Brevet FR2564213A1 — publié le 19851115

-i1 2564213 "Dispositif de stabilisation de température pour un système conmbi- né d'enregistrement et de projection de couleur à laser". La présente invention concerne un système d'enregistre- ment et de projection à laser, et plus particulièrement un dis- positif pour assurer une stabilité et une uniformité de températu- re de cellulesd'affichage à cristaux liquides smectiques, utili- sées dans un tel système. Le brevet E.U.A. n0 4 345 258, délivré le 17 Août 1982 à Robert C. Tsai et William J. Kidwell, décrit un système d'enre- gistrement et de projection à laser, dans lequel deux canaux d'information sont enregistrés par action laser sur des cellules d'affichage à cristaux liquides smectiques, et sont projetés si- multanément sur un écran d'affichage, par illumination arrière des cellules d'affichage. Dans un tel système, l'uniformité de la distribution de température sur les cellules d'affichage est un paramètre critique pour les opérations en haute résolution. Une approche pour contrôler la température des cellules d'affi- chage consiste à utiliser un radiateur à film fin d'oxyde d'in- dium et d'étain, en plus de radiateurs externes à fil nickel-chro- me situés à la périphérie. Il est également souhaitable de pouvoir mesurer la température des cellules d'affichage. Un moyen permet- tant de mesurer la température est d'utiliser un thermocouple situé à distance, ou à la périphérie, et introduit en coin de la couche de cristaux liquides. Toutefois, le thermocouple ne mesure effectivement qu'une seule zone (un coin) de la couche de cris- taux liquides et non le centre, ni une zone active de la cellule d'affichage. Les mesures de performances de telles cellules d'af- fichage ontmontré qu'il existe des variations de températures des cristaux liquides, ce qui pose un problème sérieux en ce qui con- cerne la performance du système. C'est donc un objet principal de la présente invention que de fournir un dispositif amélioré destiné à maintenir la sta- bilité et l'uniformité de la température des cellules d'affichage dans un système d'enregistrement et de projection à laser. Les objectifs évoqués précédemment, ainsi que d'autres 642 1 3 résultats sont obtenus au moyen des principes de la présente invention grâce à un dispositif pour un système d'enregistrement et de projection du type utilisant un faisceau de rayon laser, et un moyen d'enregistrement effacable localement positionné au foyer du rayon laser, dispositif destiné à maintenir une distribution uniforme de température sur la surface dudit moyen d'enregistre- ment, caractérisé en ce qu'il comprend: - un bottier comportant un logement fermé; - des moyens dé montage dudit moyen d'enregistrement à l'intérieur dudit logement; - un liquide thermique conducteur, emplissant ledit lo- gement, de manière suffisante pour recouvrir ledit moyen d'enre- gistrement; et - des moyens de contrôle de la température dudit liquide D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels donnés à titre d'exemples non limitatifs et des dessins annexes dans lesquels: - la Fig.l est un schéma simplifié illustrant un système combiné à enregistrement et à projection de couleur à laser, uti- lisant un dispositif selon l'invention; - la Fig. 2 représente une vue de dessus d'un dispositif selon l'invention utilisable dans un système d'enregistrement et de projection à laser à deux canaux, et - la Fig. 3 représente une vue de dessus illustrant schématiquement un dispositif selon l'invention utilisable dans un système d'enregistrement et de projection à laser à quatre canaux.- La figure 1 illustre schématiquement un système d'enre- gistrement et de projection à laser, dans lequel peut être utilisé la présente invention. Le système représenté en figure 1 comprend un laser 20 émettant un faisceau de sortie 22, qui est réfléchi par un miroir 24, et pénètre un modulateur 26 acousto-optigue. De manière connue, le modulateur acousto-optique 26 permet sélec- tivement soit d'interdire soit d'autoriser la sortie du faisceau 25642-13 3. 22, par ordre du circuit de commande 28. Après que le faisceau 22 ait quitté le modulateur acousto-optique 26, il traverse un rotateur de polarisation 30. Le rotateur de polarisation 30 est, comme illustré, une lamelle de retard de demi longueur d'onde, entraînéeen rotation par un moteur pas à pas 32, sous le contrôle du circuit de commande 28, afin de faire tourner la polarisation du faisceau 22 dans une fourchette de 0O à 90 , en fonction des caractéristiques de polarisation des éléments opti- ques suivants du système de la figure 1. Ainsi, le circuit de commande 28 peut activer sélectivement le moteur pas à pas 32 pour faire tourner la lamelle 30 de retard de demi lon- gueur d'onde de façon à produire un faisceau laser ayant une polarisation souhaitée entre un premier plan et un second plan de polarisation. Le faisceau laser polarisé de manière appropriée traverse ensuite un étaleur 34 de faisceau, et vient heurter le miroir 36 d'un galvanomètre 38 à déviation horizontale qui est sous le contrôle du circuit de commande 28, afin de dévier le faisceau laser selon la direction horizontalelorsqu'il pénètre dans des lentilles relais 40. Les lentilles relais 40 servent à focaliser le faisceau laser dévié horizontalement, issu du miroir 36, vers le miroir 42 du galvanomètre 44 à déviation verticale. Le fais- ceau laser est ensuite focalisé au moyen d'une lentille 46 de focalisation, et traverse la plaque dichroique de polarisation 48. La plaque dichroîque de polarisation 48 possède la ca- ractéristique de sélectivement soit réfléchir, soit transmettre le faisceau laser qui la traverse, en fonction du plan de po- larisation du faisceau laser. En conséquence, le faisceau du laser 20, après avoir été dévié de manière appropriée par le galvanomètre 38 de déviation horizontale, et le galvanomètre 44 de déviation verticale, est focalisé par les lentilles 46 de focalisation vers le foyer 50 ou 52 en fonction de la pola- risation conférée au faisceau laser par la lamelle 30 de retard de demi longueur d'onde. Aux foyers 50 et 52 sont 4. placés des moyens d'enregistrement effacables localement, pré- férentiellement des cellules d'affichage 54 et 56 à cristaux liquides smectiques. De manière connue, le faisceau laser peut être utilisé pour "écrire" sélectivement des informations dans les cellules d'affichage 54 et 56. Une fois que les informations sont "écrites dans" les cellules d'affichage 54 et 56 à cristaux liquides, elles peuvent être stockées, ou, si on le souhaite, les cellules peuvent être effacées, totalement ou en partie, par application d'une tension alternative adéquate sur les cellules à partir des sources de courant alternatif 58 et 60. On peut en- suite projeter de la lumière à travers les cellules 54 et 56, et à travers un système de projection permettant l'affichage des informations "écrites dans" les cellules. Le faisceau laser focalisé, présentant une distribution d'énergie déterminée par la position angulaire de la lamelle 30 de retard de demi longueur d'onde, est balayé à travers les cellules d'affichage 54 et 56, et sélectivement masqué ou transmis par le modulateur 26 acousto-optique, sous les directi- ves du circuit de commande 28, afin d'écrire les informations sur les cellules d'affichage 54 et 56. Au même moment ou le fais- ceau laser focalisé enregistre des données sur les cellules d'affichage 54 et 56, ces cellules sont éclairées par l'arrière, de façon que les images qui s'y trouvent soient projetées sur un écran d'affichage approprié. Le système de projection comprenc unc lamçe au Xénon 62. La lampe au Xénon 62 est au foyer d'une len- tille condensateur 64, qui aligne et dirige la lumière émise par la lampe 62 vers une plaque 66 dichroique. La plaque dichroîque 66 contient un revêtement dichroIque en film fin, qui transmet l'énergie lumineuse dans le domaine des longueurs d'onde visible pour la partie rouge du spectre, et réfléchit la lumière et l'énergie pour la partie verte du spectre. Ainsi la lumière émise par la lampe 62 est divisée en un faisceau visible à courte longueur d'onde (le faisceau vert) qui est réfléchi par la plaque 66,et un faisceau de lumière vi- sible à longueur d'onde longue (le faisceau rouge> qui est 5. transmis par la plaque 66. Le faisceau de lumière visible réflé- chi à longueur d'onde courte est dirigé au moyen d'un miroir 68 pour éclairer par derrière la cellule d'affichage 54, et le fais- ceau de longueur visible à longueur d'onde longue, transmis par la plaque 66 est dirigé par un miroir 70 pour éclairer par der- rière la cellule d'affichage 56. Un filtre vert 72 est interposé dans le faisceau de lumière visible à longueur d'onde courte, et un filtre rouge 74 est interposé dans le faisceau de lumière visible à longueur d'onde longue. Ces filtres dichoiques d'affi- nage des couleurs travaillent à incidence normale, et permettent d'éliminer des longueurs d'ondes indésirables pour produire des couleurs primairs saturées. En conséquence, l'image qui a été écrite dans la cellule d'affichage 54 est éclairée par derrière par une lumière d'une première couleur, et l'image qui a été écrite dans la cellule d'affichage 56 est éclairée par derrière par une lumière d'une seconde couleur. La plaque 48 présente des propriétés dichrolques iden- tiques à celles de la plaque 66, dans le spectre visible, de façon que la bande de lumière qui a été réfléchie par la plaque 66 soit également réfléchie par la plaque 48, et que la bande de lumière transmise par la plaque 66 soit également transmise par la plaque 48. En conséquence, la bande de lumière réfléchie par la plaque 66 va être projetée à travers la cellule d'affi- chage 54 et cette bande va à nouveau être réfléchie par la pla- que dichoique 48 pour traverser la lentille de projection 67 en direction d'un écran d'affichage approprié. De la même manière, la bande transmise par la plaque 66 va traverser la cellule d'affichage 56, et va également être transmise par la plaque 48 vers la lentille de projection 76, sur l'écran d'affichage adéquat. Toutefois, la plaque 48 présente d'autres propriétés optiques dans le spectre propre des infrarouges. Des revêtements- dichroiques à film fin servent à analyser l'état de polarisation du faisceau laser infrarouge. L'orientation du vecteur de pola- risation laser est réglé entre la verticale (0 ), l'horizontale (900), et l'inclinaison médiane (45 );afin de permettre aux valves de lumière 6. d'être adressées individuellement ou simultanément. La plaque 48 transmet l'énergie polarisée horizontalement, et réfléchit la polarisation verticale. Dans le système décrit ci-dessus, il est très souhai- table d'être capable de contrôler la température des cellules d'affichage 54 et 56. En particulier, la température devrait être préférentiellement uniforme sur la surface des cellules 54 à 56. Pour obtenir l'effet désiré, les cellules 54 et 56 sont immergées dans un bain de liquide a température isotropi- que contr8ôlée. Comme représenté en figure 2, on utilise un bot- tier 80, définissant deux logements 82 et 84. Les cellules d'affichage 54 et 56, ainsi que les miroirs 68 et 70 et la pla- que 48 dichrolque de polarisation sont montés dans le logement 82. La plaque 66 dichroIque est montée dans le logement 84. Les fils 72,74 sont places dans la paroi 86 qui sépare les logements 82 et 84. Conformément au principe de la présente invention, le logement 82 est rempli d'un liquide thermiquement conducteur, -d'une quantité suffisante pour recouvrir les cellules 54 et 56. Le contrôle de la température du liquide emplissant le logement 82 est réalisé en utilisant des radiateurs 88 flexibles à fils isolés par caoutchouc silicone/fibre de verre, montés sur les parois externes du logement 82. Les radiateurs 88 sont comme représenté du type de ceux produits par Electro-Flex Heat, Inc. de Bloomfield, Connecticut (E.U.A.). Un thermocouple (non re- présenté) peut être monté à l'intérieur du logement 82 pour commander la température du liquide. Puisque les cellules 54 et 56 sont à la même température, le thermocouple plongé dans le liquide mesure également la température des cellules, ce qui évite l'utilisation de thermocouples montés directement sur les cellules. Le liquide conducteur de chaleur du compartiment 82 ne sert pas seulement de moyen de chauffage des cellules 54 et 56, mais également de moyen d'indice de réfraction pour les revêtements diviseurs de faisceau coloré à film fin de la plaque 48. En conséquence, le liquide conducteur de chaleur est choisi avec un indice de réfraction qui correspond approximativement 7. à l'indice de réfraction de la plaque 48, afin d'éliminer toute aberrationoptique induite provoqué. par l'insertion d'une plaque parallèle dans des faisceaux lumineux convergents et divergents. De manière typique, la plaque 48 est réalisée en quartz fondu ayant un indice de réfraction de 1,46, et le liquide conducteur de chaleur est choisi en conséquence.De manière préférentielle, le liquide conducteur de chaleur est un mélange de liquide sili- cone, tel que le liquide laser de code 5610 produit par R.P. Cargille Laboratories, Inc., de Cedar Grove, New Jersey(E.U.A.). Ce liquide présente la caractéristique d'avoir un indice de ré- fraction correspondant approximativement à celui du quartz fondu dans lequel est réalisée la plaque 48, ainsi qu'une transmission optique élevée, une conductivité thermique appropriée, et une conductivité électrique faible pour laisser les connexions des cellules d'affichage 54 et 56 dans le liquide sans risquer de court-circuit. Les parois du bottier 80 présentent un certain nombre de fenêtres.Ainsi une fenêtre 90 sert de fenêtre d'admission de la lumière de projection. Une fenêtre 92 sert de fenêtre de sortie de la lumière de projection. Une fenêtre 94 constitue une fenêtre d'entrée du rayon laser. De plus, les filtres 72,74 sont montés dans des fenêtres appropriées dans la paroi 86. Le logement 84 n'est pas rempli de liquide, mais simplement d'air ambiant. Comme représenté en figure 2, le bottier 80 contient un module indépendant,supportant les éléments optiques entourés par les lignes en pointillé de la figure 1. Cette construction modulaire présente l'avantage que les éléments optiques peuvent être pré- alignés, et ne nécessiter qu'un montage ultérieur sans précision particulière. Bien que le système décrit ci-dessus soit un système d'affichage à deux canaux, la présente invention peut également s'appliquer à un système à quatre canaux, comme représenté schématiquement en figure 3. Ainsi, pour un tel système on a un bottier 100 avec une paroi intérieure 102 divisant l'espace intérieur en un premier logement 104 et un second logement 106. 8. Le premier logement 104 est rempli d'air, et le second logement 106 est rempli par le liquide thermiquement conducteur. Des diviseurs de faisceau 108 et 110 sont montés dans le premier logement 104, ainsi qu'une fenêtre d'admission de la lumière de projection. Le logement 106 comprend des diviseurs de fais- ceau 114, li6,118 et 120, ainsi que des miroirs 122 et 124. Le logement 106 contient également des cellules d'affichage 126,128,130 et 132, ainsi que les fenêtres correspondantes pratiquées dans;la paroi 102 portant les filtres d' affinage de couleur 134,136,138. La lumière laser entre dans le système à travers les lentilles 140 et 142 de focalisation laser, la lumière de projection sort du boîtier 100 à travers la fenêtre de sortie 144. En conséquence on a décrit un dispositif amélioré de contrôle de température destiné à être utilisé dans;un système d'enregistrement et de projection àlaser. Ce dispositif pré- sente un grand nombre d'avantages. Les valves de lumière à cristaux liquides sont maintenues à une température isotropique. Le thermocouple assurant la mesure de la température des cellulE d'affichage n'a pas besoin d'être monté sur les cellules, mais peut au contraire être placé dans le liquide thermiquement con- ducteur en un point éloigné des cellules. Le revêtement conçu pour les plaques diviseurs de faisceau est optimisé, en ne nécessitant aucun revêtement antiréflexion. Grâce à la cons- truction modulaire, les éléments optiques sont préalignés, et restent en alignement sans nécessiter d'ajustements externes. Le boîtier peut être monté sous forme d'une unité scellée, de façon qu'aucune particule de poussière ne puisse s'accumuler sur la surface d'écriture des cellules d'affichage. Le fait d'utiliser un liquide chauffé élimine les effets de scintil- lation de l'affichage, qui étaient auparavant provoquispar les courants d'air de convection dés aux unités externes de chauf- fage des cellules d'affichage. De plus, l'augmentation de l'efficacité de la lumière va permettre une diminution corres- pondante de la puissance des lampes de projection, ce qui ai- dera à résoudre le problème de scintillation à l'affichage 9. qui peut encore exister, en utilisant une lampe de puissance inférieure dont les électrodes sont plus proches l'une de l'autre. Il est clair que les modes de réalisation décrits ci- dessus ne constituent que des exemples illustratifs non limita- tifs d'application des principes de la présenteinvention. De nombreux autres modes de réalisation peuvent être réalisés par l'homme de l'art sans se départir de l'esprit et du champ de la présente invention telle que définie par les revendica- tions jointes. 10. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif pour un système d'enregistrement et de projection du type utilisant un faisceau de rayons laser, et un moyen d'enregistrement effacable localement positionné au foyer du rayon laser, dispositif destiné à maintenir une distribution uniforme de température sur la surface dudit moyen d'enregistre- ment, caractérisé en ce qu'il comprend: - un bottier (80,100) comportant un logement fermé (82, 106); - des moyens de montage dudit moyen d'enregistrement à l'intérieur dudit logement (82,106); - un liquide thermique conducteur, emplissant ledit logement (82,106), de manière suffisante pour recouvrir ledit moyen d'enregistrement; et - des moyens (88) de contrôle de la température dudit liquide. ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système d'enregistrement et de projection comprend également un diviseur optique dichroIque de faisceau (48) mon- té à l'intérieur dudit logement (82) et recouvert par ledit liquide, et en ce que l'indice de réfraction du liquide corres- pond sensiblement à l'indice de réfraction du diviseur optique de faisceau. 3 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit diviseur optique de faisceau est réalisé en quartz fondu, et que ledit liquide a un indice de réfraction de 1,46. 4e) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit liquide présente une faible conductivité électrique ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit liquide est un mélange de liquides silicones.