Brevet FR2757669A1 — publié le 19980626

SYSTEME DE VISUALISATION ET APPLICATION A UN SYSTEME DE TRAITEMENT D'IMAGES L'invention concerne un système de visualisation et notamment un système permettant l'affichage d'images de très grande résolution que ce soit en vision directe, en projection directe ou en rétroprojection. L'invention est applicable à un système de traitement d'images. Les dispositifs de génération d'images sont classiquement de trois types 1) Proiecteurs à matrices à cristaux liquides : ils sont constitués d'un (ou plusieurs) écran plat matriciel composé d'éléments à cristaux liquides (LCD) dont la transparence est commandée par des signaux électriques. Cet écran modulateur est éclairé par une source lumineuse et la lumière transmise est projetée sur un écran à l'aide d'un objectif. 2) Proiecteurs à tube cathodique . ils sont constitués d'un ou plusieurs (en général trois) tubes cathodiques dont les images sont directement projetées sur l'écran. Exemple: projecteur SONY 3) Proiecteurs à valves optiques pour ce dernier type de projecteurs, L'image issue d'un tube cathodique ou d'un écran est reformée sur une valve optique composée d'une couche de matériau photoconducteur et d'une couche de cristaux liquides. Une source lumineuse éclaire la couche de cristaux liquides et le faisceau lumineux spatialement modulé est projeté sur un écran. Les principaux inconvénients de ces dispositifs sont: - les faibles luminosités de l'image restituée sur l'écran - une résolution limitée par le nombre de cellules intégrables sans défaut sur un écran plat LCD et limité par les technologies de fabrication. Pour pallier ces inconvénients, une technique consiste à juxtaposer plusieurs écrans (arrangement en matrice). Cette technique permet d'obtenir un grand nombre de points, mais elle présente l'inconvénient d'avoir des démarcations entre l'assemblage des différentes images visualisées. L'invention a pour objet de résoudre ces problèmes. Elle concerne donc un système de visualisation comportant: - une première source lumineuse - une matrice d'écrans de modulation éclairés par la première source lumineuse et affichant des images; - un écran d'affichage électrooptique plan commandé par deux électrodes situées sur les deux faces planes de l'écran, I'une des électrodes étant en matériau photoconducteur; - une première matrice ML de lentilles imageant la matrice d'écrans de modulation sur l'électrode en matériau photoconducteur; - une deuxième source lumineuse éclairant l'écran d'affichage XL et permettant de visualiser les images transmises par la matrice d'écrans de modulation et la matrice de lentilles. L'invention concerne donc un système de génération d'images à très haute résolution basé sur l'utilisation d'une matrice ("mini-mur") d'écrans plats à cristaux liquides. Elle permet donc soit d'augmenter le nombre de points dans l'image à visualiser, soit de réaliser un mur d'images, soit les deux à la fois. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: - la figure 1, un exemple de réalisation du système de l'invention - la figure 2, un exemple de réalisation plus complet du système de l'invention; - la figure 3, une variante de réalisation du système de l'invention; - la figure 4, un système de visualisation trichrome selon l'invention; - les figures 5a, 5b, des systèmes de traitement d'images appliquant le système de l'invention. Le dispositif de génération d'une (ou plusieurs) images est représenté par la figure 1. Selon l'invention, un mini-mur d'écrans plats à cristaux liquides noté MM-LCD est constitué par une association bidimensionnelle (N x M) d'écrans plats LCD. La figure 1 montre l'exemple d'une association de 16 écrans arrangés selon une matrice 4 x 4. Chaque écran est lui-même constitué d'une matrice d'éléments dont la transparence est commandée par un signal électrique. Une source de lumière S1 fournit un faisceau lumineux F1 qui est modulé par le mini-mur MM-LCD pour restituer une matrice bidimensionnelle d'images. Le mini-mur MM-LCD est situé selon un plan Pi. Une matrice de lentilles ML est située selon un plan P2 parallèle au plan Pi. Cette matrice comporte autant de lentilles qu'il y a d'écrans plats à cristaux liquides dans le mini-mur MM-LCD. Ces lentilles telles que Li imagent le contenu des écrans tels que LCDi dans un plan P3 parallèle aux plans Pi et P2. Enfin un objectif O image le plan P3 sur un écran de visualisation situé selon un plan P4. Cet écran d'affichage peut être un écran de visualisation directe, de projection ou de rétroprojection. L'imagerie des différents écrans à cristaux liquides LCD de la matrice MM-LCD par la matrice de lentilles ML est faite avec un grandissement tel que les images des différents écrans dans le plan P3 soient jointives ou quasi-jointives. On fait ainsi disparaître dans le plan P3 les images des black-matrices sous lesquelles sont situées les électroniques d'adressage des écrans de la matrice MM-LCD qui séparent entre eux les différents écrans LCDi. Le système de la figure 2 prévoit entre la matrice de lentilles ML et l'objectif O, une valve optique à deux dimensions XL. Cette valve optique est un écran d'affichage électrooptique à cristaux liquides par exemple. Elle comporte une couche d'un matériau photoconducteur PC sur la face d'entrée de la valve optique XL située du côté de la matrice de lentilles ML. Cette couche PC tient lieu d'électrode pour la valve XL. Une autre électrode EL est prévue sur la face opposée de la valve. De plus, il est prévu une couche réfléchissante CR entre la couche de matériau photoconducteur et la valve XL. Les différentes images affichées par les écrans du mini-mur MM LCD sont éclairées par la source S1 et imagées par la matrice de lentilles ML sur la couche de matériau photoconducteur PC. Un potentiel est appliqué entre la couche PC et l'électrode EL. Sous l'effet des différences d'éclairement dues aux images affichées, la couche PC présente des variations de photoconductivité et permet ainsi à la valve XL d'afficher les différentes images reçues du mini-mur MM-LCD. Une seconde source lumineuse S2 génère un faisceau F2 qui est projeté sur la valve XL par l'intermédiaire d'une lame séparatrice PBS, par exemple un cube séparateur de polarisation. On peut prévoir également un cube de séparation classique auquel on adjoint un polariseur du côté de la source et un analyseur du côté de l'objectif. De cette façon, la lumière réfléchie par la couche réfléchissante CR de la valve optique reproduise, après traversée de la lame PBS, la matrice bidimensionnelle N x M d'images. Enfin, cette matrice d'images est projetée sur un écran éloigné E grâce à l'objectif de projection O. Comme l'indique la vue en coupe du dispositif (figure 3) la source S1 peut être composée d'une matrice N x M de sources lumineuses, chacune d'elle éclairant un écran plat du mini-mur LCD. Comme l'indique également la figure 3, la matrice de lentilles ML forme les images sur la valve optique avec un grandissement y. Ce grandissement est tel que les images recomposées sur la valve se juxtaposent exactement sur celle-ci. L'avantage de ce grandissement réside dans le fait que les espaces entre les écrans plats du mini-mur LCD disparaissent sur la matrice bidimensionnelle d'images projetées. Sur le mini-mur LCD, ces espaces sont généralement occupés par l'électronique d'adressage des écrans plats. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on pourra choisir les différents composants suivants: Source 1: - laser à semiconducteur émettant par exemple dans le proche infrarouge - laser à semiconducteur émettant par exemple dans le visible - matrice N x M de lasers à semiconducteur, chacun éclairant de façon homogène un écran LCD - un ou plusieurs mini-tubes Néon Mini-mur MM-LCD: - matrice bidimensionnelle d'écrans plats LCD par exemple 5 x 5 - encombrement total du mini-mur 8 x 8 cm Ecran à cristal liquide LCDi - type à adressage électrique TFT (Thin Film Transistor) contenant par exemple - 500 x 500 pixels - taille du pixel 30 x 30 pm - encombrement d'un écran: 1,5 x 1,5 cm Matrice de lentilles ML: - classique, association bidimensionnelle de lentilles plano convexes, distance focale 2 cm - holographique, ce type de matrice holographique pourra être utilisé lorsque la source S1 est de type monochromatique (laser par exemple) Valve optique photoconducteur-cristal liquide PC - XL: - photoconducteur: CdS, Si, BSO, Polymère organique 7,5 x 7,5 - cristal liquide: nématique en hélice, ferroélectrique Source S2: - lampe halogène ou haloïde, 500 W - laser solide à semiconducteur ou YAG Cube séparateur de lumière PBS - cube séparateur de polarisation - cube séparateur de lumière associé à un polariseur et un analyseur L'invention est applicable à la visualisation couleur. Pour cela, on assemble trois systèmes tels que décrits précédemment (figure 4). C'est ainsi que l'ensemble Al est constitué de la source S1, le mini-mur MM-LCD, la matrice de lentilles ML, la valve optique PC-XL. Les ensembles A2 et A3 se constituent de manière identique. A chaque ensemble Ai, A2, A3 est associé un séparateur PBS1, PBS2, PBS3 et une source d'éclairement C1, C2, C3. Les sources d'éclairement C1 à C3 émettent chacune dans des gammes de longueurs d'ondes différentes (rouge, vert, bleu). Les trois systèmes ainsi définis sont combinés ensemble par un système de combinaison chromatique CCC. Ce système reçoit les lumières des différentes longueurs d'ondes (rouge, vert, bleu) émises par les sources Ci à C3 et réfléchies par les systèmes Al à A3. Les trois faisceaux lumineux ainsi combinés sont transmis à l'objectif O. L'ensemble du système permet ainsi d'afficher une image couleur en commandant convenablement les écrans des mini-murs de chaque ensemble A1 à A3. L'invention est également applicable au traitement optique d'images. Dans les systèmes des figures 5a et 5b, les sources S2 sont des sources cohérentes. Dans le système de la figure 4a, on prévoit en sortie du séparateur une deuxième matrice de lentilles MLF1 comportant autant de lentilles que le système Bi fournit d'images. II y a donc autant de lentilles dans la matrice MLF1 qu'il y a d'écrans dans le mini-mur MM-LCD. Selon le schéma de la figure 5a, la source S2 étant une source de lumière cohérente, L'image restituée par le module B1 est une matrice de N x M images portée par cette lumière cohérente. La matrice de lentilles MLF1 génère simultanément et individuellement les décompositions de Fourier des différentes images. En plaçant dans le plan de focalisation des lentilles de la matrice MLF1 une matrice N x M de filtres optiques F0, on réalise un dispositif de reconnaissance de formes d'images. Ce système peut ainsi reconnaître simultanément N x M images. Le filtre F0 peut être un film reconfigurable par exemple à cristal liquide. II peut ainsi comporter une matrice de CCD et un dispositif de traitement numérique des N x M images. Selon le schéma de la figure 5b, on peut également générer par une matrice de lentilles MLF2 les spectres joints de sous-ensembles (n x m) de la matrice de N x M images fournies par le module B1. Pour cela chaque lentille de la matrice MLF2 est commune à plusieurs images fournies par le module B1. Par exemple, selon la figure 5b une lentille de la matrice MLF2 est commune à deux lentilles de la matrice ML. Elle reçoit donc des images de la matrice MM-LCD. On peut donc corréler deux images. Ce système peut donc s'appliquer à la reconnaissance de formes par corrélation optique en plaçant dans le plan de focalisation des lentilles de MLF2, un ensemble de milieux optiques non linéaires qui permettent ainsi d'enregistrer les spectres joints de plusieurs sous-ensembles. Le dispositif permet d'utiliser des LCDi de moins bonne résolution ce qui diminue les risques de déchets (LCD défectueux) en fabrication. REVENDICATIONS i. Système de visualisation comportant: - une première source lumineuse (Si), - une matrice (MM-LCD) d'écrans de modulation éclairés par la première source lumineuse et affichant des images - un écran d'affichage électrooptique (XL) plan commandé par deux électrodes (PC, EL) situées sur les deux faces planes de l'écran, I'une des électrodes étant en matériau photoconducteur; - une première matrice (ML) de lentilles (Li) imageant la matrice d'écrans de modulation sur l'électrode en matériau photoconducteur (PC) - une deuxième source lumineuse (S2) éclairant l'écran d'affichage (XL) et permettant de visualiser les images transmises par la matrice d'écrans de modulation et la matrice de lentilles. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - la matrice (MM-LCD) d'écrans de modulation est située selon un premier plan (Pi), - la première matrice (ML) de lentilles est placée selon un deuxième plan (P2) parallèle au premier plan (Pi) ; chacune de ces lentilles réalisant un grandissement de l'image affichée sur les écrans du premier plan (P1), de sorte que les démarcations entre images n'apparaissent pas. - I'électrode en matériau photoconducteur étant située selon un troisième plan (P3) parallèle aux premier et deuxième plans. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un objectif O imageant l'écran d'affichage (XL) sur un écran de visualisation. 4. Système selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que: - L'écran d'affichage (XL) comporte une couche de réflexion (R) située entre la première matrice de lentilles (ML) et ledit écran d'affichage, - un séparateur de faisceau (PBS) permet de transmettre à l'écran d'affichage (XL) la lumière de la deuxième source (S2) et de transmettre vers des moyens d'utilisation la lumière réfléchie par la couche de réflexion (ce). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche de réflexion (CR) est située entre l'écran d'affichage (XL) et l'électrode en matériau photoconducteur (PC). 6. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le séparateur de faisceau (PBS) est un séparateur de faisceau de polarisations et en ce que la deuxième source lumineuse (S2) transmet un faisceau de lumière polarisée. 7. Système selon la revendication i, caractérisé en ce que la première source lumineuse (Si) comporte une source lumineuse par écran de modulation et émet un faisceau de lumière collimatée vers chaque écran. 8. Système caractérisé en ce qu'il comporte trois sous-systèmes selon la revendication i, transmettant chacun une lumière d'une longueur d'onde déterminée vers un système de combinaison chromatique (CCC) qui transmet ainsi à l'objectif (O) un faisceau de couleurs. 9. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les écrans de modulation et l'écran d'affichage sont des écrans à cristal liquide. 10. Système selon la revendication i, caractérisé en ce que la matrice de lentilles (ML) est réalisé à l'aide de lentilles classiques ou sous forme holographique. 11. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que - la deuxième source (S2) émet une lumière cohérente; - une deuxième matrice de lentilles (MLF1, MLF2) reçoit la lumière réfléchie par la couche de réflexion (CR) et la focalise vers des moyens de filtrage optique ou d'enregistrement (FO, MNL). 12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que la deuxième matrice de lentilles (MLFi) comporte autant de lentilles que d'écrans de modulation (LCDi). 13. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que la deuxième matrice de lentilles (MLF2) comporte une lentille pour plusieurs écrans de modulation (LCDi) de façon à combiner plusieurs images sur les moyens de filtrage ou d'enregistrement.