Brevet FR2614717A1 — publié le 19881104

L'invention a pour objet un dispositif d'affichage en couleur à fibres optiques, c'est-à-dire dont la surface de visualisation est constituée par l'une des extrémités d'un faisceau de fibres optiques, l'autre extrémite étant disposée en regard d'au moins une matrice de modulateurs de lumière à cristaux liquides, précédée de moyens générateurs de faisceaux colorés, des moyens étant prévus pour contrer le passage et la couleur de la lumière pénétrant dans chacune des fibres. On connaît un dispositif de ce type dans lequel les moyens générateurs de faisceaux colorées sont constitués par des filtres commandables à cristaux liquides colorés qui, en fonction du signal électrique qui leur est appliqué, colorent ou non la lumière qui les traverse. Dans ce dispositif, l'éclairage est assuré par des lampes à lumière blanche dont les faisceaux lumineux traversent les filtres disposés les uns derrière les autres. Par la suite, les faisceaux colorés traversent la matrice de modulateurs, pour laisser-passer plus ou moins la lumière dans les fibres optiques du faisceau. Ce dispositif présente l'invonvénient d'utiliser des cristaux liquides colorés d'un prix de revient relativement élevé et celui de ne pas permettre un réglage facile des couleurs. En outre, il occasionne un affaiblissement notable de la lumière. I1 nécessite des sources en nombre élevé lorsque les fibres optiques sont nombreuses. L'invention a notamment pour objet de remédier à ces inconvénients et elle prévoit à cet effet que les moyens générateurs de faisceaux colorés sont constitués par une pluralité de sources spécialisées chacune selon une couleur et qu'il est prévu des moyens pour guider la lumière de chaque source vers ladite matrice. Pour produire, par exemple, une image au standard télévision, il sera prévu trois couleurs primaires, avec, en principe un nombre égal de sources pour chaque cculeur primaire. Chaque source spécialisée pourra comporter au moins une lampe, un filtre coloré placé sur le trajet de la lumière émise par la lampe correspondante et des moyens interrupteurs de l'émission du faisceau lumineux émis par la lampe. Dans une forme de réalisation les moyens interrupteurs comprennent un obturateur à cristaux liquides placé sur le trajet du faisceau lumineux et un commutateur commandant ledit obturateur, ou encore un commutateur monté sur la ligne d'alimentation de la lampe. Dans une autre forme de réalisation le filtre coloré est une partie d'un volet mobile disposé sur le trajet du faisceau lumineux. Les procédés appliqués dans les dispositifs d'affichage par fibres optiques se heurtent à des difficultés dues au fait que pour obtenir des intensités lumineuses suffisantes sur la face visible du panneau d'affichage, il faut diriger sur l'entrée des fibres une intensité lumineuse suffisamment puissante. Or à ce stade la lumière qui provient de sources lumineuses aura subi des atténuations importantes en raison, tant des obstacles traversés (par exemple barrière de cristaux liquides multiples), ou bien encore par l'effet de pertes dues aux dispositions géométriques de l'ensemble source-entrées de fibres optiques, ou pour toute autre raison, y compris le mauvais état de surface des fibres. En outre, et spécialement lorsque l'on veut reproduire des images comportant un très grand nombre de points lumineux, comme c'est le cas pour des images au standard de la télévision qui comportent plus de 520 00û points, on est conduit à éclairer les entrées de fibres par des sources lumineuses en nombre élevé munies de dispositifs optiques coûteux. La conséquence de ces pertes de rendement lumineux et de cette multiplication des sources est de rendre extrêmement difficile et coûteuse la réalisation de panneaux de grandes dimensions présentant des images animées colorées avec une intensité lumineuse suffisante. -La présente invention vise simultanément à accroitre les rendements lumineux et à diminuer le nombre de sources, de façon à rendre possible à un prix raisonnable la réalisation de panneaux lumineux sur lesquels sont présentées des images colorées animées. Pour atteindre ce but, l'invention prévoit, notamment, d'utiliser une pluralité de matrices de modulateurs, lesdits moyens de guidage étant agencés pour guider les flux lumineux émis par chaque source vers chacune desdites matrices. A titre nullement limitatif, on a représenté au dessin annexé, des exemples de réalisation de dispositif selon l'invention, dessin sur lequel - la figure 1 est une vue schématique de principe d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente, de façon plus détaillée, une des sources lumineuses du dispositif de la figure 1, - la figure 3 représente une première variante de réalisation de la source de la figure 2, - la figure 4 représente une deuxième variante de réalisation de la source de la figure 2, - la figure 5 représente une variante de réalisation de ltensemble des faisceaux de guidage de la lumière des sources, du dispositif de la fig. 1, et, - la figure 6 représente une variante de réalisation -du dispositif de la figure 1, dans le cas d'un panneau d'affichage de grandes dimensions. Comme on le voit sur la figure 1, le dispositif d'affichage comprend ici trois sources 1, 2 et 3, disposées côte à côte. Ces trois sources 1, 2 et 3 sont spécialisées de manière à produire respectivement une lumière rouge, une lumière verte et une lumière bleue. La lumière de chacune des sources 1, 2 et 3 est guidée, vers la surface d'une matrice 29 de modulateurs de lumière à cristaux liquides, par l'intermédiaire d'un ensemble 10 de trois faisceaux de fibres optiques, dit "faisceaux primaires". La matrice 29 est une plaquette de cristaux liquides, du type connu qui comprend ici 64 lignes de 64 modulateurs élémentaires, chaque modulateur correspondant à un pixel de l'image à former sur la surface de visualisation, ou écran, du dispositif d'affichage. Cette 'surface de visualisation 31, est formée par une extrémité d'un faisceau 30 de fibres optiques, faisceau dont l'autre extrémité est disposée en regard de la matrice 29. Le faisceau 30, dit "faisceau secondaire" comporta autant de fibres optiques qu'il y a de modulateurs élémentaires sur la matrice 29, soit ici 4098. Un circuit électronique 5 est relié, par l'interme- diaire de trois connexions 51-, 52 et 53 à chacune des sources 1, 2, et 3 respectivement, et, par l'intermédiavre d'un bus 59 à la matrice 29. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant. Le circuit électronique 5 commande, d'une part, chacune des sources 1, 2 et 3 de façon à ce quelles produisent chacune et successivement, un flux lumineux de durée déterminée, et d'autre part, chacun des modulateurs élémentaires de la matrice 29 pour laisser passer, plus ou moins, la lumière du flux lumineux incident sur la matrice 29 vers chacune des fibres du faisceau secondaire 30. Ainsi, dans le cas d'une image animée de type vidéo, la source 1 est d'abord commandée pour produire un flux lumineux uniforme sur la matrice 29, pendant 1/75ème de seconde, et simultanément, la matrice 9 est commandée pour que se forme la composante rouge de l'image à former à l'extrémité visible des fibres -du faisceau secondaire 30, qui forme la surface de visualisation. Le circuit 5 comman ème de ensuite la source 2 pendant 1/75 me de seconde, et simultanément la matrice 29 pour que se forme la composante verte de l'image à former, et enfin la source 3 pendant 1/75ème de seconde, et simultanément la matrice 29 pour que se forme la composante bleue de l'image à former. On obtient ainsi, du fait de la persistance rétinienne, une ème image en couleur dfune durée de 1/25 de seconde. Le dispositif est donc apte à produire des images animées colorées. wn référence à la figure 2, une prendre forme de réalisation des sources 1, 2 et 3 est maintenant décrite. Dans un souci de simplicité, on n'a représenté que la source 1, les sources 2 et 3- étant de conception identique. Une lampe 13 est alimentée en permanence par un circuit Il d'alimentation en énergie électrique. Un filtre coloré 14 est placé sur le trajet de la lumière émise par la lampe 13, ainsi qu'un obturateur à cristaux liquides 15, relié au circuit ll par l'intermédiaire d'un comnutateur 12. Le commutateur 12 est commandé par le signal de commande délivré par le circuit électronique 5 sur la conne xion 51. L'obturateur à cristaux liquides 15 et le commutateur 12 jouent donc rôle d'interrupteur du faisceau lumineux émis par la lampe 13. Une première variante de réalisation des sources spécialisées est décrite, en référence à la figure 3, qui montre une telle source 18. Une lampe 13t est alimentée par un circuit 11' d'alimentation en énergie électrique et, sur la ligne à'alimentation, est monté un commutateur 12'. Un filtre coloré 14' est placé sur le trajet de la lumière émise par la lampe 13'. Le commutateur 12', commandé par le signal de commande délivré par le circuit électronique 5 sur la connexion 51, joue ici le rôle d'interrupteur du faisceau lumineux émis par la lampe 13'. Une deuxième variante de réalisation des sources spécialisées est décrite, en référence à la figure 4, qui montre une telle source 1". Une lampe 13" est alimentée en permanence par un circuit 11" d'alimentation en énergie électrique. Un filtre coloré 14" forme une partie, ici en forme de secteur, d'un volet 17, ici en forme de disque complet 17, monté mobile devant la lampe 13". Le disque 17 est ici entralné en rotation par un moteur 16, de façon à ce que le disque 17, en tournant, joue le rôle dtun interrupteur du faisceau lumineus émis par la Lampe 13". Naturellement, il n'est pas obligatoire d'utIlIser un tel disque tournant, et, comme l'homme de métier pourra aisément le comprendre, on pourrait aussi utiliser par exemple un volet mobile comportant une partie transparente colorée, formant filtre et animé dtun mouvement de va et vient sur le trajet de la lumière émise par la lampe 13". Naturellement, il n'est pas obligatoire d'utiliser trois lampes distinctes pour obtenir les trois sources spécialisées rouge, verte et bleue dont il a été question. C'est ainsi que lton pourrait utiliser une seule lampe produisant de la lumière blanche, et une pluralité de filtres colorés. Une solution particulièrement intéressante pour le rendement lumineux de l'ensemble consiste à utiliser des filtres dichroiques disposés sur le trajet du faisceau lumineux émis par la lampe, et convenablement incliné de façon à ce que le premier filtre réfléchisse la composante verte du faisceau, par exemple, et laisse passer les deux autres composantes bleue et rouge, le deuxième filtre ayant pour but de réfléchir la composante bleue, par exemple, en laissant passer la composante rouge, On obtient ainsi, à partir d'une unique source blanche, ltéquivalent de trois sources spécialisées. Sur la figure 1, l'ensemble 10 de trois faisceaux de fibres optiques, qui guide la lumière des sources 1, 2 et 3 vers la matrice 29 est agencé pour que chacun de ces faisceaux produise un cone de lumière distinct qui intercepte la totalité de la surface de la matrice 29. Cette disposition n'est pas obligatoire, et la figure 5 illustre un autre arrangement possible.Sur la figure 5, un ensemble 10' comprend, comme sur la figure 1, trois faisceaux distincts du côté des sources 1, 2 et 3, mais, du côté de la matrice 29, les fibres de chacun de ces faisceaux sont mélangées, de façon à ce qu'un cône unique de lumière, alternativement rouge, verte, et bleue, intercepte la totalité de la surface de la matrice 29. SÛturellenent, des dispositIfs optiques connus, comme des lentilles divergentes ou convergentes, et non représentés dans un souci de simplicité, peuvent être utilisés, dans le cas de l'ensemble 10, ou de l'ensemble 10', pour rendre aussi faibles que possible les pertes de lumière à l'entrée ou à la sortie des faisceaux de fibres. La figure 6 illustre l'agencement prévu par ltinven- tion pour, dans le cas d'un panneau optique de grande dimension comportant un grand nombre de points lumineux, utiliser un nombre réduit de sources, par exemple trois. Les trois sources 21, 22 et 23 sont analogues aux sources 1, 2 et 3 de la figure 1. Une pluralité de matrices 29, 29', 29", ... est prévue, en nombre suffisant pour obtenir le nombre souhaité de point lumineux sur le panneau. Entre les sources 21, 22 et 23 et les matrices 29, 29', 29",... sont disposés des faisceaux primaires de fibres 26, 27 et 28, pour guider le flux lumineux émis par chaque source vers chacune des matrices 29, 29t, 29",... Ainsi, le faisceau primaire 26 est accolé à la source 21 et il se subdivise en autant de sous-faisceaux qu'il y a de matrices 29, 29', 29",... de façon à aller éclairer chacune d'entre elles. I1 en va de même des faisceaux 27 et 28. Naturellement, et comme cela est représenté sur la figure 6, on peut utiliser l'arrangement de la figure 1 pour les faisceaux primaires, mais on peut aussi utiliser celui de la figure 5. De même, on comprendra que, lorsque le nombre de points de l'écran du dispositif d'affichage est trs grand, on peut utiliser plusieurs groupes de trois sources, chacun de ces groupes éclairant une pluralité de matrices 29, 29', 29". RevendicatIons 1. Dispositif d'affichage en couleur à fibres optiques, c'est-à-dire dont la surface de visualisation est constituée par l'une des extrémités d'un faisceau (30) de fibres optiques, l'autre extrémité étant dispose en regard d'au moins une matrice (29? de modulateurs de lumière à cristaux liquides, précédée de moyens (1, 2, 3, 10) Gné- rateurs de faisceaux colorés, des moyens (5) étant prévus pour contraler le passage et la couleur de la lumière pénétrant dans chacune des fibres, dispositif caractérisé par le fait que les moyens générateurs de faisceaux colorés sont constitués par une pluralité de sources (1, 2, 3) spécialisées chacune selon une couleur et qutil est prévu des moyens (10) pour guider la lumière de chaque source vers ladite matrice. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque source spécialisée (1, 2,. 3) comporte au moins une lampe (13, 13', 13"), un filtre coloré (14, 14', 14") placé sur le trajet de la lumière émise par la lampe correspondante et des moyens interrupteurs de l'émission du faisceau lumineux émis par la lampe (12, 15; 12'; 17). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens interrupteurs comprennent un obturateurà cristaux liquides (15) placé sur le trajet du faisceau lumineux et un commutateur (12) commandant ledit obturateur (15). 4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens interrupteurs comprennent un commutateur (12') monté sur la ligne d'alimentation de la lampe (13!). 5. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit filtre coloré (14') est une partie d'un volet (17) mobile disposé sur le trajet du faisceau lumineux. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel il est prévu une pluralité de matrices de modula- teurs (29, 29', 29"...) et lesdits moyens de guidage (26, 27, 28) sont agencés pour guider les flux lumineux émis par chaque source (21, 22, 23) vers chacune desdites matrices (29, 29', 29"?. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de guidage sont des fibres optiques (26, 27, 28).