Brevet FR2641928A1 — publié le 19900720

DISPOSITIF DE PROJECTION D'JMAGES L'invention concerne un dispositif de projection d'images et notamment un dispositif permettant de visualiser par transparence un objet tel qu'un écran à cristal liquide. La présentation d'images de télévision sur un écran est affectée d'une certaine dégradation liée au balayage de limage. Cette dégradation exprimée sous forme d'un coefficient appelé Facteur de Kell est une notion physiologique dépendante de la fréquence trame, du taux; dtinterlignage, de la nature de l'écran. Même en optimisant tous ces paramètres par l'usage de mémoire électronique, l'existence d'un tramage entraîne une dégradation de l'image que l'on peut estimer à 20 %. Dans le cas de matrice destinée à la projection, cette dégradation est d'autant plus appréciable - que la résolution techniquement réalisable est à peine suffisante pour l'application visée. I1 est connu que la projection d'objets tramés peut faire l'objet d'un filtrage optique permettant la suppression dans le spectre de l'objet de toutes fréquences supérieures à la moitié de la fréquence d'échantillonnage. Toutefois cette opération ne peut se réaliser sans que la source ne soit relativement cohérente spatialement. Cette faible étendue spatiale de la source se traduit pratiquement par une puissance insuffisante dans le cas de source thermique et par un coût élevé de l'apparition de phénomenes parasites (speckle) dans le cas d'un laser. L'invention permet de résoudre ces difficultés en fournissant un système présentant les avantages des systèmes connus dans la technique et fournissant de plus une source 100 à 1000 fois plus étendue et suffisamment puissante pour l'utilisation dans des grande salles.- L'invention concerne donc un dispositif de projection d'images permettant de vjsualiser par transparence un objet comportant un réseau d'éléments images, caractérisé en ce qu'il comporte - une pluralité de sources lumineuses cohérentes éclairant l'objet - une première lentille focalisant le faisceau d'éclairement de l'objet sur un plan image - une pluralité de filtres spatiaux disposés dans ledit plan image à chaque source lumineuse (1.1 à 1.n) correspondant un filtre spatial aligné avec le centre optique de la première lentille. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple en se reportant aux figures annexées qui représentent - les figures 1; 2a et 2b, un système de projection connu dans la technique; - la figure 3, une vue simplifiée d'un systeme deprojection selon l'invention; - la figure 4, un exemple de réalisation détaillée du systeme de l'invention; - les figures 5 et 6, des exemples de réalisation du filtre de phase de la figure 3 - les figures 7 à 9, des exemples de realisation de l'ensemble de sources lumineuses du système de la figure 3. La figure 1 représente le mode de réalisation tradltionnelle d'un dispositif de projection à filtrage de trame. Ce dispositif comporte une source S sensiblement cohérente éclairant en transparence par une lentille 2, un objet 3. L'objet 3 retransmet de la lumière diffractée et- non diffractée à un diaphragme 4, tel que celui représenté en figure 2a, et tenant lieu de filtre spatial. Le filtrage se fait selon une bande passante du type représenté en figure 2b. Il apparaît que si N2 est le nombre de points de l'objet t projeter et la part de résolution que l'on accepte de perdre, l'étendue maximum de la source utilisation est : (&alpha;N#) .A titre d'exemple le projection d'une image de 1000 x 1000 à 90 % de résolution ne peut se faire avec une source plus grande que # = 2500 . La figure 3 montre le principe du détramage suivant l'invention - sutant de sources 1.1 à 1.n que le permet l'ouverture numérique de l'objectif de projection 2 sont imagées sur un filtre de phases aléatoires 4 de telle manière que seule la portion de spectre entourant chaque point source puisse être imagée sans subir de déphasage aléatoire par rapport à l'ordre zéro. L'étendue géométrique ou flux lumineux qui traverse l'objet et l'objectif est alors limitée par l'ouverture de l'objectif de projection et par la taille de la matrice de source de projection : D = (aD ON) 2 où: aest le coefficient de résolution de l'image projetée D est la taille (ou le diamètre) d'un élément image de l'objet 3 ON est l'ouverture numérique de ltobjectif. A titre d'exemple la projection à 90 % de résolution d'une matrice 2" X 2" avec un objectif ouvert à F/2 permet l'emploi d'une source d'étendue 6 mm. La figure 4 représente un exemple de réalisation plus détaillé du dispositif de l'invention. Dans un plan XX' est contenu un ensemble de sources sensiblement cohérentes 1.1, 1.2. à I. n. Ces sources sont de préférence disposées de façon matricielle à un pas de répartition d. La surface de chaque source est: (a N) 2 Les sources 1.1 à 1.n éclaire, par un objectif 2, un obJet 3 disposé dans un plan YY' parallèle au plan XX'. Dans un plan ZZ' parallèle aux pIans XX' et YY', situé de telle façon que les faisceaux issus des sources focalisent dans ce plan, est disposée une matrice 4 de filtres spatiaux (4.1, 4.2 à 4.n). Chaque filtre a une dimension e et le pas de répartition de ces filtres est p. La surface de chaque source 1.1 à i. n est inférieure à la valeur de (aNA)2 = E La distance angulaire d entre deux sources doit être supérieure à une valeur correspondant à deux fois l'angle de diffraction créé par une alternance de contraste existant entre deux éléments images voisins. Plus précisément cette distance angulaire entre deux sources doit répondre à la condition d > 2 où: X est la longueur d'onde lumineuse de la source o 1 1, D étant la dimension des éléments images 2D de l'objet 3 ou le pas de leur réparti tion Le filtre spatial 4 est un réseau de filtres individuels disposés en matrice de telle façon qu a chaque source I, 1 à 1. n corresponde un filtre individuel 4.1 à 4. n aligné avec le centre optique de l'objectif. Ainsi la lumière d!une source 1,1 à 1.n, transmise sans diffraction par l'objet 3, vient se focaliser sur une filtre individuel 4.1 à 4.n déterminé. Le pas p de répartition des filtres individuels 4.1 à 4.n répond donc à cette condition d'alignement de chaque filtre avec le centre optique de l'objectif 2 et une source 1.1 à 1.n. Les dimensions telles que e de chaque filtre individuel est proportionnel à la bande passante que peut passer un élément image suivant la relation e = 2FSX Le filtre spatial 3 peut être réalisé, comme cela est représenté en figure 5, sous la forme d'une pupille de filtres de phase individuels 4.1 à 4. n. Ces filtres individuels présentent des longueurs de trajets optiques différents soit en raison d'épaisseurs différentes de ces différents filtres, soit en raison d'indices de réfraction différents d'un filtre à un autre. Selon un autre mode de réalisation, le filtre spatial 4 peut être, comme cela est représenté en figure 6, un assemblage de filtres individuels. Le spectre entourant l'image de chaque point source est isolé par un diaphragme. Chaque point source est suffisamment isolé des voisins pour que les composantes diffractées dans les diaphragmes voisins ne soient pas significatives. Dans une autre variante de réalisation le filtre spatial 4 peut être un filtre multicolore permettant de respecter pour chaque couleur primaire la bande passante spatiale qui lui est associée. Un exemple d'élément constitutif de ce filtre dans le cas d'une matrice à éléments colorés constitué de quadruplets est représenté en figure 10. On peut envisager la superposition de diaphragmes cyan, jaune; magenta dans le cas ou la couleur associée à chaque source est différente. Bien que ce mode de filtrage ne permette qu'une étendue de la source réduite à un dizième environ du cas précédent, cette étendue est 100 fois supérieure à celle du cas cohérent. La figure 7 représente un mode de réalisation de la matrice de points sources à partir d'une source unique S. La source S éclaire par une lentille 6, une matrice de fibres 0.1 à O.n. La lumière entre dans chaque fibre par une extrémité et est réémise par l'autre extrémité. Ces fibres sont du type à gradient d'indice (type SELFOC), de façon à ce qu'elles présentent une variation continue de l'indice à partir du coeur de la fibre vers la périphérie ce qui permet un effet de focalisation. La figure 8 représente une fibre à gradient d'indice. Chaque élément de fibre 1.1 à 1. n de la figure 6 est réalisé par découpe selon un plan ab d'une portion d'une fibre à gradient d'indice.Les différentes portions de fibre découpées et assemblées presentent la même variation d'indice de façon à être optiquement similaires. La figure 9 montre un autre mode de réalisation de la matrice de sources. Deux réseaux de lentilles cylindriques 8 et 9 sont croisés et assemblés par un liquide 7 ou un polymère dont l'indice est faiblement différent de celui du matériau des lntiIies - ia réaiisation d'un tel réseau de lentille est aisé car il suffit de réaliser deux plans 8 et 9 de lentilles cylindriques, ces deux plans 8 et 9 pouvant être identiques, et de les assembler en prevoyant un liquide d'indice. Les applications de l'invention sont plus particulièrement la projection, en salle, d'images électroniques formées sur un écran à cristaux liquides. Les avantages principaux de ce procédé sont une amélioration sensible de l'image vidéo haute définition permettant à celui-ci de concurrencer les supports argentiques. Dans le domaine de la projection d'images synthétiques, l'invention permet d'utiliser des écrans à faible résolution grâce à la suppression de l'effet d'allasing. I1 est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Les exemples numériques et la nature des matériaux indiqués n'ont été fournis que pour illustrer - la description. REVENDICATIONS 1. Dispositif de projection d'images permettant de visualiser par transparence un objet (3) comportant un réseau d'éléments images (3.1 à 3.N), caractérisé en ce qu'il comporte - une pluralité de sources lumineuses cohérentes (1.1 à 1.n) éclairant l'objet (3) - une première lentille (2) focalisant le faisceau d'éclairement de l'objet (3) sur un plan image (ZZ') - une pluralité de filtres spatiaux (4.1 à 4. n) disposés dans ledit plan image (ZZ'), à chaque source lumineuse (1.1 à 1.n) correspondant un filtre spatial (4.1 à 4.n) aligné avec le centre optique de la première lentille (2). 2. Dispositif de projection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre deux sources lumineuses (1.1 à 1.n) est supérieure à deux fois l'angle de diffraction créé par une transition de contrastes différents entre deux éléments images. 3. Dispositif de projection selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface d'émission de chaque source est inférieure au produit du nombre de points images (N) de l'objet (3) par le carré de la longueur d'onde lumineuse et le carré du coefficient de résolution de l'image obtenue. 4. Dispositif de projection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface d'un filtre spatial (4.1 à 4 . n) est proportionnel à la bande passante que peut passer un élément image. 5. Dispositif de projection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de filtres spatiaux (4.1 à 4.n) se présente sous la forme d'un assemblage (4) de filtres de phases déterminant des longueurs de trajets optiques différentes, ces filtres étant assemblés de manière aléatoire dans cet assemblage (4). 6. Dispositif de projection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de filtres spatiaux (4.1 à 4.n) se présente sous la forme d'un assemblage de filtres spatiaux de bandes passantes différentes et isolés les uns des autres. 7. Dispositif de projection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de sources lumineuses (1.1 à I.n) comporte une source lumineuse (S) éclairant un ensemble de fibres (0.1 à O.n) recevant la lumière de la source (S) par une face et la retransmettant par l'autre face, lesdites fibres étant des fibres à gradient d'indice. 8. Dispositif de projection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de sources lumineuses comporte une source lumineuse S éclairant deux réseaux plans de lentilles cylindriques (8 et 9) disposés orthogonalement et assemblés par un matériau d'indice (7) faiblement différent de celui des matériaux des réseaux de lentilles 8 et 9. 9. Dispositif de projection selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque filtre - spatial comporte un filtre de fréquence. 10. Dispositif de projection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sources lumineuses (1.1 à 1.n) sont de couleurs différentes.