Brevet FR2640425A1 — publié le 19900615

La présente invention concerne la combinaison optimisée d 'un dn1etEr de rayonnement et d'un filtre de fréquences en vue d'obtenir une sélection spectrale prédéterminée. Cela, notamment, mais non exclusivement, pour la projection d'images vidéo au moyen de téléprojecteurs. Dans ce cas, la sélection est habituellement celle de la trichromie classique selon trois bandes passantes s'étendant respectivement environ de 400 à 500 nanomètres, de 500 à 600 nanomètres, de 600 à 700 nandmètres. Jusqu'alors, on procède selon l'une ou l'autre des manières suivantes. Ou, l'on associe un émetteur constitué de substances luminescentes, ou luminophores, produisant, sous l'impact d'électrons, de la lumière blanche, et un filtre de fréquences opérant dans une des bandes spectrales de la trichromie. Ou bien, on utilise un émetteur constitué de luminophores produisant une lumière colorée dans une bande spectrale traditionnellement étroite se situant à 1 ' intérieur d ' un des intervalles de la trichromie. Cette bande est nécessairement étroite sl l'on veut être assuré que le moins de rayonnement possible empiète sur les autres intervalles de la trichromie.Tels qu'ils sont, de tels luminophores n'ont pas besoin d'être associés de surcroît à des filtres de fréquences. On a cependant procédé à des associations de ce genre avec des miroirs interférentiels dichroiques dans un but d'un tout autre ordre, pour faire coincider géométriquement les faisceaux de trois téléprojecteurs, afin de n'utiliser qu'un seul objectif de projection. Ces manières de procéder présentent des inconvénients. Les luminophores émettant en lumière blanche sont de fabrications complexes, coûteux, et leur rendement lumineux est réduit du fait des limitations imposées par l'exigence d'obtenir une lumière aussi blanche chromatiquement que possible. Les luminophores à émission colorée, émettant à l'intérieur des bandes du rouge primaire, du vert primaire et du bleu primaire, ont un rendement réduit du fait de l'étroitesse de leur bande spectrale imposée par l'empiéte- ment inévitable des "pieds" de leur courbe d'émission sur les bandes voisines de la trichromie. Cette réduction de leur émission ne saurait évidemment en aucune manière être compensée par l'association avec des filtres de fréquences, dichrolques ou autres. Cette situation se présente dans d'autres domaines, notamment l'éclairage -- et spécialement le théâtre - lorsqu'on veut produire de la lumière colorée dans une bande déterminée. On met en oeuvre soit des sources de lumière émettant dans tout le spectre visible, associées à des filtres colorés, soit des sources émettant de la lumière colorée. Dans le premier cas, par exemple avec des ampoules à incandescence dont l'enveloppe colorée constitue un filtre, ou avec des sources munies de filtres, on dépense inutilement une grande partie de l'énergie pour produire du rayonnement que les filtres colorés absorbent.Dans le second cas, celui des sources émettant directement de la lumière colorée, par exemple des lampes fluorescentes ou des lampes à décharge, spéciales, le rendement est limité du fait de diverses contraintes imposées par la condition d'émettre dans un intervalle spectral déterminé. Afin de remédier à ces divers inconvénients, la présente invention a pour objet un procédé pour l'obtention spectrale prédéterminée d ' un rayonnement à partir d'un émetteur, caractérisé en ce que l'on combine au moins un émetteur de rayonnement opérant dans une bande passante débordant substantiellement celle de ladite sélection spectrale, et au moins un filtre de fréquences parachevant cette sélection jusqu'à circonscrire la bande prédéterminée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le procédé est caractérisé en ce que ledit émetteur est une source de rayonnement. - le procédé est caractérisé en ce que ledit émetteur est constitué d'une substance luminescente excitable par un faisceau d'électrons. - le procédé est caractérisé en- ce que ledit filtre de fréquences est un filtre interférentiel dichrolque. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un émetteur de rayonnement destiné à opérer dans une bande passante déterminée et au moins un filtre de fréquences dont la bande passante est plus étroite que celle de l'émetteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une source de rayonnement. - le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un émet teur constitué d'une substance luminescente devant être excité par un faisceau d'électrons. - le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un filtre interférentiel dichroique. - le dispositif est caractérisé en ce qu'il constitue un tube à image vidéo destiné à la téléprojection. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée faite en référence au dessin annexé. Bien entendu, la description et le dessin sont donnés à titre d'exemple indicatif et non limitatif. Sur ce dessin - la figure 1 représente schématiquement en coupe méridienne un tube à image spectralement sélectif d'un type connu, le plus habituel, destiné à la téléprojection. - la figure 2 représente, en fonction de la longueur d'onde, la courbe de l'ex,#itance d'un luminophore à émission colorée d'un type tradi tionnellement utilisé pour la téléprojection. - les figures 3 et 4 représentent les courbes d exititance de luminophores colorés d'un type conforme à la combinaison selon l'invention. - la figure 5 représente la courbe théorique du facteur de transmission d'un filtre de fréquences parfait. - la figure 6 représente la courbe du facteur de transmission d'un filtre interférentiel dichroïque. - la figure 7 représente schématiquement en coupe méridienne un tube à image vidéo selon l'invention destiné à la téléprojection. L'invention est d'abord décrite dans l'exemple topique et important de la téléprojection d'image vidéo. La figure 1 représente schématiquement en coupe méridienne un tube à image spectralement sélectif d'un type connu, le plus habituel, destiné à la téléprojection. Ce tube t, vide d'air, est fermé à l'avant par une dalle-écran 2, en verre épais, dont la face interne 3 est revêtue d'un dépôt 5 constitué d'un matériau luminescent 6 qui émet lorsqu' il est frappé par un faisceau d 'électons une lumière spectralement sélective dont la bande passante est située à l'intérieur d tune des bandes de la trichromie classique. Par exemple, ici, une lumière rouge. Un canon à électrons, 7, affecté à une image sélectionnée par exemple en rouge à la prise de vue, focalise un faisceau 8 d'électrons sur un point 9 de la face interne de la dalleécran. Il se forme ainsi sur cette face interne, par balayage électronique, une image rouge qu'une optique convergente 10 projette sur un écran. Le matériau luminescent, ou luminophore, 6, est choisi pour émettre une lumière colorée dans une bande passante que l'on cherche à circonscrire le plus possible à l'intérieur d'une des bandes de la trichromie classique qui s'étendent respectivement d'environ 400 à 500 nanomètres (bleu primaire), 500 à 600 nanomètres (vert primaire), 600 à 700 nanomètres (rouge primaire). La figure 2 représente la courbe d'émission, 11, d'un type de luminophore le plus couramment utilisé pour les tubes à images téléprojecteurs, par exemple dans la bande du rouge primaire. En abscisses sont portées les longueurs d 'onde, , et en ordonnées les exfitances, , du luminophore, en fonction de la longueur d'onde. L'exVitance, anciennement appelée émittance (ou radiance) est le nombre de lumens émis par unité de surface de l'émetteur. En fonction du flux lumineux Ip , de la surface émettrice A, de la luminance de , de l'angle d'incidence O et de l'angle solide d'émission Dans l'exemple représenté, t 1 = 600 nanomètres, ti 2 # 700 nano 1 2 mètres. L'émission colorée comporte inévitablement dans la pratique des "pieds" 12 et 13 situés dans les bandes spectrales qui encadrent la bande primaire 1 - 2 Ce qui est préjudiciable à la sélection recherchée. Afin de réduire ce défaut de sélection, on choisit un luminophore dont la partie substantielle 14 de l'émission se situe dans une bande étroite, ce qui abaisse le niveau des "pieds" de la courbe. Mais en même temps, 1'é- nergie lumineuse utile intégrée dans la bande 1 2 dont la mesure est l'aire de la partie hachurée sur la figure, se trouve réduite. Selon l'invention, pour chacune des bandes spectrales primaires, on choisit pour chacune des bandes primaires un type de luminophore émettant dans une bande passante débordant délibérément la bande primaire, de manière que la partie substantielle de l'émission lumineuse colorée s'étende dans la quasi totalité de cette bande primaire. Les "pieds" de la courbe d'émission empiètent alors beaucoup sur les bandes voisines. Selon l'invention, on combine avec le luminophore émetteur un filtre de fréquences qui élimine les rayonnements correspondant à ces "pieds". Les figures 3 et 4 représentent les courbes d'émission, 15 et 16, de tels luminophores, pour la bande primaire rouge, par exemple.Sur la figure 3, le maximum de l'exfitance {i se situe sensiblement au même niveau que pour l'exjitance du luminophore de type traditionnel dont la courbe d'émission et représentée sur la figure 1. Sur la figure 4, le maximum de l'extitance M se situe à un niveau plus élevé. Cette augmentation de l'exitance est rendue possible du fait que pour le choix du luminophore on est libéré de la nécessité de resserer la largeur de la partie utile de la courbe d 'émission afin de réduire I' impor- tance des émissions dues aux "pieds". Ces émissions indésirables et nuisibles sont neutralisées par le filtre de fréquences associé en combinaison.Il devient ainsi possible d'utiliser des luminophores à émission plus large, "rougeâtres", "verdâtres", "bleuâtre", voire orangé/bleu-vert... à haut rendement, jusqu'alors inutilisables. La figure 5 représente la courbe du facteur de transmission, d'un filtre de fréquences supposé parfait. Pour toute longueur d'onde le facteur de transmission est égal au rapport entre l'énergie lumineuse transmise par le filtre et l'énergie lumineuse incidente captée par le filtre. La figure 6 représente la courbe du facteur de transmission, r d'un filtre interférentiel dichroique. Entre \ 1 et Pour le rouge, l'extension de la transmission vers les longueurs d'onde plus grandes que 700 nanomètres se situe dans l'infrarouge, invisible et donc sans importance. il en est de même pour le bleu primaire et l'extension de l'émission vers l'ultraviolet dans les longueurs d'onde plus petites que 400 nanomètres. La courbe de la figure 6 correspond à un filtre dichroïque vert primaire. En combinant, selon l'invention, un filtre dichroique avec un luminophore coloré à bande large, on obtient une énergie lumineuse utile de valeur élevée dans chaque bande primaire. Sur les figures 3 et 4, l'énergie utile dans la bande > 2 est mesurée sensiblement par l'aire des parties I 2 hachurées. Même dans le cas ou le maximum d'exfitance est comparable, on voit en comparant les parties hachurées des figures 3 et 2 que le rendement lumineux est plus grand avec la combinaison selon l ' invention. La cembinaison est avantageuse, d'un côté vis-à-vis des luminophores à bande étroite utilisés sans filtre et, d'autre part, vis-à-vis des luminophores émettant de la lumière blanche utilisés avec filtres. En effet, ces luminophores sont très élaborés, coûteux, et leur rendement est limité du fait des contraintes imposées. Ils sont couramment constitués par des mélanges de luminophores colorés à bandes étroites (pour réaliser le délicat équilibre chromatique), ce qui leur confère en l'occurrence les inconvénients propres à ces derniers. La figure 7 représente schématiquement en coupe méridienne un tube à image vidéo selon l'invention. Ce tube, 17, vide d'air, est fermé à l'avant par une dalle-écran 18 en verre épais. Selon l'invention, on combine un revêtement 19 en couches minces constituant un filtre interférentiel dichroique avec une couche 20 de substance luminophore à émission large conformèment à ce qui a été exposé ci-dessus. Le tube à image comporte un canon à électrons 21 affecté à une image sélectionnée par exemple en rouge primaire à la prise de vue. Ce canon focalise un faisceau 22 d'électrons sur un point tel que 23 de la couche luminescente 20, laquelle émet de la lumière à bande rouge large qui traverse le filtre dichroïque 19. L'image primaire rouge qui se forme par balayage électronique est projetée sur un écran par une optique convergente 24. Dans d'autres domaines, notamment l'éclairage1 les combinaisons analogues, selon l'invention, procurent, point par point, les avantages qui viennent d'être décrits. REVENDICATIONS 1) Procédé pour l'obtention d'une sélection spectrale prédéterminée d'un rayonnement à partir d'un émetteur, caractérisé en ce que l'on combine au moins un émetteur de rayonnement opérant dans une bande passante débordant substantiellement celle de ladite sélection spectrale, et au moins un filtre de fréquences parachevant cette sélection jusqu'à circonscrire la bande prédéterminée. 2) Procédé selon la revendication t, caractérisé en ce que ledit émetteur est une source de rayonnement. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit émetteur est constitué d'une substance luminescente excitable par un faisceau d'électrons. 4) Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que ledit filtre de fréquences est un filtre interférentiel dichroique. 5) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un émetteur de rayonnement destiné à opérer dans une bande passante déterminée et au moins un filtre de fréquences dont la bande passante est plus étroite que celle de l'émetteur. 6) Dispositif selon les revendications 1, 2 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une source de rayonnement. 7) Dispositif selon les revendications 1, 3 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un émetteur constitué d'une substance luminescente devant être excitée par un faisceau d 'électrons. 8) Dispositif selon les revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un filtre interférentiel dichroique. 9) Dispositif selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce qu'il constitue un tube à image vidéo destiné à la téléprojection.