Brevet FR2619937A1 — publié le 19890303

Modulateur optique à deux dimensions L'invention concerne un modulateur optique à deux dimensions, applicable notamment à l'introduction de données dans un processeur optique et à la projection d'images vidéo. Pour traiter une image dans un processeur optique, il est nécessaire que cette image soit portée par une lumière cohérente. I1 est connu de convertir un signal électrique vidéo en une image portée par une lumière cohérente, au moyen d'un tube cathodique affichant une image vidéo classique obtenue å partir du signal vidéo, et au moyen d'une valve optique illuminée, d'une part, par l'image fournie par le tube cathodique, et, d d'autre part, par un faisceau de lumière cohérente fourni par un laser. L'illumination réalisée au moyen du tube cathodique module spatialement la transparenne ou la phase de la valve optique et celle-ci module spatialement le faisceau fourni par le laser.La sortie de la valve optique fournit donc un faisceau laser modulé spatialement, par l'image qui est affichée sur le tube cathodique. Les performances d'un tel dispositif sont limitées par le manque de luminosité du tube cathodique. Dans le cas d'une valve optique du type comportant une couche de matériau photoconducteur constituée de BSO, la résolution est potentiellement de 25 à 30 paires de lignes/mm, mais cette valeur n'est pas atteinte car la résolution de la valve est une fonction croissante de l'intensité de l'illumination et celle-ci est limitée par la luminosité maximale du tube cathodique En pratique la résolution est limitée ainsi à 5 ou 6 paires de lignes/mm. Le tube cathodique a une luminosité relativement faible car chaque point n'est excité que pendant un temps très court, d'autre part le choix du phosphore du tube cathodique résulte d'un compromis entre son rendement, son spectre d'émission, et son temps de rémanence. Son spectre d'émission doit entre choisi de manière à correspondre au spectre de sensibilité de la valve optique. L'utilisation d'un tube cathodique a en outre des inconvénients bien connus un poids élevé ; un encombrement important ; la nécessité d'une alimentation à très haute tension. Le but de l'invention est de proposer un modulateur optique, à deux dimensions, n ayant pas ces inconvénients. L'objet de l'invention est un modulateur comportant essentiellement une valve optique illuminée par un faisceau lumineux modulé selon deux directions par un écran plat matriciel à cristaux Uquides, ce faisceau étant fourni par une source dont la puissance peut outre choisie telle que la résolution maximale de la valve soit atteinte. Selon l'invention, un modulateur optique à deux dimensions, est caractérisé en ce qu'il comporte - un écran plat à cristaux liquides, à deux dimensions, constitué d'une matrice d'éléments, la transparence de chaque élément de cet écran étant commandée par un signal vidéo pour restituer un élément d'une image a restituer - une première source de lumière fournissant un premier faisceau lumineux qui est modulé par l'écran plat pour restituer une image - des moyens optiques pour projeter l'image restituée par l'écran - une valve optique à deux dimensions, du type comportant une couche de matériau photoconducteur et une couche de cristaux liquides, illuminée par l'image projetée par les moyens pour projeter, les propriétés optiques de chaque point de la valve étant commandée par l'illumination en ce point - une seconde source de lumière projetant un second faisceau de lumière sur la valve ce faisceau étant modulé selon deux dimensions, par la valve. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails appa raieront à l'aide de la description ci-dessous et des figures l'ac compagnant - la figure 1 représente un exemple de réalisation du modulateur selon l'invention; - la figure 2 représente une coupe d'une valve optique utilisée dans cet exemple de réalisation - la figure 3 représente une partie d'une variante de cet exemple de réalisation. Cet exemple de réalisation comporte - une lampe 1, qui est une lampe à halogène, de type classique, fournissant une lumière blanche à large bande et ayant une puissance de 100 W par exemple - un filtre spectral 2 - un écran plat matriciel 6, comportant une matrice d'éléments à cristaux liquides dont la transparence est commandée par des signaux électriques Vx et V y - un dispositif 4 de commande le l'écran plat, fournis sant les signaux électriques de commande V et V x y' - une borne d'entrée 5 reliée à une entrée du dispositif 4, pour lui fournir un signal vidéo - une lentille convergente 7 - un laser 8 - une lame semi-réfléchissante 13 - une valve optique 10, du type comportant une couche de matériau photoconducteur constituée de BSO et une couche de cristaux liquides - un générateur de tension alternative, 12, pour commander la valve optique 10. Le filtre spectral 2 ne laisse passer que le spectre auquel est sensible le matériau photoconducteur de la valve optique 10. La lumière fournie par la lampe 1 est ainsi filtrée par le filtre 2 puis est modulée selon deux dimensions par l'écran matriciel 6 pour former une image vidéo sur cet écran. La lentille 7 reprend cette image et la projette sur la face d'entrée de la valve optique 10, à travers la lame semi-réfléchissante 13. La transparence de chaque point de la valve 10 est fonction de la lumière qu'il reçoit ainsi. Le laser 8 projette un faisceau de lumière cohérente 9, ayant une longueur d'onde optique hors de la gamme de sensibili té du photoconducteur. Cette lumière est projetée uniformément sur la face d'entrée de la valve 10, après une réflexion sur la lame semi-réflechissante 13. Le faisceau 9 traverse la valve 10 sans influencer sa transparence, par contre il modulé selon deux dimensions. La face de sortie de la valve 10 fournit donc un faisceau 11 de lumière cohérente modulée selon deux dimensions par l'image vidéo correspondant au signal appliqué à la borne 5. Le faisceau 11 est projeté vers un processeur optique non représenté. La valve 10 est polarisée par le générateur 12 car une tension alternative est nécessaire A la conservation des propriétés de la couche de cristaux liquides, Le fonctionnement de la valve optique 10 sera mieux compris à I'aide de la figure 2 représentant une coupe de celle-ci. Cette valve optique 10 comporte : un substrat transparent, en verre, 21 ; une première électrode 22 ; une première couche d'alignement 23 ; une couche de cristaux liquides 24 ; une seconde couche d'alignement 25 ; une couche photoconductrice 26 constituée de BSO ; et une seconde électrode 27. Ces couches sont scellées latéralement par une résine époxy 28. L'image vidéo fournie par l'écran matriciel 6 et la lumière du faisceau 9 sont appliquées du côté de la couche 26 de matériau photoconducteur. Le materiel photoconducteur, du BSO, utilisé dans cet exemple de réalisation, absorbe sélectivement les longueurs d'onde correspondant à celles du filtre 3 et laisse passer la longueur d'onde correspondant au faisceau 9 du laser 8. Chaque point de la couche 24 de cristaux liquides voit ses propriétés optiques plus ou moins modifiées selon son degré d'excitation par un champ électrique. Le champ électrique est créé par le générateur 12. l'électrode 22, et la couche de matériau photoconducteur 26 alimentée par l'électrode 27. En chaque point de la couche 24 ee cristaux liquides le champ électrique est d'autant p]us grand que 1n couche 26 est conductrice. La transparence de chaque point de la coucha 24 est donc fonction de l'éclairement de la couche 24 en ce point, sous l'action de l'image vidéo projetée par la lentille 7. La couche 24 laisse pas ser ou absorbe la lumière cohérente du faisceau 9 en fonction de l'éclairement fourni par l'image vidéo à la couche 26. I1 y a ainsi conversion d'une image vidéo portée par une lumière ineohé- rente en une image vidéo portée par une lumière cohérente. L'écran matriciel 6 un nombre de pixels qui est choisi en fonction de la résolution souhaitée. Cet écran peut être avantageusement du type à matrice de transistors à effet de champ, dont la consommation en énergie est particulièrement faible. Le choix de la source de lumière incohérente est indépendant du choix de l'écran plat matriciel 6 à cristaux liquides, ce qui permet d'optimiser le choix du spectre de la source incohérente en fonction de la gamme de sensibilité du matériau photoconducteur, et le choix de l'écran matriciel en fonction de la résolution sou hastée. La puissance de la lampe 1 est choisie telle que l'image vidéo projetée sur la valve 10 ait une luminosité suffisante pour qur la résolution de la valve 10 soit maximale. Le filtre spectral 2 est choisi de manière à ne laisser passer que les longueurs d'onde absorbables par le photoconducteur de la valve 10. Dans cet exemple, le matériau photoconducteur, du BSO, est sensible pour le domaine des longueurs d'onde inférieures à 0,5 micron. Le filtre spectral 2 est donc choisi pour laisser passer ce domaine de longueurs d'onde exclusivement. Le laser 9 émet, par exemple, dans le domaine infra-rouge. I1 est possible de choisir pour la lentille 7 un grandissement tel que la taille des pixels de l'écran 6 corresponde à la fréquence de coupure de la valve optique 10 pour supprimer la fréquence spatiale parasite correspondant à la structure poriodi- que de l'écran 6. La figure 3 représente une variante de cet exemple de réalisation. Cette variante comporte un écran plat matriciel 16 qui est couplé à une valve optique 20 par l'intemédiaire d 1n faisceau bidimensionnel de fibres optiques, ordonné et convergent, 17 et 18, et par l'intermédiaire d'une lentille 19. Dans cet exemple, l'écran plat matriciel comporte 1000 x 1000 pixels ayant une taille de 100 microns, et a un encombrement de 15 x 15 cm2. Le faisceau de fibres comporte une partie 17 où les fibres convergent pour réduire les dimensions de l'image vidéo et une partie souple, 18, permettant de transporter l'image vidéo en un endroit quelconque. Ce dispositif permet de réduire l'encombrement du modulateur en rendant indépendante la position de l'écran 16 et la position de la valve optique 20.Sur cette figure ne sont pas représentés : le dispositif de commande de l'écran 16 ; le laser ; la lame semi-transparente ; et le géné- rateur de polarisation. Ces éléments sont évidemment analogues à ceux de l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1. Il est possible aussi d'utiliser une valve du type comportant une couche de matériau photoconducteur constituée de Cd et une couche de cristaux liquides. Une telle valve fonctionne par réflexion car elIe est illuminée par le faisceau de umière cohérente sur la face opposée à celle illuminée par la lumière incohérente. Elle comporte une couche de diélectrique entre la couche de maté-iau photoeonductel r et la couche de cristaux liquides, pour constituer un miroir pour le faisceau de lumière cohérente afin qu'il ne pénètre pas dans la couche de matériau photoconducteur. Ce faisceau est réfléchi en étant modulé en phase par la transparence plus ou moins grande de la couche de cristaux liquides qu'il traverse deux fois.Ce type de dispositif est utilisé lorsque le matériau photoconducteur nta pas la sélectivité nécessaire pour être insensible à la longueur d'onde du faisceau de lumière cohérente. Il est possible aussi d'utiliser d'autres types de valves optiques, notamment du type éiectro-optique ou du type magnéto-optique. Par exemple. elle peut être constituée d'une couche de matériau photoconducteur et d'une couche mince de polymère électro-optique, Cette dçrniere module la phase de la lumière. Un polariseiir et un analyseur sont p]acés de part et d'autre de la valve si on souhaite obtenir une modulation d'amnli- tude. La valve peut aussi être constituée d'une couche de m;;té- riau photoconducteur et d'une couche de cristaux solides électro-optiques, tels que des cristaux de BSO. Les performances de ces valves sont en général améliorées par l'augmentation de luminosité. procurée par l'utilisation de l'écran matriciel à cristaux liquides et d'une source incohérente puissante. L'invention est applicable à l'introduction de données dans un processeur optique, par exemple pour la reconnaissance d'images ; mais est applicable aussi à la projection d'images, en projetant au moyen d'un système optique classique, l'image portée par la lumière cohérente sortant de la valve optique. Un tel projecteur peut être utilisé, par exemple, dans un simulateur de tir ; pour projeter une image portée par une lumière infra-rouge, à partir d'un signal vidéo fourni par une caméra de prises de vues dans le domaine visible. REVENDICATIONS 1. Modulateur optique à deux dimensions, caractérisé en ce qu il comporte - un écran plat (6) à cristaux liquides, à deux dimensuions constitué d'une matrice d'éléments, la transparence de chaque élément de cet écran étant commandée par un signal vidéo pour restituer un élément d'une image à restituer - une première source de lumière (i) fournissant un premier faisceau lumineux (3) qui est modulé par l'écran plat (6) pour restituer une image - des moyens optiques (7) pour projeter l'image restituée par l'écran (6) - une valve optique (10) à deux dimensions, du type comportant une couche (26) de matériau photoconducteur et une couche (24) de cristaux liquides, illuminée par l'image projetée par les moyens pour projeter (7), le; ; propriétés optiques de chaque point de la valve (10) étant commandées par l'illumination en ce point - une seconde source de lumière (8) projetant un second faisceau de lumière (9) sur la valve (10), ce faisceau (9) étant modulé selon deux dimensions, par la valve (10). 2. Modulateur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (26) de matériau photoconducteur est constituée de BSO. 3. Modulateur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les movens optiques pour projeter l'image restituée, sur la valve (10), comportent un faisceau bidimensionnel, ordonné et convergent. de fibres optiques (17, 18).