Brevet FR2764462A1 — publié le 19981211

PERFECTIONNEMENT AUX SYSTEMES DE PROJECTION La présente invention concerne un système de projection, plus particulièrement un système connu sous le terme rétroprojecteur. Les rétroprojecteurs actuellement sur le marché sont des systèmes utilisant comme projecteur notamment des projecteurs à tubes ou des projecteurs à cristaux liquides. Toutefois, la présente invention peut s'appliquer à tous les types de systèmes de projection. Un rétroprojecteur de type connu comporte un projecteur émettant un faisceau lumineux, un écran et des moyens pour envoyer le faisceau lumineux sur l'écran. Actuellement, les moyens permettant d'envoyer le faisceau lumineux sur l'écran sont constitués par des miroirs plans disposés de manière à réfléchir l'ensemble du faisceau lumineux sur toute la surface de l'écran tout en limitant l'épaisseur de l'ensemble des différents éléments qui doivent être insérés dans un boitier d'épaisseur limitée. Lorsque l'on utilise un système de miroirs tel que mentionné ci- dessus, il est difficile de réaliser un écran large, notamment un écran de 46 pouces, car dans ce cas, l'épaisseur du projecteur reste trop importante. On a donc proposé, dans la demande de brevet européenne N 96402512.6 déposé au nom de la demanderesse, un rétroprojecteur comportant des moyens permettant de replier le faisceau issu de l'objectif de projection afin de diminuer la profondeur. Comme représenté sur la figure 1, le système de projection décrit dans cette demande comporte un projecteur 1 qui peut être, par exemple, un projecteur à cristaux liquides émettant un faisceau lumineux 2 déjà polarisé linéairement. Ce faisceau 2 est envoyé sur une lame quart- d'onde 3 de manière à produire une lumière polarisée circulairement. Cette lumière polarisée circulairement est transmise à travers un filtre cholestérique 4. Pour ce faire, la lumière est polarisée circulairement à droite si l'on utilise des filtres cholestériques réfléchissant la lumière polarisée circulairement à gauche. Le faisceau transmis à travers le filtre 4 se réfléchit alors sur le miroir plan 5. Lors de cette réflexion, le faisceau subit un décalage de phase de r, il est alors polarisé circulairement à gauche. Le faisceau issu du miroir plan 5 rencontre alors le filtre cholestérique 4. Comme le filtre cholestérique réfléchit toute lumière polarisée à gauche, la lumière issue du miroir est renvoyée sur le miroir 5 o elle subit un nouveau décalage de phase de n. La réflexion sur le miroir plan transforme donc une lumière polarisée à gauche en une lumière polarisée à droite, qui est alors totalement transmise par le filtre 3 vers l'écran, non représenté. Dans le système décrit dans cette demande, trois réflexions prennent place, deux sur le miroir plan et une sur le filtre cholestérique, comme représenté clairement sur la figure 1. Dans la demande de brevet européen n 96402512.6, on utilise des filtres cholestériques ou plus généralement des filtres de polarisation réfléchissant la lumière polarisée circulairement dans un second sens opposé au premier sens, pour obtenir un système de projection de faible épaisseur. Or, les filtres cholestériques actuellement sur la marché présentent un certain nombre de contraintes, notamment en ce qui concerne l'angle d'incidence. La présente invention a pour but de proposer un système de projection du type décrit ci-dessus présentant une épaisseur faible grâce à l'utilisation de filtres polarisant linéaires réflectifs actuellement disponibles sur le marché. Ainsi, la présente invention a pour objet un système de projection du type comportant un projecteur émettant un faisceau lumineux, un écran et des moyens faisant subir plusieurs réflexions au faisceau lumineux avant de l'envoyer sur l'écran, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent: un moyen pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire; - un filtre polarisant linéaire réflectif, et - un miroir, le faisceau lumineux issu du projecteur étant polarisé linéairement et traversant un moyen pour transformer la polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire avant d'être envoyé sur le miroir. Selon un premier mode de réalisation, le moyen pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire est associé au filtre polarisant linéaire réflectif, le faisceau issu du projecteur traversant un second moyen pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire. Selon un autre mode de réalisation, le moyen pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire est associé au miroir, le faisceau issu du projecteur traversant ledit moyen. De préférence, le moyen pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire est collé ou laminé sur le filtre ou sur le miroir. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le système comporte de plus un filtre polarisant linéaire absorbant positionné en sortie du filtre polarisant linéaire réflectif, I'axe passant du filtre absorbant étant parallèle à l'axe passant du filtre réflectif. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1 déjà décrite est une vue en coupe schématique d'un rétroprojecteur utilisant des filtres de polarisation constitués par des filtres cholestériques, conformément à l'art antérieur; - la figure 2 est une vue schématique expliquant le fonctionnement d'un système de projection conforme à la présente invention; - la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un premier mode de réalisation d'un système de projection conforme à la présente invention, et - la figure 4 est une vue en coupe schématique d'un second mode de réalisation d'un système de projection conforme à la présente invention. Pour simplifier la description, dans les figures les mêmes éléments portent les mêmes références. La présente invention utilise les propriétés des filtres polarisants linéraires réflectifs ou non-absorbants. Ces filtres transmettent avec peu de perte la lumière polarisée linéairement et réfléchissent la lumière polarisée perpendiculairement à la direction transmise. Toutefois, dans ce cas, une simple réflexion sur un miroir ne suffit plus pour retourner l'état de polarisation. Il est nécessaire de passer par un état quasi-circulaire pour qu'un miroir donne la polarisation d'un état linéaire à un autre. Ainsi, comme représenté sur la figure 2, un système de projection conforme à la présente invention comporte un projecteur 1, tel que par exemple, un projecteur à cristaux liquides qui émet un faisceau lumineux 2 polarisé linéairement. Ce projecteur est associé à un moyen 7 pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi- circulaire, ce moyen étant de préférence réalisé par une lame quart- d'onde, un miroir 8 plan tel qu'un miroir constitué par une feuille d'aluminium réfléchissant la lumière polarisée circulairement dans un certain sens en une lumière polarisée dans le sens inverse, à savoir présentant un décalage de phase de sensiblement x, comme représenté clairement sur la figure 2 par les cercles d et g et un filtre polarisant linéaire réflectif 9. Dans ce système et comme représenté sur la figure 2, le faisceau polarisé linéairement traverse tout d'abord la lame quart-d'onde 7 de manière à obtenir un faisceau polarisé quasi- circulairement, à savoir présentant une polarisation circulaire droite, comme référencé par d. Ce faisceau vient se réfléchir sur le miroir 8 o il subit un premier décalage de phase de x et donne un faisceau polarisé circulairement gauche g. Le faisceau polarisé circulairement gauche traverse à nouveau la plaque quart-d'onde 7 de manière à obtenir un faisceau polarisé linéairement, comme symbolisé par la flèche f. Le faisceau lumineux arrive ainsi sur le filtre 9 o il est réfléchi vers la lame quart-d'onde 7. En traversant cette lame quart-d'onde, le faisceau passe d'une polarisation linéaire en une polarisation circulaire gauche, comme représenté sur la figure 2. Il vient alors se réfléchir sur le miroir 8 o il subit un nouveau décalage de phase de r pour donner un faisceau polarisé circulairement droite. Le faisceau ainsi polarisé traverse la lame quart-d'onde o il est transformé en une polarisation linéaire perpendiculaire à la première polarisation linéaire et, de ce fait, il peut traverser le filtre polarisant 9, comme représenté sur la figure 2. Le principe décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre selon différents modes de réalisation. Un premier mode de réalisation est représenté sur la figure 3. Dans ce cas, le projecteur 1 situé à l'intérieur du chassis 6 est un projecteur à cristaux liquides qui émet un faisceau lumineux polarisé linéairement à travers une première lame quart-d'onde 7' qui transforme cette polarisation linéaire en une polarisation circulaire de telle sorte que le faisceau puisse se réfléchir tout d'abord sur le miroir 8. Dans ce cas, le moyen pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire, à savoir la lame quart- d'onde 7, est accolé ou placé parallèlement au filtre 9 polarisant linéaire réflectif. De préférence, la lame quart-d'onde 7 est collée ou laminée sur le filtre polarisant 9. Ceci permet de réduire ou de corriger le déphasage introduit lors de la réflexion sur le miroir métallique qui est dû à l'angle d'incidence et aussi au mode de réalisation des miroirs, ceux-ci étant réalisés par des feuilles d'aluminium munies de couches diélectriques pour augmenter la réflectivité, notamment dans le bleu, ces couches introduisant elles aussi un certain déphasage. Le miroir métallique 7 introduit donc un déphasage variable qui a pour effet de transformer la polarisation circulaire en une polarisation élliptique. De ce fait, la polarisation sur le film polarisant linéaire est, elle aussi, élliptique. Il existe un autre moyen permettant de corriger le déphasage. Ce moyen consiste à positionner la première lame quart-d'onde 7' de telle sorte qu'elle fasse un angle 0 avec l'axe optique de projection différent de 90 de manière à donner un déphasage différent pour chaque rayon. On décrira maintenant avec référence à la figure 4, un autre mode de réalisation d'un système de projection conforme à la présente invention. Dans ce cas, le faisceau issu du projecteur non représenté est lui aussi un faisceau polarisé linéairement 2. Il est envoyé sur le miroir 8 à travers la lame quart-d'onde 7 qui est positionnée parallèlement au miroir de manière à transformer la polarisation linéaire en un polarisation quasi-circulaire comme expliqué ci-dessus. De préférence, la lame quart-d'onde est collée ou laminée sur le miroir 8. Ensuite, le faisceau 2, après réflexion sur le miroir 8 et passage à travers la lame quart-d'onde 7 de manière à transformer la polarisation circulaire en une polarisation linéaire, vient se réfléchir sur le filtre 9 polarisant linéaire réflectif. Il est renvoyé à nouveau sur l'ensemble lame quart-d'onde et miroir avant d'obtenir un faisceau polarisé linéairement et de manière à être transmis à travers le filtre polarisant linéaire réflectif, comme représenté clairement sur la figure 4. Dans la description ci-dessus, on a utilisé comme projecteur un projecteur à cristaux liquides donnant en sortie un faisceau polarisé linéairement. Dans le cas o l'on utilise un projecteur donnant en sortie un faisceau non polarisé, on prévoit un moyen permettant de polariser le faisceau linéairement, ce moyen étant positionné avant la lame quart-d'onde (7, 7'). A titre d'exemple, un filtre polarisant linéaire réflectif particulièrement intéressant pour les modes de réalisation décrit ci-dessus, est constitué par le film vendu par la Société "3M" sous la marque DBEF. Toutefois, d'autres moyens peuvent aussi être utilisés tels qu'un filre cholestérique associé à une lame quart d'onde, un film holographique en volume fonctionnant aux conditions de Brewster pour les différentes couches. Dans la description, le moyen utilisé pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire est constitué par une lame quart d'onde. Toutefois, il est évident pour l'homme de l'art que d'autres moyens peuvent être utilisés, à savoir des moyens utilisant la biréfringence tels que des matériaux biréfringents naturels (exemple: mica), des matériaux biréfringents artificiels (film PMMA ou autres films plastiques obtenus par étiage) et des moyens utilisant la réflexion tels que la réflexion totale interne (TIR) dans un verre (comme le déphasage dépend de l'angle d'incidence et est d'environ 45 , deux réflexions internes sont nécessaires pour obtenir une polarisation circulaire à partir d'une polarisation linéaire à 45 ). Dans le mode de réalisation ci-dessus, le faisceau lumineux traverse quatre fois la lame quart-d'onde. Au cas o la correction du déphasage ne serait pas suffisante ou optimale pour toutes les longueurs d'ondes ou les angles d'incidence et selon une caractéristique supplémentaire de la présente invention, une lame à retard de précorrection peut être ajoutée en sortie de l'objectif de projection. Cette dernière sera choisie de manière à ajouter ou à retrancher une valeur de retard bien particulière en fonction de la direction dans l'espace de chaque rayon émis par la pupille de sortie de l'objectif de projection. Divers perfectionnements peuvent être apportés aux deux modes de réalisation décrits ci-dessus. Afin d'éliminer les images parasites dues aux rayons transmis par le filtre polarisant 9, notamment lors de la première réflexion, un polariseur absorbant non représenté sur les figures est positionné en sortie du filtre polarisant linéaire non réflectif 9. Dans ce cas, l'axe passant du polariseur absorbant est parallèle à l'axe passant du filtre polarisant linéaire réflectif 9. Ce nouveau polariseur absorbe la lumière transportant les images parasites. Il permet d'augmenter le contraste du projecteur lorsque celui-ci est plongé dans une ambiance lumineuse telle qu'une pièce éclairée. Ainsi, la lumière polarisée linéairement par le filtre polarisant linéaire réflectif 9 est transmise à travers le filtre réflectif alors que la lumière naturelle non polarisée est d'abord à moitié absorbée par le polariseur absorbant. L'autre moitié traverse ce polariseur et est réfléchie en partie sur l'écran et de nouveau transmise par les polariseurs réflectifs et absorbant subissant ainsi une atténuation totale d'au moins 25%. Ceci permet d'améliorer le contraste des images d'un facteur 3 par comparaison avec un projecteur ne présentant pas de polariseur absorbant en sortie de l'écran. D'autre part, pour réaliser une pré-correction du déphasage, une lame quart d'onde est positionnée près de la valve optique, après l'analyseur. On peut donc corriger le déphasage point par point par une sorte de lame "patternée" de retard différent. REVENDICATIONS 1. Système de projection du type comportant un projecteur émettant un faisceau lumineux, un écran et des moyens faisant subir plusieurs réflexions au faisceau lumineux avant de l'envoyer sur l'écran, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent: - un moyen pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasicirculaire (7, 7'); - un filtre polarisant linéaire réflectif (9), et - un miroir (8), le faisceau lumineux issu du projecteur étant polarisé linéairement et traversant un moyen pour transformer la polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire avant d'être envoyé sur le miroir. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (7) pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasicirculaire est associé au filtre (9) polarisant linéaire réflectif, le faisceau issu du projecteur traversant un second moyen (7) pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second moyen fait un angle avec l'axe optique du faisceau. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (7) pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasicirculaire est associé au miroir (8), le faisceau issu du projecteur traversant ledit moyen. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 2 et 4, caractérisé en ce que le moyen pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire est collé ou laminé sur le filtre ou sur le miroir. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen pour transformer une polarisation linéaire en une polarisation quasi-circulaire est constitué par une lame quart-d'onde. 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre polarisant linéaire réflectif est constitué par le film vendu par la société "3M" sous la marque "DBEF". 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le projecteur est un projecteur à cristaux liquides émettant un faisceau lumineux polarisé linéairement. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, si le projecteur émet un faisceau lumineux non polarisé, un moyen polarisant linéairement la faisceau lumineux est prévu en sortie du projecteur. 10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un filtre polarisant linéaire absorbant positionné en sortie du filtre polarisant linéaire réflectif, l'axe passant du filtre absorbant étant parallèle à l'axe passant du filtre réflectif.