Brevet FR2886416A1 — publié le 20061201

La présente invention concerne un dispositif permettant d'attaquer, à l'aide d'une matrice de faisceaux lumineux, le dernier étage d'un vidéo projecteur de 2ème génération pour le cinéma numérique, afin de réaliser la projection sur grand écran d'un signal vidéo RVB à ultra haute définition, utilisant comme source lumineuse un laser de faible / moyenne puissance ou de la lumière blanche générée, p.ex. par une lampe au xénon de très forte intensité. La souplesse du dispositif optique spatial et fréquentiel en autorise l'application dans le champs des télécommunications (p.ex. routeur, multiplexeur / démultiplexeur en longueur d'onde, aiguilleur, coupleur, analyseur de polarisation,...). La projection dans les salles de Cinéma est traditionnellement réalisée à base de projecteur à pellicules 35mm ou 70mm. Il existe un certain nombre d'implémentations, à base de technologie DLP ou LCD, qui permettent d'atteindre une résolution de 2K x 1K, ainsi qu'un prototype, à base de technologie GLV, supportant 2K x 4K pixels. L'utilisation de ces technologies appliquées à des résolutions élevées, induit des coûts exponentiels liés au développement des composants de bases (boîtiers DLP, GLV et matrice LCD). L'utilisation de composants métalliques microscopiques (micro-miroirs DMD pour la technologie DLP et de microlamelles pour le GLV), induit des problèmes de champ magnétique résiduel, de résonance, de vieillissement (suite aux torsions multiples et répétées) , d'oxydation ainsi qu'une limitation en ce qui a trait à la fréquence de battement / rafraîchissement maximale pouvant être atteinte. Au niveau LCD les problèmes principaux résident dans l'utilisation; 1) de filtres dichroïques induisant des pertes de transmission et une distorsion des composants de base de la couleur (mélange RVB, gamme et température) au niveau du signal lumineux reconstitué, 2) de matrices d'obturation LCD ayant une fréquence maximale d'activation / désactivation (cycle d'obturation) limitée. Ces effets conjugués rendent difficile l'optimisation du couple mélange/température de la couleur avec un niveau de contraste suffisant, requis par les cinéphiles. Le champ d'application est orienté Cinéma Numérique très haut de gamme dans un premier temps, et pourra être ré-appliqué à d'autres segments de marché (p. ex. le Home Cinéma ) une fois que le niveau d'intégration (réduction de la taille du mécanisme) et les coûts d'industrialisation auront été suffisamment optimisés. Le dispositif selon l'invention permet de reproduire, sur un écran de projection de taille et de forme variable, une séquence d'images couleur à Ultra Haute Définition (UHD), à l'aide d'une source lumineuse, grâce à une tête matricielle de routage de faisceaux lumineux à adressage fréquentiel. L'enjeu est de préserver à la sortie les caractéristiques intrinsèques du signal d'origine (gamme, mélange, température de la couleur, résolution / définition, niveau de contraste,...). La vidéo projection réalisée par un dispositif presque entièrement optique (faisceau lumineux + miroirs/filtres) est optimisée, car elle n'implique qu'une série de 2886416 -2 réflexions/transmissions sur des miroirs/filtres, qui en définitive ne subiront qu'une usure mécanique en surface très réduite. Ce dispositif permet de générer un faisceau lumineux matriciel (1), à l'aide d'une combinaison de sources lumineuses, p.ex. (2), (3) et (4) de faible/moyenne puissance, supportant p. ex. les trois couleurs de base (le rouge, vert et le bleu), de type laser ou source de lumière blanche filtrée ou non, et de "n" x "m" miroirs (5) d'une certaine taille et forme défini en fonction de l'application visée, réalisant un filtrage approprié, découlant de la construction du miroir/filtre. Le dispositif comporte un certain nombre de matrices, p.ex. (6), (7), (8) et (9) de miroirs/filtres alignés géométriquement orientant et filtrant les faisceaux lumineux (10) dans le but de générer un élément matriciel/symbole (1) de projection. Le dispositif s'affranchit d'une fonction de balayage grâce à un codage fréquentiel de la position de chaque élément matriciel. La commande numérique permet de contrôler l'allumage des sources lumineuses en fonction de la configuration de la matrice/symbole d'affichage recherché à un instant t donné. Cette élément matriciel/symbole sera balayé sur une surface de projection afin de générer une séquence d'image vidéo complexe. Le principe de fonctionnement implique le balayage matriciel de faisceaux lumineux sur une zone donnée (p.ex. une partie d'un écran de projection), par insertion d'un peigne de fréquences correspondant à une partie spécifique du spectre sur lequel on applique un certains nombre de réflexions/transmissions, au travers d'un agencement matriciel de miroirs/filtres. Le faisceau aura un diamètre qui se tiendra à l'intérieur d'une plage d'environ 0,03 mm à 10 mm (à déterminer en fonction des applications visées) en sortie du bloc de projection. Au lieu d'utiliser un balayage traditionnel spatial et temporel d'une zone d'écran, une technique fréquentielle de balayage est employée au travers de miroirs/filtres recouverts d'une fine couche métallisée, permettant de réfléchir et/ou transmettre un faisceau lumineux sur une surface d'affichage matricielle. Chaque peigne constitué d'un certain nombre de fréquences, dépendant de la structure de la matrice visée (n x m), permet de coder le symbole matriciel en sortie. La fréquence de pulsation des peignes représente la période de rafraîchissement de l'ensemble des points de la matrice réalisée de façon simultané. Sur chacune des fréquences la modulation d'intensité représente la période de rafraîchissement de chaque pixel. Le peigne en entrée rencontre une succession de miroirs/filtres qui, en fonctions de leurs caractéristiques, transmettent une partie du spectre et en réfléchissent l'autre. La succession de miroirs/filtres élémentaires permet donc une répartition géométrique matricielle du faisceau incident. Selon les modes particuliers de réalisation: Le dispositif (FIG. 1) est éclairé par un spectre de lumières discret ou continu. Selon l'application visée, les miroirs/filtres pourront avoir des caractéristiques identiques ou non. 2886416 -3 Un ensemble de miroirs/filtres ayant des caractéristiques fréquentielles identiques mais un pas variable du taux de transmission/réflexion permet de créer une matrice de n x m faisceaux lumineux à partir d'une source ponctuelle. Un ensemble de miroirs/filtres ayant des taux de transmission/réflexion identiques mais 5 des caractéristiques fréquentielles à pas variable permettent au dispositif de se comporter en multiplexeur démultiplexeur fréquentiel selon le sens de parcours de la lumière. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente une perspective du dispositif complet de l'invention. La figure 2 représente, en coupe, un miroir/filtre élémentaire. La figure 3 représente en coupe une succession de miroirs/filtres élémentaires constituant une partie d'une ligne ou colonne d'un étage de la matrice. La figure 4 représente une perspective de l'étage inférieur de la matrice. La figure 5 représente une perspective de l'un des étages supérieurs de la matrice. La figure 6 représente une coupe d'une partie des étages supérieurs de la matrice permettant le 15 découpage et la recombinaison spectrale et spatiale de chaque pixel. La figure 7 représente la vue en coupe d'une variante du dispositif réalisée avec un ensemble de sources réparties autour d'un axe, composé p. ex. d'une ou plusieurs couronnes de tailles croissantes et superposées accueillant un certain nombre de miroirs/filtres. La figure 8 représente la vue de face d'une variante du dispositif réalisée avec un ensemble de source répartie autour d'un axe composé de plusieurs couronnes de miroirs/filtres. La figure 9 représente une vue de face des couronnes de miroirs/filtres de la variante. La figure 10 représente une vue de face des matrices de miroirs/filtres de la variante, disposés en forme de pyramide, p.ex. sur trois étages de surfaces croissantes accueillant, p.ex. 4, 12 et 20 miroirs/filtres. La figure 11 représente un des miroirs/filtres du dispositif inclinés, p. ex. A 45 degrés. En référence à ces dessins, le dispositif (FIG.1) comporte une série d'étages inférieurs et supérieurs composés d'un certains nombres de miroirs/filtres définis en fonction de l'applications visées. Le composant élémentaire, miroirs/filtres (FIG. 2) est constitué d'un prisme ou d'une lame recouverte d'un traitement. En fonction de l'application visée, ce traitement permet de transmettre ou réfléchir une proportion (p. ex. une portion d'intensité, une portion spectrale de la polarisation, ... ou toute combinaison) des caractéristiques du faisceau incident. Selon les techniques de réalisations, le composant élémentaire miroir / filtre est intégré dans la masse du dispositif ou est déposé en surface. L'enchaînement de m filtres/miroirs (FIG. 3) pour une succession de miroirs sélectifs en longueurs d'ondes par exemple, permet de séparer spatialement le faisceau incident (10) en m faisceaux de composantes spectrales différentes (12), (13) et (14). Chacune des composantes spectrales est déterminée par les caractéristiques des miroirs/filtres lors de leur construction. L'étage inférieur (FIG. 4) comporte une succession de m miroirs/filtre élémentaires sur p lignes (p. ex. trois lignes représentant les trois couleur de bases RVB). Chacune de ces surfaces alignées permet d'adresser spatialement une des m colonnes de n surfaces alignées d'un étage de supérieur (FIG. 5) de la matrice. La matrice inférieure adresse donc une colonne de la matrice de faisceaux sortant du dispositif. Les étages supérieurs réalisent, comme le montre par exemple la figure 6 pour des miroirs/filtres sélectifs en longueurs d'ondes, la sélection de la position du faisceau sur la colonne grâce à une succession de miroirs/filtres (15), (16) et (17). La superposition des p étages supérieurs permet la recomposition du spectre de chaque faisceau (18) et (19) composant la matrice de sortie du dispositif (p. ex. la composante RVB de chaque pixel de la matrice). Selon la configuration et l'application visée, grâce à sa réversibilité, le dispositif peut-être utilisé non seulement pour obtenir une matrice de faisceaux particuliers à partir d'un seul ou plusieurs faisceaux incident (p. ex. la génération simultanée d'une matrice de pixels RVB représentant une image à partir d'un codage fréquentiel de l'information), mais aussi de générer un ou plusieurs faisceaux à partir d'une matrice de faisceaux incident (p. ex. la génération d'un codage fréquentiel d'une image). Autres variantes d'implémentation, le dispositif (FIG. 7) permettant de générer un faisceau laser matriciel alimentant le dernier étage d'un équipement de vidéo projection numérique, à l'aide d'une combinaison de source laser de faible /moyenne puissance supportant les trois couleurs de base (le rouge, vert et le bleu), et d'un prisme à miroirs. Le dispositif comporte un certains nombres d'anneaux (20) accueillant les têtes lasers (21) orientées vers le centre de ce dernier (FIG. 8), où se trouve les miroirs/filtres (FIG. 11) permettant d'aligner chacun des faisceaux laser dans le but de générer un élément matriciel/symbole (22) de projection. Les miroirs/filtres sont disposés sur un certains nombres de couronnes (FIG. 9) en rotation ou non de façons à générer la matrice de faisceaux lumineux désirés. Une commande numérique permettra de contrôler l'allumage des têtes lasers en fonction de la configuration de la matrice/symbole recherchée à un instant t donné. Cette élément matriciel/symbole sera balayé sur une surface de projection permettant de générer une séquence d'image vidéo complexe. Le système sera appliqué dans un premier temps au Cinéma Numérique très haut de gamme et puis par la suite au Home Cinéma . REVENDICATIONS 1) Dispositif (FIG. 1) permettant de réaliser la vidéo projection numérique d'une matrice de pixels (1), à l'aide de faisceaux lumineux issue d'une ou plusieurs sources, p.ex. (2), (3) et (4) de type laser ou lumière blanche, et ce par réflexions/transmissions successives sur des miroirs/filtres (11) comportant un alignement géométrique de type matriciel. 2) Dispositif (FIG. 1) selon la revendication 1 représentant une structure matricielle caractérisée par un alignement des miroirs/filtres (11) inclinés (26) répartis sur 1 à "x" étages, p.ex. (6), (7), (8) et (9) , permettant de générer par une série de réflexions/transmissions successives (FIG. 3) et (FIG. 6) le balayage simultané d'une matrice de points (1), grâce à un codage fréquentiel et spatial de chacun des pixels élémentaires à l'intérieur de la matrice de faisceaux lumineux. Les surfaces enduites d'une très fine couche métallisée ayant des propriétés de filtrage spécifique permettront de constituer, à partir d'un peigne de fréquences en entrée, une matrice de faisceau à la sortie des 1 à "x" étages supérieurs de la matrice, p.ex. (6), (7) et (8). 3) Dispositif (FIG.1) selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les sources, p.ex. (2), (3) et (4), doivent permettre de générer un peigne de fréquence pulsé, discret ou continu (10) , où chacune des fréquences constituantes est modulée en amplitude, à l'intérieur d'un faisceau associé à un des pixels d'une matrice de points, avec une période permettant la génération d'une séquence d'image vidéo. Chaque peigne (10) constitué d'un certain nombre de fréquences, découlant de la structure de la matrice visée (FIG. 4) et/ou (FIG. 5), permet de coder le symbole matriciel en sortie. 4) Dispositif (FIG. 1) selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il est composé d'étages inférieurs (FIG. 4) et supérieurs (FIG.5) formant une distribution matricielle d'éléments (FIG. 11) permettant la réflexion, la transmission et/ou le filtrage (FIG. 2) du faisceau incident en fonction d'une ou plusieurs de ses caractéristiques physiques. Par exemple, de la fréquence de coupure particulière imposée par la structure de la surface métallique, spécifique à chacune des facettes, elle même fonction de sa position dans le groupe de matrices, p.ex. (6), (7), (8) et (9). 5) Dispositif (FIG. 1) selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est utilisé dans le sens inverse permettant de recombiner une matrice de faisceau (1) à partir des caractéristiques physiques associés à un ou plusieurs faisceaux, p.ex. (2), (3) et (4), en codant la position physique de chacun des faisceaux à l'intérieur de la matrice en entrée (1) . Ce dispositif permet p.ex. de réaliser une fonction de multiplexage fréquentiel par REVENDICATIONS recombinaison, sous forme d'un peigne, des différentes fréquences propres aux faisceaux incidents. 6) Dispositif (FIG. 7) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il représente une variante de réalisation d'une matrice de faisceaux lumineux (22) à l'aide d'une combinaison d'anneaux (FIG. 8) intégrant un certain nombre de sources (21) orientées vers le centre de chaque anneau, comportant un certain nombres d'étages de couronnes (FIG. 9) ou de pyramides (FIG. 10) en rotation ou non, sur lesquels sont répartis un certain nombre d'éléments miroirs/filtres (FIG. 11) inclinés avec un angle (26) permettant une réflexion normale (27) par rapport au dispositif (FIG. 7) et (FIG. 8). 7)Dispositif (FIG. 11) selon les revendications 1 à 6 caractérisés en ce qu'ils permettent la réflexion et/ou le filtrage d'un faisceau incident (10) en surface (11) ou dans la masse (23), lui-même étant dans la masse ou déposé en surface du dispositif (FIG. 1), intégrant les dispositifs (FIG. 4) et (FIG. 5), et du dispositif (FIG. 7) intégrant les dispositifs (FIG. 8) et (FIG. 9) ou (FIG. 10).