Brevet FR2915797A1 — publié le 20081107

Dispositif et procédé de calibration d'une source lumineuse L'invention concerne un dispositif de calibration d'une source lumineuse. Les grands constructeurs de périphériques informatiques et en particulier de moniteurs et de télévisions entrent actuellement dans une nouvelle phase de compétition où la fidélité des couleurs est un paramètre clef. Ces dernières années, et en dehors des paramètres standards de différenciation (coût, esthétisme, dimensions), la compétition avait principalement porté sur la vivacité des couleurs. L'avènement de la chaîne numérique personnel (photo, écran, impression) ne permet plus de mener un tel raisonnement de conception, le besoin utilisateur résidant aujourd'hui dans la fidélité des couleurs de l'ensemble de cette chaîne. Pour fidéliser l'espace de couleur, un standard existe pour l'ensemble de la chaîne numérique c'est le sRGB qui est l'acronyme de standardisé Red (Rouge), Green (Vert), Blue (Bleu). Le sRGB est un espace colorimétrique dont le but est de faire correspondre les couleurs entre les appareils et les applications tels que les écrans, les scanners, les imprimantes et les caméras numériques. Le sRGB permet de se passer de la gestion des couleurs en se basant sur la supposition que tous les périphériques RVB ont le même espace colorimétrique. Un grand nombre de matériels grand public adhère à cette norme comme les scanners grand public ou les appareils photo numériques. Les images qui sortent de ces périphériques sont des images sRGB et à l'autre bout de la chaîne, les laboratoires photographiques qui traitent les images numériques considèrent toutes les images qu'ils reçoivent comme des images sRGB, qu'elles soient ou non accompagnées de leur profil sRGB. Le sRGB est aussi devenu le standard pour la publication d'image sur l'internet. Cependant, tous les appareils (appareils photographiques, écrans ou imprimantes) n'ont pas le même espace colorimétrique (le gamut). Le gamut des moniteurs est issu d'une synthèse additive des couleurs Rouge, Vert, Bleu alors que celui des imprimantes est issu d'une synthèse soustractive de quatre couleurs Cyan, Magenta, Jaune et Noir. Les imprimantes professionnelles comportent trois couleurs supplémentaires : Cyan clair, Magenta clair et Gris. De ce fait, pour limiter les dérives de couleurs entre les différents appareils, on a recours à des méthodes de calibration permettant de faire coïncider le gamut de l'écran à celui de l'imprimante : le principe technique consiste à modifier les caractéristiques naturelles des écrans pour les faire correspondre à des caractéristiques standards, en utilisant des profils de calibration tel que ICC (acronyme de l'expression anglo-saxonne International Color Consortium). Un profil de calibration ICC est un fichier numérique décrivant la manière dont un périphérique rend compte des couleurs. Ce fichier contient ~o des informations colorimétriques sous formes de coordonnées colorimétriques (par exemple RVB ou CMJN). Le profil ICC fait le lien entre des coordonnées théoriques des couleurs que l'on souhaiterait atteindre et les coordonnées colorirnétriques des couleurs effectivement atteintes par le périphérique. Pour un écran, un scanner ou un appareil photographique 15 numérique, le profil est RVB et dans le cas d'une imprimante ou d'un traceur, il s'agit d'un profil CMJN. De plus, les technologies de fabrication propres aux écrans plats induisent une non standardisation des moniteurs. Alors que cette norme commençait à s'implanter avec les dernières générations de moniteur CRT :20 (possibilité d'implanter un réglage sRGB sur le moniteur en contrepartie d'une légère perte de saturation), les nouveaux écrans plats ne sont pas encore capable d'approcher le gamut de la norme sRGB et ne peuvent pas répondre au standard de cette norme. Standardiser les couleurs des écrans plats suppose soit de :25 procéder à une opération de calibrage de chaque moniteur en sortie de chaîne, soit d'intégrer un outil capable de réaliser cette opération au sein du moniteur. Aujourd'hui la plupart des moniteurs sont équipés d'un système de réglage des paramètres des couleurs (via les boutons en façade pour les moniteurs informatiques ou les menus de la télécommande pour les écrans 30 de télévision) mais le réglage se fait de visu et non pas par rapport à un étalon. Pour calibrer un écran LCD, il existe deux méthodes principales. Une première méthode consiste à calibrer l'écran de visu à l'aide d'un utilitaire spécialisé comme les mires des écrans télévision ou des utilitaires 35 tels que Adobe Gamma. Cette solution n'est pas très précise, et le résultat 3 dépend fortement de la personne qui calibre l'écran. Il est alors préférable de faire des contrôles avec une charte ou une image test. Une seconde méthode consiste à disposer d'une sonde, munie de ventouses pour se fixer sur l'écran. La sonde utilisée peut être soit un colorimètre, soit un spectrophotomètre. Le premier analyse la source à travers 3 ou 4 filtres, tandis que le second fait une mesure généralement tous les 10nm sur tout le spectre visible, en utilisant une grille de diffraction. Le spectrophotomètre est ainsi plus précis et fonctionne sans problème avec tous les types d'écran. Le principe de calibration repose sur la mesure de io couleurs affichées successivement à l'écran, et l'enregistrement des coordonnées L*a*b* correspondantes. Le profil de l'écran fait donc le lien entre les coordonnées RVB et les coordonnées L*a*b*. Cependant, les sondes sont relativement chères et réservées à un usage professionnel. 15 L'invention vise à pallier les problèmes cités précédemment en proposant un dispositif, intégré à l'écran, capable de capturer le spectre et de confronter celui-ci à une valeur de référence. En cas d'écart, le dispositif permet de faire varier le spectre du moniteur jusqu'à correspondance avec la valeur étalon. La mise en évidence du spectre optique est avantageusement 20 réalisée avec un réseau de Bragg holographique, la perception, par exemple, à l'aide d'une barrette CCD et la partie interprétation par une partie logicielle. L'utilisation d'un réseau de Bragg holographique permet de réduire la taille du dispositif de calibration. L'invention peut facilement être intégrée à un écran grâce à sa compacité et son faible coût de réalisation. 25 A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de calibration d'une source lumineuse en fonction d'un étalon comprenant un spectre optique de référence, comportant : - des moyens pour capturer la lumière émise par la source 30 lumineuse, - des moyens pour séparer le spectre de la lumière capturée, - des moyens pour acquérir le spectre séparé, - des moyens pour comparer le spectre émis par la source lumineuse au spectre de référence, 4 ù des moyens pour ajuster le spectre émis par la source lumineuse, caractérisé en ce que les moyens pour séparer les longueurs d'ondes de la lumière capturée comprennent un bloc optique dans le volume 5 duquel est formé un réseau holographique de diffraction. Avantageusement, le bloc optique est de forme parallélépipédique rectangle et comprend des strates successives présentant des variations d'indices, lesdites strates étant à faces parallèles entre elles et étant io inclinées par rapport à l'axe longitudinal du bloc. Avantageusement, lesdites strates sont formées de matériaux polymères ou de matériaux électro-optiques de type cristal liquide. 15 Avantageusement, la séparation spatiale du spectre de la lumière capturée, réalisée par le bloc optique, est linéaire. Avantageusement, le dispositif de calibration selon l'invention comprend des moyens automatiques pour comparer le spectre émis par la 20 source lumineuse au spectre de référence. Avantageusement, le dispositif de calibration selon l'invention comprend des moyens automatiques pour ajuster le spectre émis par la source lumineuse. Avantageusement, les moyens pour capturer la lumière émise par la source lumineuse comprennent un guide d'onde. Avantageusement, les moyens pour acquérir le spectre 3o comprennent système de conversion optique électronique, notamment un capteur CMOS, une barrette CCD ou une matrice CCD. Avantageusement, l'étalon est sous la forme d'un profil de calibration. 25 35 L'invention concerne aussi un dispositif d'affichage comprenant une source lumineuse, caractérisé en ce qu'il comporte le dispositif de calibration selon l'invention. L'invention concerne aussi un procédé de calibration d'une source lumineuse mettant en oeuvre le dispositif de calibration selon l'invention, caractérisé en ce que la calibration d'un paramètre de la lumière émise par la source lumineuse comprend les étapes suivantes : la séparation du spectre de la lumière émise, ~o l'acquisition de l'image de la lumière émise, la comparaison de l'image avec l'étalon, si l'image est identique à l'étalon ledit paramètre est calibré, si l'image est différente de l'étalon, l'ajustement du paramètre de la lumière émise par l'écran et la répétition de l'étape de 15 séparation du spectre de la lumière émise. Avantageusement, le procédé de calibration d'une source lumineuse selon l'invention comporte en outre l'étape suivante : la réception des paramètres du profil de calibration. 20 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée et à l'aide des figures parmi lesquelles : La figure 1 représente une architecture fonctionnelle du dispositif 2.5 de calibration selon l'invention. Les figures 2a et 2b représentent respectivement un dispositif de séparation spatiale linéaire de longueurs d'ondes et une vue en coupe dudit dispositif. La figure 3 représente un exemple de réalisation du dispositif 30 selon l'invention, intégré à une source lumineuse. La figure 4 représente le fonctionnement d'un écran LCD. La figure 5 représente différentes étapes du procédé de calibration selon l'invention. 6 La figure 1 représente une architecture fonctionnelle du dispositif de calibration d'une source lumineuse en fonction d'un étalon. Ledit dispositif comporte des moyens pour capturer 11 la lumière émise et la diriger vers un séparateur 12 de longueurs d'ondes. Ledit dispositif de calibration selon l'invention est remarquable en ce que ledit séparateur 12 de longueurs d'ondes comprend un bloc optique dans le volume duquel est formé un réseau holographique de diffraction. Ledit dispositif de calibration comprend en outre des moyens pour acquérir 13 les longueurs d'ondes séparées. Ces moyens sont de type capteur CCD et permettent de convertir la lumière en un signal électrique. Ledit dispositif de calibration comprend en outre des moyens pour comparer 14 les longueurs d'ondes émises par l'écran aux longueurs d'ondes de l'étalon et des moyens pour ajuster 15 les longueurs d'ondes émises par l'écran. La comparaison des longueurs d'ondes et l'ajustement des paramètres peut être fait manuellement par un utilisateur. Cependant, de façon avantageuse, les fonctions de comparaison et d'ajustement des paramètres peuvent être automatisées. Les figures 2a et 2b représentent respectivement un dispositif de séparation spatiale linéaire de longueurs d'ondes et une vue en coupe dudit dispositif. Ledit dispositif de séparation comprend un bloc optique 20 dans lequel est inscrit, par un procédé holographique, un réseau de diffraction fonctionnant en régime de Bragg. De façon avantageuse ledit bloc 20 est de forme parallélépipède rectangle allongé, en matériau photosensible dans le volume duquel un rayonnement approprié peut former des variations d'indice de réfraction par strates 21.1, 21.2, 21.n successives. Ces strates 21.1, 21.2, 21.n sont à faces parallèles entre elles et inclinées par rapport à l'axe longitudinal 22 du bloc 20. Le dispositif de séparation spatiale linéaire associe une position à chacune des longueurs d'onde XI, 2^.2 et %n. Ce dispositif est très compact et peut présenter par exemple une épaisseur LI de 200pm une profondeur L2 de 200pm et une largeur L3 de 2cm. Un mode de réalisation d'un tel dispositif est décrit dans le brevet français publié sous la référence 2 827 679. Avantageusement, les strates peuvent être composées par 35 différents types de matériaux. Lesdits matériaux peuvent être par exemple des matériaux polymères, des matériaux électro-optiques de type cristal liquide ou autres. La figure 3 représente un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, intégré à une source lumineuse. Le dispositif de séparation spatiale est positionné de façon à pouvoir capturer la lumière émise par la source lumineuse 31. Les moyens pour capturer la lumière émise comprennent de façon avantageuse un guide d'onde 32 pour guider la lumière vers les moyens pour séparer les longueurs d'ondes de ladite lumière. Lesdits moyens pour séparer les longueurs d'ondes de ladite lumière comprennent avantageusement le dispositif de séparation spatiale 33 décrit ci-avant. Son domaine spectral est au moins équivalent au gamut de l'oeil (400-700nm environ). Sa résolution est équivalente ou meilleure que celle des systèmes actuels (de 1 à 10nm). Les moyens pour acquérir les longueurs d'ondes séparées comprennent un système d'acquisition tel qu'une barrette 34 ou matrice CCD. Les moyens pour comparer les longueurs d'ondes émises par la source lumineuse aux longueurs d'ondes de l'étalon comprennent un compteur analogique, un microcontrôleur ou un microprocesseur en fonction de la complexité de réglage et du coût. Les moyens pour ajuster les longueurs d'ondes émises par la source lumineuse comprennent un logiciel de réglage des paramètres tels que les couleurs primaires de la source lumineuse. Un tel logiciel est hébergé par le système et traité par un microprocesseur ou microcontrôleur. L'invention concerne aussi un dispositif d'affichage comprenant une source lumineuse ainsi que le dispositif de calibration selon l'invention. Ledit dispositif d'affichage peut-être un écran LCD par exemple. La figure 4 représente le fonctionnellement d'un écran LCD. Dans un écran LCD, les cristaux liquides 55 vont modifier la propagation de la lumière ou plus Eco exactement sa polarisation. Si on leur applique un champ électrique, les molécules, de forme allongée, s'ordonnent naturellement de manière parallèle les unes aux autres. Le principe de l'écran LCD consiste à placer des cristaux liquides 55 en sandwich entre deux plaques 53, 57 gravées et orientées à 90 . L'écran est éclairé par l'arrière avec une lumière 51 35 polarisée par un polariseur vertical 52. Sous l'effet d'une tension appliquée à 8 une matrice de commande 54, les cristaux s'orientent progressivement dans le sens du champ électrique. La lumière est alors bloquée par un polariseur horizontal 58. Chaque pixel de l'image est constitué d'une cellule de ce type devant laquelle est placé un filtre coloré 56 rouge, vert ou bleu. Le dispositif de séparation spatiale 59 est positionné de façon à pouvoir capturer la lumière sortant du second polariseur 58. Une barrette CCD 50 permet d'acquérir les longueurs d'onde séparées. L'écran LCD comprend en outre une couche de verre 60 pour protéger l'ensemble. 1 o L'invention concerne aussi un procédé de calibration d'une source lumineuse. La figure 5 représente différentes étapes du procédé de calibration selon l'invention. Le procédé de calibration selon l'invention comporte les étapes suivantes pour régler successivement des paramètres de la lumière émise : 15 la séparation des longueurs d'ondes de la lumière émise 41, l'acquisition de l'image de la lumière émise 42, la comparaison de l'image avec l'étalon 43, si l'image est identique à l'étalon ledit paramètre est calibré 45, si l'image est différente de l'étalon, l'ajustement du paramètre de 20 la lumière émise par l'écran 44 et la répétition de l'étape de séparation des longueurs d'ondes de la lumière émise 41. Les paramètres ajustés pour un dispositif d'affichage comprennent : la luminosité, le contraste et les trois couleurs primaires 25 rouge, vert et bleu. Avantageusernent, le procédé selon l'invention comporte en outre l'étape suivante : la réception des paramètres du profil de calibration. On peut récupérer l'étalon d'un autre appareil pour calibrer la source lumineuse. 30 Par exemple, on peut utiliser le profil ICC d'une imprimante pour calibrer un écran LCD. Pour la calibration d'un écran LCD, on peut, par exemple, régler successivement les trois couleurs rouge, vert et bleu. En général, l'étalon prend alors la forme d'une référence, le blanc. Le procédé selon l'invention appliqué à la calibration d'une couleur comporte alors les étapes suivantes : la séparation des longueurs d'ondes de la lumière émise par l'écran, s l'acquisition du spectre total (du blanc), la comparaison du spectre acquis avec le blanc de référence, si le spectre acquis est identique au blanc de référence l'écran est calibré, si le spectre acquis est différent du blanc de référence, ~o l'ajustement des couleurs RGB de l'écran et la répétition du procédé de calibration à partir de l'étape de séparation des longueurs d'ondes de la lumière émise par l'écran. REVENDICATIONS 1. Dispositif de calibration d'une source lumineuse en fonction d'un étalon comprenant un spectre optique de référence, comportant : ù des moyens pour capturer (11) la lumière émise par la source lumineuse, ù des moyens pour séparer (12) le spectre de la lumière capturée, des moyens pour acquérir (13) le spectre séparé, des moyens pour comparer (14) le spectre émis par la source lumineuse au le spectre de référence, des moyens pour ajuster (15) le spectre émis par la source ~o lumineuse, caractérisé en ce que les moyens pour séparer (12) les longueurs d'ondes de la lumière capturée comprennent un bloc optique dans le volume duquel est formé un réseau holographique de diffraction. 15 2. Dispositif de calibration d'une source lumineuse en fonction d'un étalon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc optique (20) est de forme parallélépipédique rectangle et comprend des strates (21.1), (21.2), (21.n) successives présentant des variations d'indices, lesdites strates étant à faces parallèles entre elles et étant inclinées par rapport à 20 l'axe longitudinal (22) du bloc. 3. Dispositif de calibration d'une source lumineuse en fonction d'un étalon selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites strates (21.1), (21.2), (21.n) sont formées de matériaux polymères ou de matériaux 25 électro-optiques de type cristal liquide. 4. Dispositif de calibration selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la séparation spatiale du spectre de la lumière capturée, réalisée par le bloc optique (20), est linéaire. 5. Dispositif de calibration selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (14) automatiques pour comparer le spectre émis par la source lumineuse au spectre de référence. 30 11 6. Dispositif de calibration selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens (15) automatiques pour ajuster le spectre émis par la source lumineuse. 7. Dispositif de calibration selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens pour capturer (11) la lumière émise par la source lumineuse comprennent un guide d'onde. 8. Dispositif de calibration selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens pour acquérir (13) les longueurs d'ondes séparées comprennent système de conversion optique électronique, notamment un capteur CMOS, une barrette CCD ou une matrice CCD. 9. Dispositif de calibration selon l'une des revendications 1 à 8, 15 caractérisé en ce que l'étalon est sous la forme d'un profil de calibration. 10. Dispositif d'affichage comprenant une source lumineuse, caractérisé en ce qu'il est comporte le dispositif de calibration selon l'une des revendications 1 à 9. 20 11. Procédé de calibration d'une source lumineuse mettant en oeuvre le dispositif de calibration selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la calibration d'un paramètre de la lumière émise par la source lumineuse comprend les étapes suivantes : 25 la séparation du spectre de la lumière émise (41), l'acquisition de l'image de la lumière émise (42), la comparaison de l'image avec l'étalon (43), si l'image est identique à l'étalon ledit paramètre est calibré (45), si l'image est différente de l'étalon, l'ajustement du paramètre de 30 la lumière émise par l'écran (44) et la répétition de l'étape de séparation du spectre de la lumière émise (41). 12. Procédé de calibration d'une source lumineuse selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape suivante : 35 la réception des paramètres du profil de calibration.