Brevet FR2735587A1 — publié le 19961220

PROCEOE D'lUiflGERIE EN REFLEXION TOTALE La présente invention est un procédé permettant de créer une image sur la face d'un prisme éclairé par un faisceau de rayons paralléles, ou faisceau porteur. Suivant la présente invention ledit faisceau porteur, ou au moins une de ses composantes polarisées subit une reflexion totale interne sur l'une des faces de ce prisme.Cette face est recouverte au moins partiellement d'une couche d'un matériau électrooptique ou photorefractif, et munie d'un moyen de commande électrique ou optique permettant d'adresser une perturbation électrique ou optique en différents points ou zones choisis de ladite couche, de façon à modifier localement l'indice dé refraction de ladite couche vis à '9is des ondes lumineuses incidentes et les conditions de reflexion du faisceau porteur en phase ou en intensité. On crée ainsi, dans le plan défini par ladite face du prisme, une image en phase ou en intensité véhiculée par le faisceau porteur. On a décrit dans les demandes de brevet France n" 95 01750 et 94 13863 ledit procédé. La présente demande en constitue un perfectionnement et un moyen nouveau de mise en oeuvre. Les notations et références d'éléments de dessins en sont textuellement repris. Le faisceau (7) traverse le prisme (1) et arrive en face (9) sous une incidence tel le que l'une au moins des composantes polarisées ordinaires ou extraordinaires de l'onde incidente subisse une reflection totale par la couche de cristal liquide (3). Suivant une uoie de réalisation privilégiée de I'invention, cette incidence est teille que les deux composantes polarisées ordinaires et extraordinaires soient totalement refléchies par la couche (3) lorsque cette couche se présente dans un premier état d'orientation, et telle que l'une seulement de ces composantes soit totalement réfléchie et l'autre refractée par la couche (3) lorsque celle ci se présente dans un second état d'orientation. Ces deux états correspondent à des orientations moléculaires moyennes du cristal liquide différentes uis à uis du faisceau incident, associées à des indices de refraction extraordinaires également différents Suivant une voie de réalisation de l'inuention, la couche de matériau secondaire (3) ou couche d'enveloppe est constituée d'un matériau électrooptique pouvant présenter au moins deux états distincts, caractérisés par des indices de réfraction différents vis à uis de la lumière incidente, ou d'une composante polarisée de celle ci, le premier de ces états assurant une réflexion totale sur ladite couche de ladite lumiére, un autre de ces états provoquant la refraction de cette composante dans ladite couche. Parmis les effets cristal liquide utilisables permettant de créer un seuil électrooptique reflexion totale-refract ion > on choisira en particulier l'un des effets décrits dans les demandes de brevet France citées en priorité interne du présent document. Lorsque le fond (41) de la cellule sera constitué d'une couche absorbante noire ou d'un fond transparent permettant la refraction de la lumiére découplée, les variations d'état de la couche (3) apparaitrons sous forme de zones à luminosité faible ou renforcées dans le faisceau émergeant (7'). Sous l'effet d'un champ électrique par exemple appliqué localement à ladite couche par les électrodes ligne colonne X-Y, le rayon polarisé Tfl est refracté au travers de la couche (3). Pour un bon fonctionnement de ce dispositif, on choisira de préférence un prisme (1) dont l'indice de refraction est le plus élevé possible. Sans sortir du cadre de la présente invention, on pourra également utiliser un tel dispositif avec un faisceau de lumiére cohérente polarisée, tel que cette composante polarisée puisse elle même être totalement réflechie ou totalement réfractée. La figure 1 et la figure 2 représentent un effet cristal liquide utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention. Suivant cette voie de mise en oeuvre > on utilise l'effet d'arrachement d'ancrage d'un cristal liquide nématique sous champ électrique. Cet effet peut avantageusement être utilisé pour créer des discontinuités locales d'indice de refraction de la couche (3) sous l'effet d'un champ réparti par l'un quelconque des moyens cités pour la réalisation du dispositif d'adressage (42). Suivant une premiére uoie de mise en oeuure de cet effet on réalise un ancrage planaire paralléle au sens de propagation de la lumiére (7) des molécules d'un cristal liquide nématique d'anisotropie diélectrique positive sur la face supérieure (30) de la cellule (3), et l'on utilise le schéma de fonctionnement représenté figure 3 en prouoquant le seuil électrooptique reflexion totale-refraction de la lumiére incidente TU par l'arrachement de l'ancrage du nématique en face (30). Auantageusement, on utilisera également pour la réalisation d'un tel dispositif un effet d'arrachement d'ancrage d'un cristal liquide nématique ou smectique C chiral. Auantageusement, on utilisera des cristaux liquides nématiques d'anisotropie diélectrique positive en cellule hybride présentant un ancrage planaire paralléle au sens de propagation de la lumiére dans le dispositif en face avant, et un ancrage homéotrope en face arriére.Suivant une autre voie de réalisation de l'invention également privilégiée, on utilisera des cristaux liquides smectiques C chiraux présentant un ancrage polaire planaire fort sur la face avant (10) de la cellule. Avantageusement on utilisera des cristaux liquides smectiques C chiraux présentant un angle de tilt fort, et une orientation A de la normale aux plans smectiques à 450 de la direction principale de propagation des rayons lumineux dans le dispositif et rendue substantiellement paralléle aux faces de la cellule sous l'action d'un champ électrique de polarisation normal auxdites faces. Suivant cette voie de réalisation de l'inuention/ on réalisera un arrachement de l'ancrage du cristal liquide sur la face (10) de la cellule faisant face au guide, afin de permettre à la lumiére (7) d'être refractée au travers de ladite couche électrooptique. Avantageusement afin de réaliser un tel arrachement d'ancrage on provoquera une polarisation momentanée de la cellule sous un champ de ligne fort (17), à la limite des conditions provoquant ledit arrachement, et l'on imposera un champ colonne (20) d'intensité uariable en intensité ou en direction provoquant ou non la rupture dudit ancrage. Avantageusement ces conditions pourront consister en l'application d'un voltage ou champ de ligne fort (18) durant un temps court comme un temps ligne ou un demi temps ligne par exemple, soit par exemple 1 à quelques microsecondes, superposé à un champ de colonne d'intensité plus faible et constante et de signe variable, permettant de moduler le champ appliqué dans la couche à la limite inférieure ou supérieure des conditions d'arrachement d'ancrage. Avantageusement r on ajuste la ualeur absolue du champ de colonne à la limite des conditions d'arrachement d'ancrage de façon a ce que son intensité permette le maintien des pixels cassés dans un état de rupture sans induire de rupture des pixels non cassés sous l'influence de l'adressage en champ ligne pendant un temps image. Avantageusement on combinera les différents voltages appliqués, leurs durées et leurs signes de façon à travailler à moyenne de courant nul le. Suivant un autre procédé utilisant les mêmes cristaux liquides nématiques et l'arrachement d'un ancrage planaire desdits cristaux liquides, on réalisera la séquence de voltages ou de champ appliqué à la couche (3) suivante: 1 - on créera un arrachement général de l'ancrage de la couche de cristal liquide sur la face (10) de la couche (3) par une forte polarisation générale de ladite couche (3) par un champ électrique E normal aux faces avantageusement appliqué simultanément par l'ensemble des électrodes de lignes, ancrage dans ce cas perpendiculaire à la projection de la direction de propagation de la lumiére dans le dispositif parallélement aux faces 2 -on adressera en balayage un voltage ligne créant un champ électrique E dans la couche (3) à la limite inférieure du seuil d'arrachement d'ancrage, et l'on adresse un voltage de colonne induisant un champ électrique dont le sens s'additionne ou se soustrait a celui du champ ligne; dans le cas ou le champ de colonne s'additione au champ de ligne, le champ électrique résultant est supérieur au seuil d'arrachement de l'ancrage, et le pixel reste cassé; dans le cas ou le champ de colonne se soustrait au champ de ligne, le champ électrique résultant est trop faible pour soutenir l'ancrage rompu, et le maintien de ces derniéres conditions durant un temps d'adressage suffisement long inférieur ou égal a un temps d'adressage ligne par exemple provoque le retour complet de l'ancrage cassé dans sa position d'ancrage plantaire. 3 -dans un troisiéme temps, on repolarise ia couche en champ de ligne fort Légèrement supérieur aux conditions d'ancrage et suffisement fort pour maintenir le champ transuersal E supérieur au champ seuil de rupture d'ancrage malgrés les oscillations du champ colonne; on induit ainsi la rupture lente des pixels réancrés au cours de la précédente séquence;Cette rupture s'effectue avec un temps de retard caractéristique des conditions d'ancrage et des uoltages ligne utilisés au cours de cette troisiéme séquence; avantageusement, on utilisera des uoltages de ligne tels que le retour à l'état cassé s'effectue en un temps suffisement long de 1 à 3 milliseconde par exemple; avantageusement ce temps de retour est suffisement long pour permettre la saisie de l'information Avantageusement afin d'avoir un bon fonctionnement de ce procédé, on adressera le champ de colonne sous forme de deux créneaux consécutifs de voltage de sens opposés, le champ ligne de deuxiéme séquence sous forme de deux impulsions de sens opposées synchronisées a celles-ci, et le champ ligne de troisiéme séquence sous forme d'impulsions ou créneaux de basse fréquence, 10 à 100 hertz au moins et équilibrés en courant de polarisation. Avantageusement on utilisera un ancrage planaire paralléle au sens de propagation de la lumiére dans le guide (1). Dans ces conditions un flux lumineux polarisé TU sera refracté par les ancrages cassés, et se verra refléchi au trauers de ladite couche (3) lorsque le cristal liquide sera réancré en face (10). Auantageusement, on utilisera des cristaux liquides présentant un ancrage planaire planaire parallèle ou antiparalléle ou un ancrage hométrope en face (11) et planaire en face (10). Sans sortir du cadre de l'inuention, on pourra utiliser des cristaux liquides nématiques d'anisotropie diélectrique négative présentant un ancrage homéotrope en face (10), et une rupture dudit ancrage. REUENDICRTION 1- Procédé d'imagerie en reflexion totale interne caractérisé en ce que l'on eclaire une face (9) d'un prisme par un faisceau de rayons paralléles, ou faisceau porteur, en ce que cette face est recouverte au moins partiellement d'une couche (3) d'un matériau électrooptique ou photorefractif sur ou dans laquelle au moins l'une des composantes polarisées de ce faisceau subit une reflexion totale, en ce que l'on adjoint à cette couche (3) un moyen de commande électrique ou optique (42) permettant d'adresser une perturbation électrique ou optique en différents points ou zones choisis de son étendue,et en ce que l'on réalise ces perturbations électriques ou optiques de façon à modifier localement les conditions de reflexion du faisceau porteur en phase ou en intensité et à créer dans la couche (3) une image en phase ou en intensité véhiculée par le faisceau porteur. 2-Procédé selon la reuendication 1 caractérisé en ce que l'image est créée en déphasage ou en intensité par l'arrachement d'un ancrage planaire d'un cristal liquide nématique sur le fond (31) de la couche (3) 3-Dispositif selon la reuendication 1 caractérisé en ce que l'on dispose une série d'électrodes de ligne transparentes ou conductrices de l'électricité en face arriére de la couche (3), en ce que l'on dispose une série d'électrodes de colonne transparentes planes de colonne sur la face avant de la couche (3), et en ce que l'on adresse en balayage un champ de ligne fort associé a un champ de colonne plus faible dont le signe ou polarité induit ou non la rupture dudit ancrage d'un cristal liquide nématique sur la face avant (10) de la couche de cristal liquide 4-Procédé de réalisation d'une couche de cristal liquide (3) électroactive pour la mise en oeuvre de l'invention suivant la reuendication 1 caractérisé en ce que l'on réalise la séquence de uoltages ou de champ appliqué à la couche (3) suivante:: 1 - on crée un arrachement général de l'ancrage de la couche de cristal liquide sur la face (10) de la couche (3) par une forte polarisation générale de la couche (3) par un champ électrique de ligne E normal aux faces, ancrage dans ce cas perpendiculaire à la direction de propagation de la lumiére dans le guide. 2 -on adresse en balayage un voltage ligne créant un champ électrique E dans la couche (3) à la limite inférieure du seuil d'arrachement d'ancrage/ et l'on adresse un uoltage de colonne induisant un champ électrique-dont le sens s'additionne ou se soustrait a celui du champ ligne, et tel que dans le cas ou le champ de colonne s'additione au champ de ligne, le champ électrique résultant est supérieur au seuil d'arrachement de l'ancrage, et tel que-dans le cas ou le champ de colonne se soustrait au champ de ligne, le champ électrique résultant est trop faible pour soutenir l'ancrage rompu et prouoque le retour complet de l'ancrage cassé dans sa position d'ancrage planaire 3 - on repolarise la couche en champ de ligne fort légérement supérieur aux conditions d'ancrage et suffisement fort pour maintenir le champ transuersal E supérieur au champ seuil de rupture d'ancrage malgrés les oscillations du champ colonne de façon à induire la rupture des pixels réancrés au cours de la précédente séquence 5- Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on adresse le champ de colonne sous forme de créneaux de voltage d'intensité constante en valeur absolue et de sens variable 6-Procédé selon la reuendication 5 caractérisé en ce que l'on adresse le champ ligne de deuxiéme séquence sous forme d'impulsions de voltage constant en ualeur absolue synchronisées aux créneaux de champ colonne et compensées en uoltage par le champ de ligne des séquences 1 ou 3 7-Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le champ ligne de troisiéme séquence est appliqué sous forme d'impulsions ou créneaux de basse fréquence comprise entre 10 et 1000 hertz et équilibrés en courant de polarisation. 8-Procédé selon la reuendication 4 caractérisé en ce que l'on utilisera un ancrage planaire paralléle a la projection sur les faces de la couche (3) du sens de propagation de la lumiére dans le dispositif en face (10) faisant face au guide (1) de la couche (3) 9-Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on utilisera des cristaux liquides présentant un ancrage planaire planaire paralléle ou antiparalléle 10-Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on utilisera des cristaux liquides nématiques présentant un ancrage homéotrope en face arriére (11) et planaire en face avant (10) faisant face au prisme (1). Procédé selon la reuendication 4 caractérisé en ce que l'on utilisera des cristaux liquides nématiques d'anisotropie diélectrique négative présentant un ancrage homéotrope en face (10) et une rupture dudit ancrage