Brevet FR2880699A1 — publié le 20060714

RETROPROJECTEUR DE FAIIBLE ENCOMBREMENT 1. Domaine de l'invention. La présente invention concerne un rétroprojecteur de faible 5 encombrement pour une taille d'écran donnée. 2. Etat de l'art. Selon l'état de la technique, on connaît des rétro-projecteurs tel que le rétro-projecteur 1 illustré en regard de la figure 1. Le rétro-projecteur 1 comprend: un coffret 17; une source d'imagerie 10; - un objectif 11 éclairé par un faisceau d'imagerie produit par la source 10; - un premier miroir de repli 12 qui replie le faisceau incident 15 15 issu de l'objectif 11; - un second miroir de repli 13 qui replie le faisceau incident 15 en provenance du premier miroir de repli 12 et qui fait un angle voisin de 36 avec la verticale; et - un écran de rétroprojection 14 vertical et de hauteur h1. Le faisceau 15 est symétrique, par rapport à son axe optique 16. Comme indiqué sur la figure 1, afin que l'objectif et la source d'imagerie ne coupent pas le faisceau, il est nécessaire qu'ils soient placés sous l'écran 14. Aussi, de tels rétroprojecteurs présentent l'inconvénient d'avoir une hauteur h2 sous écran (ou chin en anglais) relativement élevée. Ainsi, l'encombrement en vue de face est relativement grand, alors que sur un téléviseur à tube classique ou à écran LCD ou plasma, cette hauteur sous écran est relativement faible. 3. Résumé de l'invention. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients de l'art 30 antérieur. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de réduire la hauteur sous écran dans un rétro-projecteur tout en conservant une profondeur relativement réduite. A cet effet, l'invention propose un dispositif de rétro-projection 35 comprenant une source d'imagerie, un objectif, un miroir de repli et un écran de projection, la source d'imagerie transmettant un faisceau d'imagerie à travers l'objectif vers le miroir de repli, le miroir de repli réfléchissant le faisceau vers l'écran de projection. Selon l'invention, l'angle entre la surface du miroir de repli et le écran est supérieur ou égal à 45 et l'axe optique du faisceau frappe le écran dans une zone adjacente au bord opposé à l'objectif, la zone ayant une hauteur inférieure ou égale au quart de la hauteur de l'écran. Préférentiellement, la zone a une hauteur inférieure ou égale au dixième de la hauteur de l'écran. Selon une caractéristique particulière, l'angle entre la surface du miroir de repli et l'écran est inférieur ou égal à 55 . Selon une caractéristique avantageuse, la distance minimale entre le miroir de repli et l'écran est inférieure ou égale à 5 cm et préférentiellement à 1 cm. Selon une caractéristique particulière, l'objectif est un objectif grand angulaire, avec un premier angle de demi--champ supérieur ou égal à 50 . Avantageusement, l'objectif comprend un groupe arrière et un groupe avant séparés par un miroir de renvoi. Préférentiellement, la distance optique entre la pupille de sortie et l'écran est inférieure ou égale à la hauteur de l'écran. 4. Liste des figures. L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 illustre un rétro-projecteur connu en soi; la figure 2 est un rétro-projecteur selon un mode particulier de réalisation de l'invention, suivant une vue latérale; et les figures 3 et 4 présentent un rétro- projecteur correspondant à une variante de réalisation de l'invention suivant respectivement une vue latérale et de face. 5. Description détaillée de l'invention. La figure 2 présente un rétro-projecteur 2 selon un mode particulier de réalisation de l'invention qui comprend: un coffret 27; une source d'imagerie 20 (typiquement une source produisant un faisceau d'illumination et un imageur éclairé par le faisceau d'illumination à travers des éléments optiques appropriés; l'imageur est, par exemple, un DMD ( Appareil à Micromiroirs Numériques de l'anglais Digital Micromirrors Device de la société Texas Instruments ), un LCD transmissif (Afficheur à cristaux liquides, de l'anglais Liquid Crystal Display ) ou un LCOS (Cristal liquide sur du silicium de l'anglais Liquid Crystal On Silicon )). un objectif 21 éclairé par un faisceau d'imagerie produit par la source 20; un miroir de repli 23 plan qui replie le faisceau incident 25 issu de l'objectif 21; et un écran de rétroprojection 24 de hauteur h. L'objectif 21 est préférentiellement un objectif grand angulaire, c'est-à- dire avec un angle y de demi-champ supérieur ou égal à 50 . Dans le mode de réalisation de la figure 2, il est égal à 54 . L'axe optique du faisceau incident 25 fait un angle a avec la normale du miroir de repli 23 préférentiellement compris entre 48 et 50 et plus généralement strictement supérieur à 45 et inférieur ou égal à 55 selon l'invention, ce qui permet d'avoir une profondeur la plus faible possible. Les normales du miroir 23 et de l'écran 24 sont dans un même plan. Le miroir 23 et l'écran 24 sont symétriques par rapport à un plan médian vertical du rétro-projecteur 2; l'axe optique du faisceau 25 avant et après réflexion sur le miroir 23 est également dans ce plan médian. Selon l'invention, l'axe optique 250 du faisceau 25 frappe l'écran 24 dans sa partie supérieure en supposant que l'objectif est dans la partie inférieure du coffret 27, le faisceau 25 se propageant de bas en haut avant de frapper le miroir 23. Plus, précisément, l'axe optique 250 frappe l'écran 24 dans une zone notée A sur la figure 2 dont la hauteur est préférentiellement inférieure ou égale au quart de la hauteur de l'écran 24 et encore plus préférentiellement au dixième: en notant h' la distance de l'axe optique 250 au point d'impact sur l'écran 24 avec le sommet de l'écran 24, et h la hauteur de l'écran 24, h' est inférieure ou égale à h/4 et encore plus préférentiellement à h/10. Le miroir 23 renvoie tout le faisceau 25 vers l'écran 24. II est préférentiellement trapézoïdal. Selon une variante de réalisation, il est rectangulaire. Le coté supérieur du miroir 23 est parallèle à l'écran 24. Le supérieur du miroir 23 et l'écran 24 sont préférentiellement sensiblement adjacents, avec une distance d les séparant inférieure ou égale à 5 cm et préférentiellement à 1 cm. Selon l'invention, l'angle R que fait le miroir 23 avec l'écran 24 est supérieur à 45 et préférentiellement compris entre 48 et 50 et plus généralement strictement supérieur à 45 et inférieur ou égal à 55 . Plus l'angle p est faible et plus le miroir 23 et l'écran 24 sont proches, plus la profondeur p du coffret 27 est faible et peut se rapprocher de la moitié de la hauteur de l'écran 24. L'image projetée est sensiblement hors d'axe (en anglais off- axis ), l'angle y' que fait l'axe optique 250 du faisceau 25 en sortie de l'objectif 21 avec le rayon 251 le plus proche de l'écran est, par exemple, égal à 6 tout en restant inférieur à 20 et préférentiellement inférieur ou égal à 15 . Selon l'exemple illustré, h' est par exemple voisin de 62 mm pour y' valant 6 , avec une distance optique dl entre la pupille de sortie de l'objectif 21 (dont l'image P avant pliage du faisceau est représentée sur la figure 2) valant 590 mm et une hauteur d'écran h valant 620 mm. D'une manière générale, plus l'axe optique frappe haut le miroir et plus l'objectif est proche de l'écran, plus y' est petit. Le faisceau 25 avant pliage effectué par le miroir de repli 23 sont représentés en pointillés sur la figure 2. On note que cette façon de plier va à l'encontre des préjugés de l'homme du métier qui ne plie pas le faisceau de projection de cette manière avec en particulier un angle F3 entre la surface du miroir de repli et l'écran supérieur ou égal à 45 et préférentiellement inférieur ou égal à 55 et un axe optique 250 du faisceau 25 frappant l'écran 24 dans une zone sensiblement adjacente au bord de l'écran 24 opposé à l'objectif 30, cette zone ayant une hauteur inférieure ou égale au quart de la hauteur de l'écran et préférentiellement au dixième de la hauteur de l'écran. Cette disposition inhabituelle fait, selon l'invention, que le champ central voisin du haut de l'écran correspond au champ voisin de l'axe optique. L'écran 24 est un écran formé d'une lentille de Fresnel de préférence réfractive associée à un écran lenticulaire, l'écran 24 étant adapté à couvrir des angles d'incidence cl) proches de 0 jusqu'à des valeurs relativement élevées (et cependant limité à environ 60 ). Cet écran est préférentiellement de type réfractif. La configuration des différents éléments du rétroprojecteur et notamment du miroir 23 et de l'écran 24 permet de ne pas être gêné par la lumière parasite obtenue par réflexion du faisceau d'imagerie sur l'écran 24: pour les grands angles d'incidences, où les pertes par réflexion sont les plus grandes, la lumière parasite n'est pas redirigée vers un miroir; elle ne peut donc pas retourner vers l'écran 24 et ne nuit donc pas à la qualité de l'image sur l'écran 24. Ceci est illustré sur la figure 2 par un rayon du faisceau d'imagerie 260 qui est principalement transmis vers un spectateur sous la forme d'un rayon 261 et dont un rayon parasite 262 obtenu par réflexion sur l'écran 24 est perdu sans nuire à la qualité de l'image. La source d'imagerie 20 et l'objectif 21 sont bien sûr positionnés 10 de sorte qu'il ne gênent pas la propagation du faisceau 25 notamment après réflexion sur le miroir 23. De cette manière, dans les rétro-projecteurs avec écrans de grande taille, (par exemple écrans 16/9ème de taille supérieure à 1106x620mm), la source d'imagerie 20 et l'objectif 21 peuvent être contenus dans le gabarit de l'écran 24 en vue de face. Afin de faciliter le p lacement de la source d'imagerie 20 dans un tel gabarit, selon une variante de réalisation de l'invention, la source d'imagerie comprend un miroir plan de renvoi entre l'imageur et l'objectif 21 de sorte que l'axe optique du faisceau d'imagerie avant renvoi soit sensiblement horizontal. Dans ce cas, les différents éléments de la source d'imagerie à l'exception du miroir de renvoi sont placés sur un coté du rétro-projecteur. Selon une variante de réalisation de l'invention particulièrement bien adaptée à des rétro -projecteurs avec écrans de petite taille (par exemple écrans 16/9ème de taille inférieure ou égale à 1106x620mm), l'objectif est plié pour que la source d'imagerie 20 et l'objectif 21 soient contenus dans le gabarit de l'écran 24 en vue de face. Un rétro- projecteur 3 selon une telle variante est illustrée sur les figures 3 et 4. Le rétro-projecteur 3 comprend des éléments similaires aux éléments 23, 24 et 27 du rétroprojecteur 2; leur agencement sont également similaires. Ils portent donc les mêmes références et ne seront pas décrits davantage. Le rétro-projecteur 3 comprend: une source d'imagerie 32 similaire à la source 20; - un objectif 30 comprenant un groupe arrière 301 de lentilles et un groupe avant 300 de lentilles; un premier miroir de renvoi 33 repliant le faisceau d'imagerie issu de la source 32 vers le groupe arrière de lentilles 301; et un second miroir de renvoi 34 repliant le faisceau d'imagerie issue du groupe arrière 301 vers le groupe avant 300. Ces éléments 30 et 32 à 34 sont placés sous le faisceau 25 issu du groupe avant de lentilles 300 de sorte à ne pas gêner sa propagation. L'axe optique du miroir 34 et des groupes arrière 301 et avant 300 est dans le plan médian de l'écran 24. L'axe optique du groupe avant 300 est incliné de sorte que le groupe avant 300 éclaire le miroir 23 avec un faisceau 25 similaire à celui décrit en regard de la figure 2. Le miroir 34 et le groupe arrière 301 sont orientés de sorte que l'axe optique du groupe arrière 301 soit renvoyé vers l'axe optique du 15 groupe avant 300. La source 32 possède un axe optique qui n'est pas dans le plan médian de l'écran 24. Ainsi, la profondeur p du coffret 27, sa largeur et sa hauteur ne sont pas augmentées. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits précédemment. En particulier, le rétro-projecteur peut être orienté différemment (les parties hautes et basses étant, par exemple, inversées (l'axe optique du faisceau frappant le miroir étant orienté du haut vers le bas) ou devenir des parties droite et gauche (l'axe optique du faisceau frappant le miroir ou l'écran étant horizontal)). L'écran du rétro-projecteur peut avoir différentes tailles (par exemple 15", 21") et/ou différents formats (par exemple 16/9ème ou 4/3). L'homme du métier pourra également, selon l'invention, mettre en oeuvre un source d'imagerie quelconque comprenant une ou plusieurs sources d'illumination, un ou plusieurs imageurs avec des éléments optiques (miroirs, polariseurs, lentilles et/ou prismes par exemple) appropriés. 7 REVENDICATIONS 1. Dispositif de rétro-projection (2,3) comprenant une source d'imagerie (20), un objectif (21, 30), un miroir de repli (23) et un écran de projection (24), ladite source d'imagerie transmettant un faisceau d'imagerie (25) à travers ledit objectif vers ledit miroir de repli, ledit miroir de repli réfléchissant ledit faisceau vers ledit écran de projection, caractérisé en ce que l'angle (R) entre la surface dudit miroir de repli et ledit écran est supérieur ou égal à 45 , et en ce que l'axe optique (250) du faisceau frappe ledit écran dans une zone (A) adjacente au bord opposé à l'objectif, ladite zone ayant une hauteur (h') inférieure ou égale au quart de la hauteur de l'écran (h). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone a une hauteur inférieure ou égale au dixième de la hauteur de l'écran. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'angle entre la surface dudit miroir de repli et ledit écran est inférieur ou égal à 55 . 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la distance (d) minimale entre ledit miroir de repli et ledit écran est inférieure ou égale à 5 cm. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la distance minimale entre ledit miroir de repli et ledit écran est inférieure ou égale à 1 cm. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit objectif est un objectif grand angulaire, avec un premier angle de demi-champ (y) supérieur ou égal à 50 . 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit objectif (30) comprend un groupe arrière (301) et 35 un groupe avant (300) séparés par un miroir de renvoi. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la distance (dl) optique entre la pupille de sortie et ledit écran est inférieure ou égale à la hauteur dudit écran.