réduit la quantité de lumière de fond tombant sur le tube cathodique; 2) la caractéristique de transmittance spectrale sélective du filtre réjecteur, qui favorise la couleur par rapport à la lumière blanche ambiante; et 3) le fait que la lumière ambiante traverse deux fois la structure d'amélioration du contraste, procure une amélioration notable du rapport de contraste, même dans des situations d'éclairage extrêmement élevé. L'ensemble des éléments d'amélioration du contraste, comprenant le filtre directionnel et le filtre réjecteur, sont fixes ou plaqués les uns sur les autres et sur la dalle du tube cathodique, au moyen d'adhésifs élastomères aux silico- nes, optiquement incolores. L'utilisation d'adhésifs élasto- mères aux silicones optiquement incolores entre les éléments de la structure et la dalle du tube cathodique procure un certain nombre d'avantages importants qu'on peut énumérer de la façon suivante: A. L'adhésif élastomère optiquement transparent procure une transition géométrique entre la sur- face courbe du tube cathodique et la structure plane de filtre à lattes, ce qui minimise la complexité et le coût de la structure d'amélio- ration du contraste= B. Elle minimise les réflexions internes, en évi- tant des variations importantes des indices de réfraction, c'est-à-dire des désadaptations im- portantes, du fait que ce moyen permet une bien meilleure adaptation des indices de réfraction que ce qui est possible avec des interfaces air/verre ou air/matière plastique. C. L'adhésif permet de fixer aisément la structure d'amélioration du contraste sur la dalle du vi- suel à tube cathodique. D. L'adhésif optique procure une matière compatible pour plaquer les uns sur les autres les éléments individuels des filtres. La caractéristique de transmission du filtre réjec- teur à bandes multiples au didyme présente plusieurs pics qui coincident étroitement avec les trois émissions spectrales des matières P22 (rouge, bleu) et P43 (vert) qui constituent les luminophores du tube cathodique et qui ont respectivement des pics principaux à 630 nanomètres (rouge), dans une bande centrée sur 450 nanomètres (bleu) et à 550 nanomètres (vert). L'atténuation de la lumière blanche ambiante est ainsi nota- blement supérieure à celle des émissions rouge, bleu et verte provenant du tube cathodique, ce qui améliore le rapport de contraste entre l'image en couleur et le fond. L'élément de réduction de la lumière ambiante con- siste en un filtre directionnel formé par une paire de struc- tures à lattes. Les structures à lattes consistent en une plaque de matière plastique contenant des lattes parallèles et espacées qui s'étendent sur toute l'épaisseur de la plaque. L'écartement et la profondeur des lattes établissent un angle de vision qui réduit la transmittance de la lumière. A l'in- térieur de l'angle de vision ou du cane d'acceptation, la lu- mière ambiante est transmise à travers l'élément et réfléchie sur le tube cathodique pour ressortir en direction de l'ob- servateur. A l'extérieur du cne d'acceptation, la lumière ambiante est pratiquement totalement éliminée. Ceci réduit la lumière ambiante globale, ce qui améliore encore davantage le rapport de contraste entre l'image et le fond. Un but principal de l'invention est donc de procurer une structure d'amélioration du contraste pour un système de visualisation à tube cathodique en couleur, permettant d'obte- nir des rapports de contraste notablement plus élevés que ce qui était possible jusqu'à présent. Un autre but de l'invention est de procurer une structure d'amélioration du contraste pour un tube cathodique en couleur, dans laquelle l'effet de la lumière ambiante de fond soit minimisé et dans laquelle la transmittance d'émis- sions aux longueurs d'onde des couleurs soit améliorée, pro- curant ainsi une amélioration du rapport de contraste global. Un autre but encore de l'invention est de procurer une structure intégrée d'amélioration du contraste pour un tube cathodique en couleur qui soit structurellement intégrée sur la dalle du tube cathodique. Un autre but encore de i'invention-est de réaliser une structure d'amélioration ul contraste économique et très efficace pour un tube cathodique en couleur, dont la feabri- cation soit simple. - D'autres buts et avantages de i'invention ressor- tiront de la suite de la description. On atteint les divers buts de l'invention au moyen d'une structure d'amélioration du contraste d'un tube catho- dique dans laquelle un filtre réjecteur à bandes multiples ayant des pics de transmittance qui correspondent de façon générale aux longueurs d'onde d'émission des luminophores du tube cathodique, est combiné avec un élément de réduction de la transmission à lattes qui limite l'angle de transmission de la lumière blanche ambiante vers la surface du tube ca- thodique. Ces éléments sont fixes ensemble et la structure est fixée ou plaquée sur la dalle du tube cathodique en uti- lisant un adhésif élastomère aux silicones, optiquement in- colore, qui minimise les réflexions internes en minimisant les différences d'indice de réfraction entre le milieu de séparation, les éléments de la structure d'amélioration du contraste et la dalle du tube cathodiqueo La suite de la description se réfère aux dessins annexes qui représentent respectivement: Figure 1: une représentation éclatée des éléments qui constituent la structure d'amélioration du contraste, et de la dalle-du tube cathodique. Figure 2: la structure assemblée et les rayons lumineux correspondant à la lumière blanche ambiante et aux émissions en couleur du tube cathodique, cette figure faci- litant la compréhension du mode de fonctionnement du systè- me. Figure 3: les caractéristiques spectrales d'émis- sion du filtre réjecteur à bandes multiples au didyme et les caractéristiques spectrales d'émission des luminophores. La figure 1 montre un tube cathodique 10 compor- tant une dalle courbe 11, avec une structure d'amélioration du contraste 12, représentée sous forme éclatée, placée de- vant la dalle. La structure d'amélioration du contraste comprend un filtre réjecteur à bandes multiples 13 (de pré- férence un filtre à bandes multiples en verre au didyme) portant un revêtement anti-réflexion à haute efficacité, 14, sur la face avant. Une paire d'éléments de réduction de la lumière ambiante, 15 et 16, munis de lattes, sont pla- cés en position adjacente au filtre multi-bande 13. Les éléments de réduction de la lumière ambiante sont des pla- ques de matière plastique comportant un grand nombre de lat- tes parallèles 17 et 18 qui s'étendent sur toute l'épaisseur des plaques. Les lattes 17 et 18 sont respectivement orien- tées dans les directions horizontale et verticale. Les lattes parallèles établissent un angle de vi- sion dans la direction d'un axe normal à la surface de la plaque en matière plastique, et les lattes horizontales éta- blissent l'angle de vision dans le plan vertical tandis que les lattes verticales établissent l'angle de vision dans le plan horizontal. La combinaison des deux plaques à lattes établit un cône d'acceptation dans les deux plans. Les an- gles de vision sont fonction de l'écartement et de la pro- fondeur des lattes; l'augmentation de l'épaisseur de la plaque et des lattes rétrécit l'angle de vision tandis que la diminution de l'épaisseur de la pl.aque et des lattes aug- mente l'angle de vision. On obtient la transmittance maxima- le au centre de l'angle de vision; c'est-à-dire à zéro de- gré par rapport à la perpendiculaire à la surface de la cou- che, et la transmittance diminue de façon pratiquement li- néaire. La lumière située à l'extérieur de l'angle de vision est ainsi presque totalement arrêtée. Les lattes horizontales parallèles 17 sont déca- lées d'un angle de l'ordre de 15 par rapport à la direction de balayage du tube cathodique afin d'éviter l'apparition d'un moirage entre les lattes verticales et horizontales lorsqu'on observe les images sur le tube cathodique. En dé- calant à la fois les lattes verticales et les lattes hori- zontales, on minimise ou on-élimine toute possibilité de moirage. Une plaque en verre optiquement incolore 19 est placée entre l'élément 16 et la dalle du tube cathodique. La plaque en verre optiquement incolore a pour but essentiel de former une structure unitaire dans laquelle les éléments à lattes en matière plastique sont intercaléss et de proté- ger le tube cathodique contre l'implosion. La structure mul- ticouches constituée par le filtre au didyme 13, les élé- ments à lattes 15 et- 16 et la plaque de verre 19 est appli- quée sur la dalle 1l du tube cathodique au moyen d'un adhé- sif aux silicones optiquement incolore, 20, représenté de façon partielle. La couche d'adhésif aux silicones incolore assure l'adaptation des caractéristiques de réfraction opti- que entre la structure de filtre et la dalle. La couche d'adhésif 20 fait également fonction d'élément de transition gAcomntrique, du fait qu'elle se conforme géométriquement à la surface courbe de la dalle de l'écran et à la surface plane de l'élément de filtre en verre de la structure d'&mé- lioration du contraste 12. Le filtre réjecteur à bandes multiples au didyme, dont les caractéristiques spectrales de transmission coin- cident avec les caractéristiques spectrales d'émission des luminophores, est commTercialisé par la firme Schott Optical Glass Company, Duryea, PA, E.U.Ao Les éléments de réduction de la lumière amiante munis de lattes horizontales et ver- ticales, sont commercialisés avec diverses épaisseurs et divers angles de vision par la firme 3M Company, Industrial Optics Division, St Paul, MN, E.U.Ao L'adhésif aux silicones de type élastomère et optiquement transparent qu'on utilise pour fixer la structure d'amélioration du contraste sur la dalle du tube cathodique peut être le produit RTV 615 com- mercialisé par la firme General Electric Company, Silicone Products Department, Waterford, NY E.U.Ao, ayant une trans- mission de 95% et un indice de réfraction égal a 1,406. La figure 2 montre la structure stratifiée d'amé- lioration du contraste fixée sur la dalle d'un tube catho- dique en couleur. Le filtre réjecteur à bandes multiples. 13 les éléments à lattes 15 et 16 et la plaque de verre 19 sont fixés les uns aux autres au moyen de couches adhésives optiques 21, pour former une seule structure d'amélioration du contraste. La structure d'amélioration du contraste est appliquée sur la dalle 11 du tube cathodique au moyen d'une couche adhésive aux silicones optiquement incolore, 20, qui se conforme d'un côté à la surface plane de la plaque de verre 19 et se conforme de l'autre côté à la surface courbe de la dalle 11 du tube cathodique. La couche adhésive aux silicones optiquement incolore, 20, constitue ainsi simulta- nément un élément de transition géométrique entre les surfa- ces géométriques différentes, un adhésif, et un élément d'adaptation des indices de réfraction. Elle constitue donc un moyen efficace et économique pour appliquer la structure d'amélioration du contraste sur la dalle du visuel à tube cathodique en couleur, de façon à former une structure uni- taire combinant le visuel et les éléments d'amélioration du contraste. La figure 2 montre également, au moyen d'exemples de rayons lumineux, la manière selon laquelle le rapport de contraste du visuel à tube cathodique est amélioré. Les lignes 22 et 23 illustrent un cône d'accepta- tion d'environ 60 dans le plan vertical. On notera qu'un cône similaire est établi dans le plan horizontal., du fait des lattes verticales dans la plaque de réduction de la lu- mière ambiante, 16. La ligne en pointillés 24 représente un rayon lumineux contenu à l'intérieur du cône d'acceptation de la structure, qui traverse la structure, atteint la dalle du tube cathodique et est réfléchi vers l'observateur en retraversant la structure. La lumière ambiante contenue dans le cône d'acceptation qui traverse la structure deux fois est atténuée deux fois au cours du passage. Des rayons lu- mineux colorés 27 provenant des luminophores du tube catho- dique, représentés schématiquement parle pointdeluminophore 28, traversent une seule fois la structure d'amélioration du contraste. Le rapport de contraste pour l'image en cou- leur du tube cathodique est ainsi amélioré à la fois par le fait que les rayons lumineux de l'image ne traversent qu'une seule fois la structure, et par les caractéristiques spectra- les de transmittance préférentielles du filtre au didyme 13 pour les émissions rouges, bleues et vertes provenant des lu- minophores. La lumière ambiante située à l'extérieur du cône d'acceptation, indiquée par les lignes en pointillés 30, est presque complètement arrêtée (à 90% ou plus) par les éléments à lattes 15 et 16. Les rayons lumineux situés à l'extérieur du cône d'acceptation tombent sur les lattes et sont réflé- chis au lieu de passer entre les lattes. La figure 3, sur laquelle la longueur d'onde en nanomètres est portée en abscisse, représente graphiquement la relation entre les émissions spectrales des luminophores du tube cathodique dans le bleu, le vert et le rouge, et la transmittance spectrale du filtre réjecteur à bandes multi- ples au didyme. Le pourcentage de transmittance pour le fil- tre et la puissance en microwatts pour les émissions sont portés en ordonnée. La courbe 31 montre la transmittance du filtre réjecteur à bandes multiples au didyme. Comme on peut le voir, ce filtre comporte trois bandes principales 32, 33 et 34 dans lesquelles latransmittance est de 30% ou plus, à sa- voir entre 388 et 430 nanomètres, entre 540 et 560 nanomé- tres et entre 620 et 730 nanomètreso Les caractéristiques spectrales d'émission des luminophores du tube cathodique sont représentées en 35 (bleu), 36 (vert) et 37 et 38 (rouge). On a simplifié les émittances spectrales en éliminant des pics verts secondai- res à 490 nanomètres et d'autres émissions secondaires pour les autres couleurs. On voit clairement que les émissions spectrales dans le rouge et le vert, ainsi qu'une partie de l'émission spectrale dans le bleu coïncident étroitement avec les pics de transmittance spectrale du filtre au didy- me. Le filtre transmet ainsi de façon préférentielle les émissions de lumière colorée provenant des luminophores du tube cathodique. La lumière blanche ambiante est beaucoup plus fortement atténuée (30% de plus) que l'émission des lu- minophores au cours de chaque passage à travers le filtre. Du fait que la lumière blanche ambiante traverse deux fois le filtre sélectif, l'atténuation du blanc est encore plus forte. Lorsqu'on considère le filtre directionnel à lat- tes faisant partie de la structure d'amélioration du con- traste, il faut noter qu'il n'est pas obligatoire que les angles de vision dans les plans horizontal et vertical soient symétriques. On pourrait donner à l'angle de vision une valeur plus grande dans une direction que dans l'autre en agissant simplement sur l'écartement et l'épaisseur des éléments à lattes. On a construit un système de visualisation utili- sant une structure d'amélioration du contraste intégrée pour un visuel à tube cathodique en couleur, du type décrit précédemment, en utilisant un filtre directionnel de la firme 3M, ayant un cône d'acceptation de 60 , un filtre ré- jecteur du type S-8802 de la firme Schott, et un adhésif aux silicones du type RTV 615 pour fixer la structure d'amélioration du contraste sur la dalle du tube cathodique. On a testé la structure en dirigeant vers la surface des luminophores la lumière d'une source de I Iumens/cm2 sous un angle de 45 (ce qui est une technique de mesure classi- que). On a placé un luminancemètre avec un angle de vision normal à la surface des luminophores. On a mesuré les rap- ports de contraste pour le rouge, le vert et le bleu, et on a trouvé les valeurs suivantes: Rouge R.C. = 8,6 Vert R.C. = 19,3 Bleu R.C. = 5,9 ii avec R.C. = rapport de contraste lumninance apparente de l'image luminance apparente du fond On voit donc que l 'invention procure une améliora- tion considérable des rapports de contraste pour un visuel à tube cathodique en couleur. REVENDICATIONS 1. Visuel à tube cathodique présentant un rapport de contraste amélioré, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison: (a) un visuel à tube cathodique (10) compor- tant un ensemble d'éléments de visualisation en couleur (28); (b) une structure d'amélioration du rapport de con- traste (12) placée devant le visuel dans le but de trans- mettre préférentiellement les émissions dans le bleu, le vert et le rouge, et d'atténuer la lumière blanche de fond, cette structure comprenant: (1) un filtre directionnel (15, 16) ayant un cône d'acceptation prédéterminé de façon à arrêter la lumière blanche ambiante à-l'extérieur de ce cône d'acceptation, et à transmettre les émissions en cou- leur provenant du visuel, ainsi que la lumière blanche am- biante directe et réfléchie, à l'intérieur du cône, et (2) un filtre réjecteur à bandes multiples (13) ayant une trans- mittance plus élevée pour les longueurs d'onde correspondant au bleu, au vert et au rouge, grâce à quoi la lumière blan- che ambiante est davantage atténuée que lesdites émissions en couleur, ce qui améliore le rapport de contraste du vi- suel. 2. Visuel à tube cathodique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre directionnel (15, 16) et le filtre réjecteur à bandes multiples (13) sont fixes l'un à l'autre. 3. Visuel à tube cathodique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre réjecteur à bandes multi- ples (13) est placé avant le filtre directionnel (15, 16) et dans une position plus éloignée du tube cathodique (10). 4. Visuel à tube cathodique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure d'amélioration du rap- port de contraste (12) est fixée au tube cathodique de façon à former une structure unitaire. 5. Visuel à tube cathodique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de transition géométrique (20) permettant de fixer une surface plane de la structure d'amélioration du rapport de contraste (12) sur la dalle courbe (11) du tube cathodique. 6. Visuel à tube cathodique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure d'amélioration du con- traste (12) est fixée au tube cathodique (10) par un élément de couplage (20) en élastomère optiquement transparent. 7. Visuel à tube cathodique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre réjecteur (13) a une transmittance plus élevée pour des émissions spectrales dans les bandes de 350-430, 540-560 et 620-730 nanomètres, de fa- gon à transmettre de manière préférentielle les émissions spectrales correspondant respectivement au bleu, au vert et au rouge. 8. Visuel à tube cathodique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre directionnel comprend plusieurs plaques (15, 16), chacune d'elles comportant des éléments d'arrêt de la lumière (17, 18), parallèles et espa- cés, et l'écartement entre ces éléments d'arrêt-de la lumiè- re (17, 18) et l'épaisseur des plaques (15, 16) définissent l'angle d'acceptation de la lumière du filtre directionnel dans les directions horizontale et verticale, et ils éta- blissent un cône d'acceptation de la lumière. 9. Visuel à tube cathodique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le filtre réjecteur (13) présente une transmittance plus élevée pour des émissions spectrales dans les bandes de 350-430, 540-560 et 620-730 nanomètres, afin de transmettre de manière préférentielle les émissions spectrales correspondant au bleu, au vert et au rouge.