EP1613999A2 - Ecran de retroprojection - Google Patents

Ecran de retroprojection

Info

Publication number
EP1613999A2
EP1613999A2 EP04742433A EP04742433A EP1613999A2 EP 1613999 A2 EP1613999 A2 EP 1613999A2 EP 04742433 A EP04742433 A EP 04742433A EP 04742433 A EP04742433 A EP 04742433A EP 1613999 A2 EP1613999 A2 EP 1613999A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diffuser
screen
angle
support
opaque layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04742433A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Daniel Gibilin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Synelec Telecom Multimedia FR
Original Assignee
Synelec Telecom Multimedia FR
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Synelec Telecom Multimedia FR filed Critical Synelec Telecom Multimedia FR
Publication of EP1613999A2 publication Critical patent/EP1613999A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/62—Translucent screens
    • G03B21/625—Lenticular translucent screens

Definitions

  • the object of the invention is a rear projection screen for professional and general public applications (television, high resolution graphic monitor, video walls, etc.).
  • Such a screen is described in WO-A-00 67071. Reference may be made to this request for a discussion of the ideal properties of screens and for the definitions of contrast, transmission and other parameters defining the screens.
  • Another important property for rear projection screens is the viewing angle at the screen output. This angle is often measured in the horizontal direction and in the vertical direction, always compared to the normal on the screen. Either the extinction angle or the half-luminance angle can be used for the measurement.
  • the extinction angle corresponds to the value of the angle with the normal for which the screen stops emitting light.
  • the half-luminance angle is the value of the angle with the normal for which the luminance has a value equal to half the luminance in the direction normal to the surface of the screen.
  • the values of these viewing angles depend on the use of the screen; thus, the viewing angle in the vertical direction is not an important criterion for a home television screen; on the contrary, for a graphic monitor, the viewing angle in vertical direction is higher to allow a user to see the images over their entire height, at a short distance.
  • US-A-5,066,099 (Hitachi) describes a screen formed by a Fresnel lens and a flat element having vertical cylindrical lenticles on the entry face and cylindrical lenticles on the exit face, separated by ribs.
  • the purpose of lenticles is to provide an open viewing angle at the exit of the screen, in a direction orthogonal to the direction of the lenticles.
  • a diffusion layer is provided on the outlet face and the ribs are covered with an opaque layer.
  • US-A-6,307,675 (Toppan) provides a screen having, in order, a first element with horizontal cylindrical lenses on the entry surface, a volume diffuser and a Fresnel lens on the exit surface, then a second element with vertical cylindrical lenses and an alternation of opaque or light-passing bands.
  • a similar teaching of a volume diffuser is found in US-A-5,477,380, US-A-6,271,965 or US-B-6,400,504 (Dai Nippon Printing), or in US-A-6,256,145 ( Sony) and US-A-2002/0 109 915 (Hitachi).
  • the viewing angle in the horizontal direction is essentially ensured by the presence, at the outlet of the screen, of vertical cylindrical lenticles.
  • these lenticles are aspherical, to increase the viewing angle on exit.
  • the contrast in these screens depends in particular on the proportion of the screen surface represented by the openings in the black layer.
  • the opaque layer represents approximately 35% of the screen surface; US-A-6 256 145 (Sony) indicates that the opaque layer represents 65 to 75% of the surface of the screen.
  • US-A-4,566,756 describes a screen formed by a single plate.
  • This screen has an entry surface with lenticular elements, filaments extending substantially perpendicular to the direction of the lenticular elements, and, on the on the exit surface of the single plate, absorbent strips around the focal lines of the elements. lenticular.
  • the integration in a single plate of the optical functions, in particular the contrast and the horizontal and vertical emissivity angles, leads to a downward compromise on the characteristics such as the contrast, the optical transmission and the screen resolution.
  • the diffusing filaments are supposed to also reinforce the plate with a thickness close to 1.5 mm; this is hypothetical and limits the dimensions of the screen.
  • the step or period values proposed in this document correspond to low-end TV applications. This type of screen is not easy to produce industrially, and has moreover never appeared on the market on the date of filing of this application.
  • Reflexite Display Optics Rear Projection Screens for Different Applications describes projection screens composed of a Fresnel lens and a broadcast screen.
  • the company Reflexite Display Optics also markets surface relief diffusing microstructures (in English Surface Relief Diffusive Microstructures or SRDM), which make it possible to scatter light with a predetermined gain distribution.
  • SRDM Surface Relief Diffusive Microstructures
  • the invention therefore proposes, in one embodiment, a screen comprising in the direction of propagation of the projected light:
  • a diffuser with an elongated radiation pattern with a large horizontal axis; a support having a light entry surface with cylindrical focusing elements substantially parallel to the major axis of the radiation pattern of the diffuser, the support further having an opaque layer with openings adapted to allow the light focused by the elements to pass through of focus.
  • the screen can advantageously have one or more of the following characteristics: - the diffuser has a radiation pattern with a half-light angle less than ⁇ 10 °, or even ⁇ 5 °, in the vertical direction; the diffuser has a radiation diagram with an elongation greater than 6, preferably greater than 12; the openings in the opaque layer represent at most 30% of the entire surface, or even at most 20% and preferably at most 10% of the entire surface; the diffuser is a surface diffuser; the active surface of the surface diffuser is turned towards the support; the diffuser is a holographic diffuser with an active surface opposite the support; the screen comprises an additional diffuser, such as a conical diffuser or a diffuser having a maximum angle of diffusion less than the vertical angle of diffusion of the diffuser with an elongated radiation diagram; the additional diffuser is a surface diffuser formed on a surface of the diffuser; the additional diffuser is a surface diffuser formed adjacent to the opaque layer; - The screen has a substrate arranged over the opaque layer.
  • the screen also has a Fresnel lens with the active surface towards the diffuser.
  • a Fresnel lens with the active surface towards the diffuser.
  • the screen may also have one or more of the following characteristics: the additional diffuser is a surface diffuser formed on the entry surface of the Fresnel lens; an optical transmission greater than or equal to 0.70; a half-luminance emission angle in the horizontal plane greater than ⁇ 48 ° and an extinction angle in the horizontal plane greater than ⁇ 72 °; a resolution along the horizontal axis greater than 10 pairs of lines per mm;
  • the Fresnel lens, the diffuser, the support and the substrate can be assembled by peripheral bonding.
  • An anti-reflection layer preferably of the fly eye type, can also be provided on at least one non-diffusing surface.
  • An anti-reflection layer can be provided on all the non-diffusing layers.
  • the support, on the side of the opaque layer, can be bonded to the substrate.
  • the screen may have an external frame in which the substrate is mounted, a first frame supporting the diffuser and a second frame supporting the lens.
  • the invention also proposes an overhead projector, comprising a projector and such a screen with a Fresnel lens adapted to collimate the light coming from the projector.
  • the overhead projector has a contrast greater than 500 under ambient illumination of 100 lux, for a luminous flux from the projector of 500 lumens.
  • FIG. 1 a schematic view in vertical section of an overhead projector using a screen according to the invention
  • FIG. 2 a schematic view of a cylindrical focusing element
  • FIG. 4 a graph of the radiation pattern of the screen diffuser;
  • FIG. 5 a schematic partial perspective view of the screen;
  • FIG. 6, a view of the opaque layer and of the trace of the radiation diagram;
  • FIG. 7, a schematic view of a screen with aspherical focusing elements;
  • FIG. 8 a view of an aspheric lenticular support adapted to a screen for a graphic monitor or video image walls;
  • Figure 9 a view of an aspherical lenticular support adapted to a TV screen;
  • FIGS. 10a to 10d details of construction of a screen;
  • Figure 11 a sectional view on a larger scale of a screen.
  • the term "diffuser” is understood to mean an optical object which, receiving a light beam, provides a plurality of light beams in output in different directions.
  • a surface diffuser is called a diffuser in which a continuous surface separates two media of different index; a distinction can be made between “classic” surface diffusers and holographic surface diffusers.
  • a ray incident on the surface corresponds to a refracted ray.
  • two very close rays are refracted in very different directions; we can therefore, by approximation, consider that an incident light beam is transformed into a plurality of beams. This leads to the desired diffuser effect.
  • an incident ray is transformed into several diffractive rays.
  • an incident beam is transformed into several diffract beams.
  • a volume diffuser is for example obtained by an "emulsion" of particles in a transparent matrix of optical index ni; if the particles are very fine (less than a micron), there is light diffraction; if their size is larger and with an optical index n2 (with n2> ni) as is the case with lenticulars on TV screens, there is light refraction.
  • a surface diffuser uses not particles in a volume, but a complex and continuous surface separating two media with different optical indices. The complex and continuous surface has a thickness which is typically less than 10 microns (peak-to-peak distance).
  • Such a diffuser can for example comprise a surface holographic diffuser fabricated by interference of a light on a surface, or by replication of a master surface.
  • a diffuser may also include a surface diffuser, one surface of which has irregularities of small dimension, typically less than 10 microns thick. These irregularities can be obtained by sandblasting, by replication or by another process.
  • the media of different optical index can be air and a material such as plastic; one can also use a medium of index ni, with a complex surface and a second medium of a different index n2 applied to the first medium to fill and smooth (or surface) the roughness of the first medium.
  • a screen is characterized in particular by viewing angles, most often in horizontal and vertical directions.
  • the horizontal direction we consider the direction of maximum luminance - generally normal to the screen; the angle between this direction of maximum luminance and the direction for which the luminance is equal to half of the maximum luminance is then measured. This angle corresponds to the half-viewing angle at half-luminance.
  • the viewing angle at half-luminance in the horizontal direction assuming that the screen has a symmetrical radiation pattern, is equal to twice this half-angle. It is also possible to measure the angle of vision on extinction by considering the angle between the direction of maximum luminance and the direction of extinction. The same is done in the vertical direction.
  • the term "viewing angle" is used in an abusive manner, but customary for those skilled in the art, to designate both the half-angle and the angle; in particular, the notation ⁇ ⁇ designates the viewing angle, with ⁇ the half-angle. Thereafter, the notation ⁇ (L / 2) will also be used to designate the half-angle.
  • the invention provides a screen, comprising - a diffuser having an elongated radiation diagram with a large horizontal axis; a support with cylindrical focusing elements substantially parallel to the major axis of the radiation pattern of the diffuser, an opaque layer with apertures adapted to let the light focused by the focusing elements pass.
  • FIG. 1 shows a schematic view in vertical section of an overhead projector using such a screen, while Figure 2 shows a view of the lenticular elements and Figure 3 an enlarged view of part of the screen.
  • FIG. 1 shows the projector 2, which is for example a liquid crystal projector or a projector
  • the screen has a diffuser 8 and a support 10 with focusing elements.
  • the diffuser 8 in the example of FIG. 1, is a surface holographic diffuser having an active surface 12 directed towards the Fresnel lens and a planar surface. 14 through which the light having passed through the diffuser emerges. As indicated above, the diffuser has an elongated radiation pattern, with a large horizontal axis.
  • This axis can be defined in the most general case by considering the curve delimiting the illuminated area in a plane parallel to the diffuser, when the latter is illuminated with light at normal incidence.
  • the major axis is defined by the couple of the most distant points on this curve and corresponds to the direction of elongation of the radiation diagram.
  • An elongation can be defined by considering a rectangle in which the curve is inscribed; the elongation is then the ratio between the length and the width of the rectangle.
  • the curve is an ellipse and the major axis passes through the two foci of the ellipse.
  • the figure shows the example of a holographic diffuser; it is advantageous that the active surface of the diffuser is the entry surface, which receives the rays coming from the Fresnel lens. This ensures a better performance of the holographic diffuser, in terms of emission lobe.
  • the thickness of the diffuser can be very small - on the order of 125 ⁇ m, the loss of resolution due to the diffusion before the focusing elements is negligible.
  • An SRDM can also be used as a diffuser; such a diffuser can operate with the active surface at the input or output.
  • the active surface of the diffuser is the light-emitting surface, adjacent to the support with focusing elements; this limits the loss in resolution by diffusion in the thickness of the diffuser.
  • the active surface is then arranged as close as possible to the focusing elements of the support 10. In either case, the advantage of a surface diffuser, compared to a volume diffuser, is a higher transmission, associated to moderate backscatter.
  • a surface diffuser of a type other than a holographic or SRDM diffuser can also be used.
  • a surface diffuser with vertically oriented micro-grooves makes it possible to obtain a large diffusion in the horizontal direction and a weak or zero diffusion in the vertical direction.
  • Such a diffuser can be obtained by directional sanding or by etching, or finally by replication using a photosensitive resin of a master diffuser made by sanding or by etching.
  • the support 10 with focusing elements receives the light coming from the diffuser. It has an entry surface 16 with cylindrical focusing elements 18; cylindrical means a surface defined by a family of parallel lines resting on a curve, this definition being wider than the simple cylinder of revolution.
  • the focusing elements can therefore have the shape of an arc of a circle in a plane pe ⁇ endicular to the lines of the family; one can also use aspherical focusing elements - with a shape other than an arc of a circle: ellipsoidal, parabolic or other profiles adapted according to US-A-4 490 010 (DNP). Such a shape contributes to the spreading of light rays and can also make it possible to control the angle of vision in the direction pe ⁇ endicular to the straight lines of the family.
  • the focusing elements are substantially parallel to the major axis of the diffuser, which amounts to saying that the lines of the family which defines them are substantially horizontal. Ideally, the focusing elements are exactly parallel to this major axis. In practice, due to mounting constraints, there may be an angle between the major axis of the diffuser and the focusing elements, as explained below with reference to FIG. 6.
  • the support also has an opaque layer 20, with openings 22 adapted to let the light focused by the focusing elements pass.
  • This opaque layer extends for example in the plane of focus of the focusing elements and has elongated openings parallel to the focusing elements. It can be formed by the methods described in WO-A-00 67071 or in the French patent applications filed under the numbers 02 02086, 02 10885, 02 10829 or 02 12987. One can for example expose a photosensitive layer through them. focusing elements or locally destroy the opaque layer using a laser or the like, through the focusing elements.
  • the support 10, flexible, provided with the etched opaque layer 20 is bonded to the rigid substrate 24, provided with the anti-reflection layer 26.
  • This anti-reflection layer can be of the economical plastic type, with fly eye structure (moth -eye) replicated in the surface of the substrate, or with dielectric multilayers evaporated or produced according to the sol-gel method.
  • a fly eye type anti-reflection layer has a reflection coefficient Ri of 0.1% from 0 ° to 40 ° angle of incidence of the light beam; this reflection coefficient is limited to 1% at an angle of incidence of 60 °, compared to a value of 10% for an acrylic-air interface.
  • Ri a reflection coefficient of 0.1% from 0 ° to 40 ° angle of incidence of the light beam
  • this reflection coefficient is limited to 1% at an angle of incidence of 60 °, compared to a value of 10% for an acrylic-air interface.
  • it is proposed to apply a fly-eye or other anti-reflection layer on all the non-diffusing surfaces of the assembly of the Fresnel lens, of the diffuser, of the support and of the substrate in particular, one can apply such a layer on the entry surface of the Fresnel lens, where the angle of incidence in the corners can be high in the case of a projector of compact design (see US-A- 5,590,943, Hitachi with angles up to 70 °).
  • Figure 2 shows an enlarged view of focusing elements; in the example, the focusing elements are portions of width A of half-cylinders of revolution of radius r.
  • the support has a thickness e. .
  • the exit plane of the support (10) is almost the focal plane of the lenticulars (18).
  • the support with focusing elements has an index ni.
  • FIG 3 is an enlarged view of a screen, with the focusing elements of Figure 2; we have considered the example of a surface diffuser with an active surface directed towards the focusing elements.
  • a substrate 24 is bonded to the opaque layer with an anti-reflective layer on the surface 26 of the substrate.
  • the substrate provides both the mechanical rigidity of the support 10 and protection of the opaque layer.
  • the operation of the screen in Figures 1 and 3 is as follows.
  • the light emitted by the projector is collimated by the Fresnel lens and therefore arrives at normal incidence on the diffuser. It is diffused according to the radiation pattern of the diffuser and arrives on the cylindrical focusing elements of the support.
  • the radiation pattern of the diffuser is elongated with a large horizontal axis, the rays from the diffuser are in planes, slightly inclined relative to the horizontal plane and are focused by the focusing elements towards the openings in the opaque layer.
  • the horizontal viewing angle at the screen output is essentially determined by the characteristics of the diffuser; specifically, the horizontal viewing angle is equal to the opening angle of the radiation pattern of the diffuser 8 along the major axis.
  • the spreading of the light rays in the vertical direction is mainly ensured by the lenticular elements, as illustrated in the examples below.
  • the advantages of the screen in Figures 1 and 3 are as follows. As the horizontal viewing angle is essentially determined by the radiation pattern of the diffuser, this angle can be easily adjusted by changing the diffuser. The screen can therefore very easily be modified to adapt it to different viewing angles in the horizontal direction. One can also obtain horizontal viewing angles as high as desired - simply by choosing a diffuser with a large horizontal diffusion angle.
  • the screen may have a high contrast.
  • the screen may also have a high resolution.
  • the horizontal resolution of the screen is practically equal to that of the diffuser because the lenticular network has no influence on the horizontal; values greater than 10 ⁇ l / mm (pairs of lines per millimeter) are common for a surface diffuser.
  • the resolution corresponds to twice the distance between two openings in the opaque layer, therefore twice the period of the lenticular network: in fact, two lenticles are necessary to clearly separate, with a modulation greater than 30%, a line lit ON with a line off OFF.
  • the invention therefore leads to a horizontal resolution much higher than that of the state of the art: this involves a vertical lenticular network which limits the horizontal screen resolution.
  • the screen also minimizes Moiré phenomena. These phenomena are caused by the supe ⁇ osition of regular structures - for example the pixels of liquid crystal or DMD displays, microreliefs of the Fresnel lens, output lenticulars in the case of a device according to the state of the art.
  • the presence on the screen of a diffuser limits or eliminates Moiré phenomena. This is particularly the case when using a holographic diffuser with random surface structure placed between the Fresnel lens (periodic) and the support with focusing elements (periodic).
  • the use of a periodic SRDM type diffuser can lead to limited Moiré phenomena due to the periodicity of the elements of the active surface.
  • the reference 28 is a layer of glue laminated or otherwise arranged between the opaque layer 20 and the substrate 24 for the assembly of the support 10.
  • PS A pressure sensitive adhesive in English
  • the diffuser and its support are glued to the edges of the assembly and the Fresnel lens is laminated to the edges of the assembly.
  • the substrate assembled to the lenticular is cut out.
  • the whole of the substrate and the support with the focusing elements, the diffuser and its support as well as the Fresnel lens are assembled by clips and assembly elements on the edges, so as to provide a screen with edges also purposes as possible.
  • the distance between two adjacent focusing elements 18, which is also the size of a lenticular element in the vertical direction is noted the distance e between the surface of the focusing elements and the opaque layer, corresponds to the thickness of the focusing elements; in FIG.
  • a is the dimension in a vertical direction of the openings in the opaque layer.
  • ni, n2 and n3 the respective indices of the lenticular elements, of the glue and of the substrate; in the schematic representation of the figure, we have considered the case of equal indices; the value of the common index is denoted n below.
  • the a / A ratio is the percentage X% of opening in the opaque layer.
  • a radius XX ′ passing through the center O of a lenticular element and passing through the edge of the corresponding opening 22 in the opaque layer.
  • the figure shows the ray 32 emitted just before the extinction in the vertical direction, incident with an angle ⁇ at the edge of a lenticular element, which passes through the edge of the corresponding opening 22, ⁇ is the angle at shutdown of the diffuser.
  • ⁇ the angle of incidence of ray 32 on the opaque layer, which, due to the equality of the indices in the example, is also the incident angle of ray 32 on the surface 26 of substrate 24.
  • the radius 32 leaves the screen by forming an angle ⁇ with the normal to the screen.
  • the limit angle of the radiation pattern of the diffuser, in the vertical direction is less than or equal to this angle ⁇ , all of the rays leaving the diffuser 8 and incident on the lenticular elements 18 pass through the opaque layer through the openings. We can therefore ensure a 100% screen transmission, neglecting the attenuation. From this point of view, it is wise to adapt the size of the openings in the opaque layer to the value of the angle of the radiation pattern of the diffuser in the vertical direction. The higher this angle, the larger the openings in the opaque layer must allow total or almost total transmission. The size of the openings affects the contrast of the screen: the smaller the openings, the more the light incident on the screen from the outside - the right side in the figure - is absorbed.
  • Figure 4 shows the appearance of the radiation pattern of the diffuser.
  • the relative light intensity on the ordinate is shown on the ordinate and the angle on the abscissa.
  • the graphs show the typical results of a measurement 34 in the horizontal direction and a measurement 36 in the vertical direction.
  • the example is that of a surface holographic diffuser of the type marketed by the company POC, located in Torrance, USA, for mid-luminance angle values of ⁇ 40 ° along the major axis and ⁇ 2 ° according to the minor axis. These values correspond substantially to an extinction at ⁇ 62 ° and ⁇ 4 ° in the same directions.
  • the table below gives examples of lenticular elements supplied by Reflexite Displays-Optics; the values of A and r are provided by the manufacturer, the angles i, j and ⁇ o as well as the ratio e / r are calculated as explained with reference to FIG. 2.
  • FIG. 5 shows a schematic view of the diffuser 8 and of the support 10 in partial perspective, showing the radiation diagram of the diffuser for a radius 38 at normal incidence on the diffuser.
  • the figure shows different rays, more precisely the extreme rays 40 and 42, 44 and 46 in the horizontal and vertical directions.
  • the figure also shows the projection 50 of the radiation diagram in the plane of the opaque layer.
  • the radiation pattern is elongated, so that all of the scattered rays from ray 38 pass through the opaque layer.
  • Figure 6 shows the effect of a misalignment of the diffuser and the support with focusing elements.
  • the openings 22 and the trace of the radiation diagram have been represented in the plane of the opaque layer 20, for an exact alignment at 52 and with an misalignment at 54.
  • the angle between the direction of the lenticular elements is noted ⁇ and the direction of the major axis of the radiation pattern of the diffuser; in the case shown in 52, this angle ⁇ has a zero value; it has a non-zero value in the case shown in 54.
  • a positioning tolerance of 2 mm on the side of the screen leads to an angle ⁇ of the order of 0.3 ° .
  • a tolerance of 1 mm - practically achievable without particular difficulties under industrial conditions - leads to an angle ⁇ of 0.15 °.
  • This angle value ⁇ can be used as the upper limit of the variations induced in the angles of the light rays by a misalignment of the diffuser and the support. We can then decrease by this value ⁇ the vertical angle of the radiation pattern of the diffuser, so as to ensure transmission of all of the light.
  • the angle of the diffuser is then chosen equal to ⁇ - ⁇ , to ensure that all the light emitted by the diffuser passes through the openings of the opaque layer and reaches the user.
  • the horizontal resolution is 1500 pixels per line, which corresponds to a pixel of 1 mm. If we consider an alignment tolerance of ⁇ 1 ⁇ m at the edges of an elementary pixel, we obtain an angle ⁇ of 1/500 radian.
  • the alignment tolerance at the edges of a 1500 mm long screen is ⁇ 750/500, i.e. ⁇ 1.5 mm, If an alignment tolerance of 0.75 mm is imposed at the edge of the screen - which remains entirely achievable in terms industrial - an alignment tolerance of less than 0.5 ⁇ m is obtained at the level of an elementary pixel. This guarantees excellent optical transmission and the possibility of further improving the contrast, for example by reducing the opening rate to 10% for the black layer.
  • A is chosen compatible with the required resolution; vertically, a pair of lines - a black line and a white line - can be projected over a distance 2.
  • a of 150 ⁇ m is taken as an example.
  • the emission angle of a mid-luminance surface diffuser is approximately equal to two thirds of the angle at extinction.
  • X% is the opening rate of the opaque layer, as explained above.
  • the usual TV screen specification requires a half-luminance angle ⁇ (L / 2) at screen output which is greater than ⁇ 10 °.
  • Diffusers with an emissivity at half-luminance of ⁇ 0.5 ° to ⁇ 3 ° vertically are suitable.
  • avefront Technologies Inc. Paramount, CA, offers suitable elliptical area diffusers.
  • This can allow the addition of another diffuser in the assembly, with a small diffusion angle. It would thus be possible to use a vertical lenticular element at the input of the Fresnel lens; spreading the rays in the horizontal plane has no effect on the radiation pattern of the holographic diffuser.
  • the resolution is slightly degraded insofar as the size of the incident beam increases when passing through the diffuser 8; we obtains at the input of the diffusion surface 14 a point of 2 x 2 mm x tg (3.5 °), or 250 microns for a thickness of the diffuser of 2 mm. This degradation is acceptable.
  • This or these additional diffusers may be areal and be arranged:
  • a screen is obtained having, in combination with the Fresnel lens, a transmission greater than 0.60, or even 0.70 or more.
  • the flickering phenomenon can appear when a diffusing surface which receives a fine beam reacts like a multitude of small independent sources whose emissions interfere to create an image with fine and very bright whites and blacks - from where the impression of flicker. Flickering is not a problem over long distances, as in TV and video wall applications. For the monitor application, at a short distance, the observer can be more sensitive to it.
  • the micro-mirror pixel reflects towards the optics a very fine light beam, which certainly widened by this optics, arrives on the screen pixel at an angle much less than 1 °; the scattering spot of the optical system is close to 100 microns on the screen and may flicker due to the periodicity of the scattering surface much less than 100 microns (see proceeding by the company SPIE of February 1997); this also applies to the surface of a 800 ⁇ m x 600 ⁇ m pixel of an 800 mm x 600 mm screen illuminated by a DMD micro-mirror.
  • the objective is to widen the angle of attack of the light beam on the diffuser 8 by a second diffuser placed before it to avoid scintillation of the diffuser 8; or to minimize scintillation by a second diffuser after the diffuser 8.
  • the contrast is representative of the ratio L 0 / l n between the luminance L 0 of the screen in the zones where the light is transmitted ("ON" zones) and the luminance l n in the zones where the light is not transmitted (“OFF" zone).
  • the ANSI standard proposes to divide the screen surface is divided into 9 equal parts including 5 ON and 4 OFF with therefore the ON zones at the four corners and in the center; the average of the luminances L 0 measured with a photometer over the 5 ON zones is calculated and the average l n being the average of the luminances measured over the 4 OFF zones, the screen being immersed in the ambient lighting with the projector off, l 'ambient lighting is an average of the measurement made with a luxmeter on the different screen areas.
  • the contrast can be calculated as follows.
  • Diffuse reflection R of screen is limited due to the rear position of the diffuser (8) relative to the support (10) which makes the originality of the invention compared to the state of the art.
  • the luminous flux of the monitor remains weak, to limit the power consumed; we typically have a power F of less than 500 lumens.
  • R 2 diffuse reflection coefficient of the screen without anti-reflection layer.
  • Ri 1% for a plastic anti-reflective layer like a "moth-eye"
  • R 2 Ro X% 2
  • the screen provides a better resolution than that of the state of the art.
  • the company Toppan (Japan) announces vertical lenticulars with a width of 0.150mm and 0.098 mm in the future; the corresponding resolution in pl / mm, for a period of two lenticulars, that is: 3.3 pl / mm to 5 pl / mm in the future.
  • the screen described in the examples has, in the horizontal direction, a resolution which is that of the diffuser 8 used and which is greater than 10 ⁇ l / mm. In the vertical direction, the resolution is less important, for television applications; the resolution is given by the number of pairs of visible lines per mm of screen. In the examples given, it is a function of the size of the lenticular elements, a pair of lines corresponding to two lenticular elements.
  • the screens described in the examples can typically achieve one or more of the following characteristics:
  • Figure 7 shows an example of a screen with aspherical lenticular elements; the Fresnel lens has also been shown in the figure.
  • the ratings are the same as in Figures 2 and 3, except to the extent indicated below.
  • the lenticular elements are cylindrical and are supported by elliptical arcs, with eccentricity ⁇ equal to the inverse of the optical index or of the material used to correct focusing aberrations and limit the size of the openings in the opaque layer.
  • the semi-major axis of the ellipse is a, radius of the outer fictitious circle in which the ellipse is inscribed.
  • the half minor axis is b, radius of the interior fictitious circle inscribed in the ellipse.
  • the axis XX ' is used to construct the limit radius 32 emitted by the diffuser 8. This radius passes through the edge of the opening 22 in the opaque layer 20 and practically through the center 0, due to the low value of the angle ⁇ between the radius XX 'and the axis F1F2 of the two focal points (or the normal on the screen).
  • tg ⁇ A / 2.
  • We still have tg ⁇ A / 2.
  • FIG. 2 shows lenticular elements obtained by molding, extrusion, or in the case of a fine structure with A ⁇ 0.200 mm, by crosslinking under suitable radiation (UV, etc.) of a resin.
  • photopolymer on a thin support as suggested in JP A-3-12704, US 4,083,626 and others ... Tedesco above cited recommends this photopolymer method for the replication of a diffusing surface on a thin or rigid support; this can be used for the production of the main diffuser 8 of the invention and of the other diffuser (s) for minimizing screen scintillation.
  • the screen is used in an overhead projector application, with a Fresnel lens.
  • a distance A of 150 microns between the lenticular elements has been considered.
  • the screen emission in the vertical direction is mainly provided by the lenticular support: in the case of the television application, the correction of astigmatisms by sphericity is not necessarily useful and the lenticulars can be quasi-cylindrical with circular section, which has the advantage of easy manufacture; this differs fundamentally from the state of the art which involves aspheric vertical lenticulars for the horizontal screen emission.
  • the vertical emission angle is provided by the aspherical horizontal lenticulars.
  • the half-light angle is ⁇ 40 ° or even ⁇ 48 °.
  • the angle of diffusion on the long axis of this diffuser is ⁇ 33 ° at half-luminance; this value is low but can be improved.
  • the production of the support 10 involves the photopolymer method (see above) to form the lenticulars 18 on a base film support with a thickness close to 0.075 mm.
  • FIG. 9 represents a support 10 adapted to the TV application.
  • the support 10 thicker than for FIG. 8 can be produced by techniques known in the art.
  • a diffuser is applied having the smallest possible angle on the minor axis to form openings in the opaque layer with the rate X% minimized; this in order to increase the screen contrast.
  • Figures 10a to 10d show details of construction of a screen
  • FIG. 10a shows the substrate 24, on which the support 10 with its lenticular elements is laminated on the opaque layer side. After this operation, the base surface, referenced SI in the figure, can be cut precisely, in correspondence with the axis of the lenticular elements.
  • FIG. 10b shows a frame 72, on which the diffuser 8 is laminated with the active surface 14.
  • the base surface of the frame 72 referenced S2 in the figure, can be precisely cut or machined after laminating the diffuser 8 in correspondence with the major axis of the elliptical emission of the diffuser 8.
  • the position of the Fresnel lens has also been shown in the figure.
  • This is mounted or laminated on a frame 78 (shown in Figure 10c); the base surface of the frame 78 can be, like that of the frame 72, cut or machined with precision as a function of the position of the Fresnel lens in the frame.
  • Figure 10c is a sectional view of the assembled screen.
  • An external frame 82 is used, shown in detail in Figure lOd.
  • Figure 10d shows a perspective view of the frame 82, with the fixing openings on the projector chassis.
  • the frame 82 would have dimensions of the order of 1700 x 1000 mm, with a thickness of the order of 50 mm.
  • the substrate 24 is first mounted in the external frame 82.
  • the latter has a reference plane 70, machined with precision, which receives the surface S1 of the substrate.
  • the frame 72 is then mounted in the outer frame 82, by placing a shim 74 between the frame 72 and the substrate 24.
  • the surface S2 comes into contact with the reference plane 70, which ensures good horizontal alignment of the diffuser. and lenticular elements.
  • the distance between the diffuser and the lenticular elements is adjusted to the desired dimension by the shim 74.
  • the surface S3 comes into contact with the reference plane 70, which ensures good horizontal alignment of the Fresnel lens and the diffuser; the precision on the surface S3 is not critical, insofar as the Fresnel lens has a symmetry of revolution. It could also be provided that the second frame does not rest on the reference surface. The distance between the Fresnel lens 6 and the entry surface of the diffuser 8 is adjusted by the conformation of the frames 72 and 78; we could still have used a shim. Finally there is a hard foam 76 and a cover 80 to wedge all of the elements of the screen.
  • FIGS. 10a to 10d The assembly of FIGS. 10a to 10d is given by way of example; it could be applied to other types of three-element screens. It ensures the temperature and hygrometry positioning of the respective horizontal axes of the diffuser 8 and the diffuser 10. It also ensures good positioning of the various elements of the screen, with simple components and a process of easy industrial implementation.
  • Figure 11 shows an enlarged view of the elements of Figure 10c.
  • the Fresnel lens with its active surface oriented towards the audience; the role of the lens being to collimate in a cylindrical beam the beam of conical light emitted by the projector;
  • a diffuser preferably surface, having an elongated radiation pattern with a large horizontal axis; the role of the diffuser being to transform, without noticeable degradation in resolution, the cylindrical beam of incident light data into an ellipsoidal beam with a large horizontal axis; the emissivity of the diffuser along the vertical axis is limited to the strict minimum compatible with mass production of the diffuser; - a lenticular support having a black matrix on the exit surface centered on the horizontal lenticular network of the entry surface; this support is bonded on the black matrix side to a general transparent screen substrate.
  • the role of support is to: transform the emission into a horizontal lobe and as thin as possible vertically from the diffuser into the final emission of the screen: the horizontal emissivity angle is then that of the diffuser, the vertical emissivity angle being defined by the geometry of the lenticular elements of the support; - because of the aspherical structure of the lenticular elements, minimize focusing aberrations at the openings of the black matrix; which allows to limit the size of said openings and therefore to really optimize the contrast;
  • the support being glued on the black matrix side on a thick substrate on the observer side.

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Abstract

Un écran de rétroprojecteur présente successivement du côté projecteur vers l'extérieur, une lentille de Fresnel (6), un diffuseur surfacique (8), un support (10)1 fin collé sur un substrat 1 (24) épais muni d'une couche anti-reflet (26) externe. La lumière émise par le projecteur (2) est collimatée par la lentille de Fresnel (6). Elle traverse un diffuseur (8) ayant un diagramme de rayonnement allongé avec un grand axe horizontal. Ce diffuseur assure l'étalement de la lumière dans le plan horizontal, de sorte à assurer un large angle de vision horizontal. La lumière sortant du diffuseur est reçue sur un support (10) avec des éléments de focalisation cylindriques (18) sensiblement parallèles au grand axe du diagramme de rayonnement du diffuseur et une couche opaque (20) avec des ouvertures (22) adaptées à laisser passer la lumière focalisée par les éléments de focalisation. Comme les éléments de focalisation sont parallèles au grand axe du diffuseur, quasiment toute la lumière projetée est transmise. Du fait des éléments de focalisation, l'écran présente un angle de vision vertical adapté. La présence de la couche opaque assure un contraste optimisé du fait de la position arrière du diffuseur (8) par rapport au support (10).

Description

ECRAN DE RETROPROJECTION
L'objet de l'invention est un écran de rétroprojection pour applications profes- sionnelles et grand public (télévision, moniteur graphique haute résolution, murs d'images, etc.).
Un tel écran est décrit dans WO-A-00 67071. On pourra se référer à cette demande pour une discussion des propriétés idéales des écrans et pour les définitions du contraste, de la transmission et des autres paramètres définissant les écrans. Une autre propriété importante pour les écrans de rétroprojection est l'angle de vision en sortie d'écran. Cet angle est souvent mesuré dans la direction horizontale et dans la direction verticale, toujours par rapport à la normale à l'écran. On peut utiliser pour la mesure soit l'angle d'extinction, soit l'angle à mi-luminance. L'angle d'extinction correspond à la valeur de l'angle avec la normale pour laquelle l'écran cesse d'émettre de la lumière. L'angle à mi-luminance est la valeur de l'angle avec la normale pour laquelle la luminance a une valeur égale à la moitié de la luminance dans la direction normale à la surface de l'écran. Les valeurs de ces angles de vision dépendent de l'utilisation de l'écran; ainsi, l'angle de vision en direction verticale n'est pas un critère important pour un écran de télévision domestique; au contraire, pour un moniteur graphique, l'angle de vision en direction verticale est plus élevé pour permettre à un utilisateur de voir les images sur toute leur hauteur, à courte distance.
US-A-5 066 099 (Hitachi) décrit un écran formé d'une lentille de Fresnel et un élément plat présentant des lenticules cylindriques verticaux sur la face d'entrée et des lenticules cylindriques sur la face de sortie, séparés par des nervures. Les lenticules ont pour objet d'assurer un angle de vision ouvert en sortie de l'écran, dans une direction orthogonale à la direction des lenticules. Une couche de diffusion est ménagé sur la face de sortie et les nervures sont recouvertes d'une couche opaque. Pour ouvrir l'angle de diffusion dans la direction verticale, il est proposé d'intercaler entre la lentille de Fresnel et l'élément plat un deuxième élément lenticulaire avec les lenticules cylindriques horizontales. Des dispositifs du même genre sont décrits dans les brevets US-A-5 590 943, US-A-5 485 308 ou US-A-5 515 037.
US-A-6 307 675 (Toppan) propose un écran présentant, dans l'ordre, un premier élément avec des lenticules cylindriques horizontaux sur la surface d'entrée, un diffuseur volumique et une lentille de Fresnel sur la surface de sortie, puis un deuxième élément avec des lenticules cylindriques verticaux et une alternance de bandes opaques ou laissant passer la lumière. On trouve un enseignement similaire d'un diffuseur volumique dans US-A-5 477 380, US-A-6 271 965 ou US-B-6 400 504 (Dai Nippon Printing), ou encore dans US-A-6256 145 (Sony) et US-A-2002/0 109 915 (Hitachi).
Dans tous ces documents, l'angle de vision dans la direction horizontale est essentiellement assuré par la présence, en sortie de l'écran, de lenticules cylindriques verticaux. En général, par exemple dans US-A-5 066 099, ces lenticules sont asphériques, pour augmenter l'angle de vision en sortie. Le contraste dans ces écrans dépend notamment de la proportion de la surface de l'écran que représentent les ouvertures dans la couche noire. Dans les documents Hitachi et Dai Nippon Printing, la couche opaque représente environ 35% de la surface de l'écran; US-A-6 256 145 (Sony) indique que la couche opaque représente 65 à 75% de la surface de l'écran.
US-A-4 566 756 décrit un écran formé d'une plaque unique. Cet écran comporte une surface d'entrée avec des éléments lenticulaires, des filaments s'étendant sensiblement perpendiculairement à la direction des éléments lenticulaires, et, sur la sur la surface de sortie de la plaque unique, des bandes absorbantes autour des lignes focales des éléments lenticulaires. L'intégration dans une plaque unique des fonctions optiques, en particulier le contraste et les angles d'émissivité horizontal et vertical, conduit à un compromis à la baisse sur les caractéristiques telles que le contraste, la transmission optique et la résolution d'écran. Par ailleurs, les filaments diffuseurs sont supposés renforcer aussi la plaque d'épaisseur voisine de 1.5mm; ceci est hypothétique et limite les dimensions de l'écran. Les valeurs de pas ou période proposées dans ce document correspondent à des applications TV de bas de gamme. Ce type d'écran n'est pas facile à produire industriellement, et n'est d'ailleurs jamais apparu sur le marché à la date de dépôt de la présente demande.
J.M. Tedesco et autres, Holographie Diffusers for LCD Backlights and Projection Screens, SE) 93 Digest, pages 29-32 décrit des diffuseurs holographiques volumiques ou surfaciques. Dans des applications de rétroprojection, il propose d'utiliser ces diffuseurs en combinaison avec une lentille de Fresnel, en lieu et place d'un diffuseur classique et d'une matrice de lenticules.
Robert C. Bush, Reflexite Display Optics, Rear Projection Screens for Différent Applications décrit des écrans de projection composés d'une lentille de Fresnel et d'un écran de diffusion. La société Reflexite Display Optics commercialise aussi des microstructures diffusante à relief de surface (en langue anglaise Surface Relief Diffusive Microstructures ou SRDM), qui permettent de diffuser la lumière avec une distribution de gain prédéterminée. II existe encore un besoin d'un écran de rétroprojection, présentant des caractéristiques de contraste et d'angle de vision aussi élevées que possible, qui soit aussi d'une fabrication simple et dont les caractéristiques peuvent être facilement adaptées.
L'invention propose donc, dans un mode de réalisation, un écran comprenant dans le sens de propagation de la lumière projetée :
- un diffuseur présentant un diagramme de rayonnement allongé avec un grand axe horizontal; un support présentant une surface d'entrée de la lumière avec des éléments de focalisation cylindriques sensiblement parallèles au grand axe du diagramme de rayonnement du diffuseur, le support présentant en outre une couche opaque avec des ouvertures adaptées à laisser passer la lumière focalisée par les éléments de focalisation. L'écran peut avantageusement présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le diffuseur présente un diagramme de rayonnement avec un angle à mi- luminance inférieur à ±10°, voire ±5°, dans la direction verticale; le diffuseur présente un diagramme de rayonnement avec un allongement supérieur à 6, de préférence supérieur à 12; les ouvertures dans la couche opaque représentent au plus 30% de l'ensemble de la surface, voire au plus 20% et de préférence au plus 10% de l'ensemble de la surface; le diffuseur est un diffuseur surfacique; la surface active du diffuseur surfacique est tournée vers le support; le diffuseur est un diffuseur holographique avec une surface active opposée au support; - l'écran comprend un diffuseur supplémentaire, tel un diffuseur conique ou un diffuseur présentant un angle maximal de diffusion inférieur à l'angle de diffusion vertical du diffuseur à diagramme de rayonnement allongé; le diffuseur supplémentaire est un diffuseur surfacique formé sur une surface du diffuseur; le diffuseur supplémentaire est un diffuseur surfacique formé adjacent à la couche opaque; - l'écran présente un substrat disposé par-dessus la couche opaque.
Dans un mode de réalisation préféré, l'écran présente aussi une lentille de Fresnel avec la surface active vers le diffuseur. On peut alors prévoir un élément lenticulaire vertical en entrée de la lentille de Fresnel.
Dans ce cas, l'écran peut encore présenter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le diffuseur supplémentaire est un diffuseur surfacique formé sur la surface d'entrée de la lentille de Fresnel; une transmission optique supérieure ou égale à 0,70; un angle d'émission à mi-luminance dans le plan horizontal supérieur à ±48° et un angle à l'extinction dans le plan horizontal supérieur à ±72°; une résolution selon l'axe horizontal supérieure à 10 paires de lignes par mm;
La lentille de Fresnel, le diffuseur, le support et le substrat peuvent être assemblés par collage périphérique.On peut encore prévoir sur au moins une surface non- diffusante une couche anti-reflet, de préférence du type à œil de mouche. On peut prévoir une couche anti-reflet sur toutes les couches non-diffusantes. Le support, du côté de la couche opaque, peut être collé sur le substrat.
L'écran peut présenter un cadre externe dans lequel sont montés le substrat, un premier cadre supportant le diffuseur et un deuxième cadre supportant la lentille de
Fresnel. L'invention propose encore un rétroprojecteur, comprenant un projecteur et un tel écran avec une lentille de Fresnel adaptée à collimater la lumière issue du projecteur.
Le rétroprojecteur présente un contraste supérieur à 500 sous éclairement ambiant de 100 lux, pour un flux lumineux du projecteur de 500 lumens.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent dans la description qui suit de divers modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux figures qui montrent :
- figure 1, une vue schématique en coupe verticale d'un rétroprojecteur utilisant un écran selon l'invention; - figure 2, une vue schématique d'un élément de focalisation cylindrique ;
- figure 3, une vue schématique à plus grand échelle d'une partie de l'écran et de la lentille de Fresnel;
- figure 4, un graphe du diagramme de rayonnement du diffuseur de l'écran; - figure 5 une vue schématique en perspective partielle de l'écran; figure 6, une vue de la couche opaque et de la trace du diagramme de rayonnement; figure 7, une vue schématique d'un écran avec des éléments de focalisation asphériques ; figure 8, une vue d'un support à lenticulaires asphériques adapté à un écran pour moniteur graphique ou murs d'images vidéo ; figure 9, une vue d'un support à lenticulaires asphériques adapté à un écran TV; figures 10a à lOd, des détails de constructions d'un écran; et figure 11, une vue en coupe à plus grande échelle d'un écran. On entend dans la suite de la description par "diffuseur" un objet optique qui, recevant un faisceau lumineux, fournit en sortie une pluralité de faisceaux lumineux dans des directions différentes. Comme expliqué ci-dessous, on appelle diffuseur surfacique un diffuseur dans lequel une surface continue sépare deux milieux d'indice différents; on peut distinguer entre les diffuseurs surfaciques "classiques" et les diffuseurs surfaciques holographiques. Dans un diffuseur surfacique classique, à un rayon incident sur la surface correspond un rayon réfracté. Toutefois deux rayons très proches sont réfractés dans des directions très différentes; on peut donc, par approximation, considérer qu'un faisceau lumineux incident est transformé en une pluralité de faisceaux. Ceci conduit à l'effet de diffuseur recherché.
Par ailleurs, pour une surface holographique, un rayon incident est transformé en plusieurs rayons diffractes. On peut encore considérer qu'un faisceau incident est transformé en plusieurs faisceaux diffractes.
On peut distinguer parmi les diffuseurs selon leur mode de fonctionnement et de fabrication des diffuseurs surfaciques et volumiques. Un diffuseur volumique est par exemple obtenu par une "émulsion" de particules dans une matrice transparente d'indice optique ni ; si les particules sont très fines (inférieures au micron), il y a diffraction de la lumière; si leur taille est plus importante et d'indice optique n2 (avec n2 > ni) comme c'est le cas dans les lenticulaires d'écrans TV , il y réfraction de la lumière. Un diffuseur surfacique utilise non pas des particules dans un volume, mais une surface complexe et continue séparant deux milieux d'indices optiques différents. La surface complexe et continue présente une épaisseur qui est typiquement inférieure à 10 microns (distance crête à crête). Un tel diffuseur peut par exemple comprendre un diffuseur holographique surfacique fabriqué par interférences d'une lumière sur une surface, ou par réplication d'une surface maître. Un tel diffuseur peut aussi comprendre un diffuseur surfacique, dont une surface présente des irrégularités de faible dimension, typiquement inférieures à 10 microns d'épaisseur. Ces irrégularités peuvent être obtenues par sablage, par réplication ou suivant un autre procédé. Les milieux d'indice optique différents peuvent être l'air et un matériau comme du plastique; on peut aussi utiliser un milieu d'indice ni, avec une surface complexe et un deuxième milieu d'un indice n2 différent appliqué sur le premier milieu pour remplir et aplanir (ou surfacer) la rugosité du premier milieu.
Un écran est caractérisé en particulier par des angles de vision, le plus souvent dans des directions horizontale et verticale. Dans la direction horizontale, on considère la direction de luminance maximale - en général la normale à l'écran; on mesure ensuite l'angle entre cette direction de luminance maximale et la direction pour laquelle la luminance est égale à la moitié de la luminance maximale. Cet angle correspond au demi-angle de vision à mi-luminance. L'angle de vision à mi-luminance suivant la direction horizontale, en supposant que l'écran présente un diagramme de rayonnement symétrique, est égal à deux fois ce demi angle. On peut aussi mesurer l'angle de vision à l'extinction en considérant l'angle entre la direction de luminance maximale et la direction d'extinction. On procède de même dans la direction verticale. Dans la suite, on utilise de façon abusive, mais habituelle pour l'homme du métier, le terme "angle de vision" pour désigner à la fois le demi-angle, comme l'angle; en particulier, la notation ±α désigne l'angle de vision, avec α le demi-angle. Par la suite, il sera aussi utilisé la notation α(L/2) pour désigner le demi-angle.
Dans un mode de réalisation, l'invention propose un écran, comprenant - un diffuseur présentant un diagramme de rayonnement allongé avec un grand axe horizontal; un support avec des éléments de focalisation cylindriques sensiblement parallèles au grand axe du diagramme de rayonnement du diffuseur, une couche opaque avec des ouvertures adaptées à laisser passer la lumière focalisée par les éléments de focalisation.
La figure 1 montre une vue schématique en coupe verticale d'un rétroprojecteur utilisant un tel écran, tandis que la figure 2 montre une vue des éléments lenticulaires et la figure 3 une vue à plus grande échelle d'une partie de l'écran. La figure 1 montre le projecteur 2, qui est par exemple un projecteur à cristaux liquides ou un projecteur à
DMD, formé d'une matrice de miroirs ; l'application TV avec un projecteur à TRC est possible aussi. La lumière émise par le projecteur arrive sur la surface d'entrée 4 de la lentille de Fresnel 6 d'écran et ressort sensiblement collimatée par la surface de sortie de la lentille de Fresnel. L'écran présente un diffuseur 8 et un support 10 à éléments de focalisation. Le diffuseur 8, dans l'exemple de la figure 1, est un diffuseur holographique surfacique présentant une surface active 12 dirigée vers la lentille de Fresnel et une surface plane. 14 par laquelle ressort la lumière ayant traversé le diffuseur. Comme indiqué plus haut, le diffuseur présente un diagramme de rayonnement allongé, avec un grand axe horizontal. Cet axe peut être défini dans le cas le plus général en considérant la courbe délimitant la zone éclairée dans un plan parallèle au diffuseur, lorsque celui-ci est éclairé avec une lumière en incidence normale. Le grand axe est défini par le couple des points les plus éloignés sur cette courbe et correspond à la direction d'allongement du diagramme de rayonnement. On peut définir un allongement en considérant un rectangle dans lequel est inscrit la courbe; l'allongement est alors le rapport entre la longueur et la largeur du rectangle. On peut encore définir un petit axe dans une direction perpendiculaire au grand axe. Dans l'exemple d'un diagramme de rayonnement elliptique, qui est un exemple de diagramme de rayonnement symétrique, la courbe est une ellipse et le grand axe passe par les deux foyers de l'ellipse. On peut alors définir un petit axe, peφendiculaire au grand axe et qui constitue la médiatrice des deux foyers.
La figure montre l'exemple d'un diffuseur holographique; il est avantageux que la surface active du diffuseur soit la surface d'entrée, qui reçoit les rayons provenant de la lentille de Fresnel. Ceci assure une meilleure performance du diffuseur holographique, en termes de lobe d'émission. Comme l'épaisseur du diffuseur peut être très faible - de l'ordre de 125 μm, la perte de résolution du fait de la diffusion avant les éléments de focalisation est négligeable. On peut aussi utiliser comme diffuseur un SRDM; un tel diffuseur peut fonctionner avec la surface active en entrée ou en sortie. Il est avantageux que la surface active du diffuseur soit la surface de sortie de la lumière, adjacente au support à éléments de focalisation; ceci limite la perte en résolution par diffusion dans l'épaisseur du diffuseur. La surface active est alors disposée aussi près que possible des éléments de focalisation du support 10. Dans un cas comme dans l'autre, l'avantage d'un diffuseur surfacique, par rapport à un diffuseur volumique, est une transmission plus élevée, associée à une rétrodiffusion modérée.
On peut encore utiliser un diffuseur surfacique d'un type autre qu'un diffuseur holographique ou SRDM. Par exemple, un diffuseur surfacique avec des micro-rainures orientées verticalement permet d'obtenir une diffusion importante dans la direction horizontale et une diffusion faible ou nulle dans la direction verticale. Un tel diffuseur peut être obtenu par sablage directionnel ou encore par gravure, ou enfin par réplication à l'aide d'une résine photosensible d'un diffuseur maître réalisé par sablage ou par gravure.
Le support 10 à éléments de focalisation reçoit la lumière provenant du diffuseur. II présente une surface d'entrée 16 avec des éléments de focalisation 18 cylindriques; on entend par cylindrique une surface définie par une famille de droites parallèles s'appuyant sur une courbe, cette définition étant plus large que le simple cylindre de révolution. Les éléments de focalisation peuvent donc présenter une forme d'arc de cercle dans un plan peφendiculaire aux droites de la famille; on peut aussi utiliser des éléments de focalisation asphériques - avec une forme autre qu'un arc de cercle : ellipsoïdale, parabolique ou autres profils adaptés selon US-A-4 490 010 (DNP). Une telle forme contribue à l'étalement des rayons lumineux et peut permettre de contrôler aussi l'angle de vision dans la direction peφendiculaire aux droites de la famille. Des exemples sont donnés en référence aux figures 7, 8 et 9. Les éléments de focalisation sont sensiblement parallèles au grand axe du diffuseur, ce qui revient à dire que les droites de la famille qui les définit sont sensiblement horizontales. De façon idéale, les éléments de focalisation sont exactement parallèles à ce grand axe. En pratique, du fait de contraintes de montage, il peut exister un angle entre le grand axe du diffuseur et les éléments de focalisation, comme expliqué plus bas en référence à la figure 6.
Le support présente aussi une couche opaque 20, avec des ouvertures 22 adaptées à laisser passer la lumière focalisée par les éléments de focalisation. Cette couche opaque s'étend par exemple dans le plan de focalisation des éléments de focalisation et présente des ouvertures allongées parallèles aux éléments de focalisation. Elle peut être formée par les méthodes décrites dans WO-A-00 67071 ou dans les demandes de brevet françaises déposées sous les numéros 02 02086, 02 10885, 02 10829 ou 02 12987. On peut par exemple en exposer une couche photosensible à travers les éléments de focalisation ou en détruire localement la couche opaque à l'aide d'un laser ou autre, à travers les éléments de focalisation.
Le support 10, flexible, muni de la couche opaque 20 gravée est collé sur le substrat 24, rigide, muni de la couche anti-reflet 26. Cette couche anti-reflet peut être du type plastique économique, à structure œil de mouche (moth-eye) répliquée dans la surface du substrat, ou à multicouches diélectriques évaporées ou réalisées selon la méthode sol-gel.
Une couche anti-reflet type œil de mouche présente un coefficient de réflexion Ri de 0,1% de 0° à 40° d'angle d'incidence du faisceau lumineux; ce coefficient de réflexion est limité à 1% sous un angle d'incidence de 60°, en comparaison d'une valeur de 10% pour une interface acrylique-air. Il est proposé dans cet exemple d'appliquer une couche anti-reflet œil de mouche ou autre sur toutes les surfaces non diffusantes de l'assemblage de la lentille de Fresnel, du diffuseur, du support et du substrat; en particulier, on peut appliquer une telle couche sur la surface d'entrée de la lentille de Fresnel, où l'angle d'incidence dans les coins peut être élevé dans le cas d'un projecteur de conception compacte (voir US-A-5 590 943, Hitachi avec des angles atteignant 70°). On peut encore appliquer une telle couche sur la surface 16 des lenticules 18, sur laquelle l'angle d'incidence du faisceau lumineux peut atteindre 40° ou plus au bord des lenticules 18. Comme expliqué par ailleurs, on peut aussi ou alternativement prévoir une couche anti-reflet sur le diffuseur ou sur le substrat. La présence de cette ou ces couches anti-reflet est bénéfique à la transmission optique de l'écran et à l'uniformité centre-bord de cette transmission.
La figure 2 montre une vue à plus grande échelle d'éléments de focalisation; dans l'exemple, les éléments de focalisation sont des portions de largeur A de demi-cylindres de révolution de rayon r. Le support présente une épaisseur e. . Le plan de sortie du support (10) est quasiment le plan focal des lenticulaires (18). Dans l'exemple de la figure le support à éléments de focalisation présente un indice ni. On a les relations suivantes : sin i = A / 2r sin β0 = ni . sin γ0 γo = i -j sinj = sin i / nl e= r +OF OF = BF-OB = A/(2tgγ0) - r cos i e = r(l-cosi + A/(2r.tgγ0)) pour les exemples de lenticulaires cylindriques des figures 2 et 3, avec ni = 1,5. L'épaisseur e est voisine de 2,8 x r.
La figure 3 est une vue à plus grande échelle d'un écran, avec les éléments de focalisation de la figure 2; on a considéré l'exemple d'un diffuseur surfacique avec une surface active dirigée vers les éléments de focalisation. Comme le montre la figure 3, un substrat 24 est collé sur la couche opaque avec une couches antireflet sur la surface 26 du substrat. Le substrat assure à la fois la rigidité mécanique du support 10 et une protection de la couche opaque. Pour des applications télévision ou moniteur graphique, il est judicieux d'assembler par collage sur les bords, hors champ utile les différents éléments de l'écran : la Fresnel, le diffuseur et le support à lenticulaires muni de la couche opaque collé sur le substrat 24 qui assure alors la rigidité mécanique de l'écran de rétroprojection; cette solution est simple, mais elle augmente la surface de bords, ce qui est inapplicable pour les murs d'image vidéo ;dans ce cas un empilement des éléments avec clipsage périphérique est recommandé.
Le fonctionnement de l'écran des figures 1 et 3 est le suivant. La lumière émise par le projecteur est collimatée par la lentille de Fresnel et arrive donc en incidence normale sur le diffuseur. Elle est diffusée suivant le diagramme de rayonnement du diffuseur et arrive sur les éléments cylindriques de focalisation du support. Comme le diagramme de rayonnement du diffuseur est allongé avec un grand axe horizontal, les rayons issus du diffuseur sont dans des plans, faiblement inclinés par rapport au plan horizontal et sont focalisés par les éléments de focalisation vers les ouvertures dans la couche opaque. On comprend donc que la quasi-totalité des rayons provenant du diffuseur 8, peut traverser les ouvertures 22, mêmes si ces ouvertures présentent une surface faible ; ceci à condition que l'angle d'émission verticale à l'extinction du diffuseur soit adapté à cette surface des ouvertures (comme illustré plus loin). De la sorte, l'angle de vision horizontal en sortie d'écran est déterminé, pour l'essentiel, par les caractéristiques du diffuseur; spécifiquement, l'angle de vision horizontal est égal à l'angle d'ouverture du diagramme de rayonnement du diffuseur 8 suivant le grand axe.
L'étalement des rayons lumineux dans la direction verticale est principalement assuré par les éléments lenticulaires, comme cela est illustré dans les exemples ci-après. Les avantages de l'écran des figures 1 et 3 sont les suivants. Comme l'angle de vision horizontal est essentiellement déterminé par le diagramme de rayonnement du diffuseur, cet angle peut être adapté simplement, par changement du diffuseur. L'écran peut donc très facilement être modifié pour l'adapter à des angles de vision différents suivant la direction horizontale. On peut aussi obtenir des angles de vision horizontale aussi élevés que souhaité - simplement par le choix d'un diffuseur avec un angle de diffusion horizontale important.
Par ailleurs, en fournissant un diffuseur présentant un diagramme de rayonnement très aplati - avec un angle faible suivant la direction verticale - on assure que les rayons incidents sur le support à éléments de focalisation sont sensiblement horizontaux. Il est donc possible de fournir dans la couche opaque des ouvertures de faible dimension, sans pour autant nuire à la transmitivité de l'écran. De ce fait, l'écran peut présenter un contraste élevé.
L'écran peut aussi présenter une résolution élevée. La résolution horizontale de l'écran est pratiquement égale à celle du diffuseur car le réseau lenticulaire n'a pas d'influence sur l'horizontale ; des valeurs supérieures à 10 pl/mm (paires de lignes par millimètre) sont communes pour un diffuseur surfacique. Dans la direction verticale, la résolution correspond à deux fois la distance entre deux ouvertures de la couche opaque donc à deux fois la période du réseau lenticulaire : en effet, deux lenticules sont nécessaires pour séparer nettement, avec une modulation supérieure à 30%, une ligne éclairée ON d'une ligne éteinte OFF.Comme illustré par les exemples ci-après, la période du réseau lenticulaire visée par l'invention est A =150μm typique ; ce qui conduit à une résolution verticale de 1/2 A = 3,3 pl/mm.
Pour l'application télévision pour laquelle l'information est largement étalée selon la direction horizontale, l'invention conduit donc à une résolution horizontale bien supérieure à celle de l'état de l'art : celui-ci fait intervenir un réseau lenticulaire vertical qui limite la résolution d'écran horizontale.
L'écran minimise aussi les phénomènes de Moiré. Ces phénomènes sont provoqués par la supeφosition de structures régulières - par exemple les pixels des afficheurs à cristal liquide ou à DMD, les microreliefs de la lentille de Fresnel, les lenticulaires de sortie dans le cas d'un dispositif selon l'état de la technique. La présence dans l'écran d'un diffuseur limite ou élimine les phénomènes de Moiré. Ceci est particulièrement le cas lorsque l'on utilise un diffuseur holographique à structure surfacique aléatoire disposé entre la lentille de Fresnel (périodique) et le support à éléments de focalisation (périodique). L'utilisation d'un diffuseur du type SRDM périodique peut conduire à des phénomènes de Moiré limités du fait de la périodicité des éléments de la surface active
On reconnaît sur la figure 3 les éléments déjà décrits, qui ne sont pas mentionnés à nouveau. La référence 28 est une couche de colle laminée ou autrement disposée entre la couche opaque 20 et le substrat 24 pour l'assemblage du support 10. A titre d'exemple, pour une application télévision ou moniteur graphique, on peut considérer un substrat d'une épaisseur de 4 mm, en plastique avec une couche anti-reflet, sur lequel est prélaminé un film adhésif transparent du type commercialisé par la société Rexam; il s'agit d'un adhésif sensible à la pression dit PS A (pressure sensitive adhesive en langue anglaise), largement utilisé pour la fabrication des moniteurs à cristaux liquides. Le support à éléments de focalisation peut présenter une épaisseur de 150 à 500 μm; le support et la couche opaque formée sur le support sont laminés sur le film adhésif du substrat. Le diffuseur et son support sont collés sur les bords de l'ensemble et la lentille de Fresnel est laminé sur les bords de l'ensemble. Pour une application en mur d'images, le substrat assemblé au lenticulaire est découpé. L'ensemble du substrat et du support avec les éléments de focalisation, le diffuseur et son support ainsi que la lentille de Fresnel sont assemblés par des clips et des éléments d'assemblages sur les bords, de sorte à fournir un écran avec des bords aussi fins que possible. Comme le montre la figure 2, on note A la distance entre deux éléments de focalisation 18 adjacents, qui est aussi la taille d'un élément lenticulaire suivant la direction verticale, la distance e entre la surface des éléments de focalisation et la couche opaque, correspond à l'épaisseur des éléments de focalisation; sur la figure 3, a est la dimension suivant une direction verticale des ouvertures dans la couche opaque. On note ni, n2 et n3 les indices respectifs des éléments lenticulaires, de la colle et du substrat; dans la représentation schématique de la figure, on a considéré le cas d'indices égaux; la valeur de l'indice commun est notée n dans la suite. Le rapport a/A est le pourcentage X% d'ouverture dans la couche opaque. On a représenté vers le milieu de la figure 3 un rayon XX' passant par le centre O d'un élément lenticulaire et passant par le bord de l'ouverture 22 correspondante dans la couche opaque. On note α l'angle que forme le rayon XX' avec la normale. La figure montre le rayon 32 émis juste avant l'extinction dans la direction verticale, incident avec un angle α au bord d'un élément lenticulaire, qui passe par le bord de l'ouverture 22 correspondante, α est l'angle à l'extinction du diffuseur.
On note γ l'angle d'incidence du rayon 32 sur la couche opaque, qui, du fait de l'égalité des indices dans l'exemple, est aussi l'angle incident du rayon 32 sur la surface 26 du substrat 24. Le rayon 32 sort de l'écran en formant un angle β avec la normale à l'écran.
On a dans l'exemple de la figure 3 les relations suivantes : tgα = a/2OF
OF = e - r ; pour ni = 1,5 on a OF ≈1,8 r tgα = X% / (3,6 r/A) tg γ = (A/2 + a/2) / (OF + OB) avec OB = r.cos i tg γ = (1 + X%) / [(2 .r/A)(l,8 + cos i)] sin β = ni.sin γ quelles que soient les valeurs des indices n2 et n3.
Si l'angle limite du diagramme de rayonnement du diffuseur, dans la direction verticale, est inférieur ou égal à cet angle α, l'ensemble des rayons sortant du diffuseur 8 et incidents sur les éléments lenticulaires 18 traverse la couche opaque par les ouvertures. On peut donc assurer une transmission de l'écran de 100%, en négligeant l'atténuation. De ce point de vue, il est judicieux d'adapter la taille des ouvertures dans la couche opaque à la valeur de l'angle du diagramme de rayonnement du diffuseur dans la direction verticale. Plus cet angle est élevé, plus les ouvertures dans la couche opaque doivent être larges pour permettre une transmission totale ou quasi-totale. La taille des ouvertures a une incidence sur le contraste de l'écran: plus les ouvertures sont d'une dimension faible, plus la lumière incidente sur l'écran depuis l'extérieur - le côté droit sur la figure - est absorbée. Ceci apparaît clairement du calcul de contraste proposé plus bas. Du fait de l'alignement des éléments lenticulaires et des ouvertures avec le grand axe du diagramme de rayonnement, la lumière peut être étalée dans la direction horizontale sans que cela ne nuise à la transmission de l'écran. Pour limiter l'astigmatisme, il est préférable de travailler dans les conditions d'Abbe, à savoir au plus proche de l'axe optique des lenticulaires; il est donc intéressant que A soit strictement inférieur à r. Si tel n'est pas le cas, il reste possible d'utiliser des éléments lenticulaires asphériques, pour corriger l'astigmatisme inhérent au cas r < A < 2.r. Cette correction est plus douce que celle requise pour étaler la lumière dans le plan horizontal des écrans concurrents, qui nécessitent aussi la correction d'astigmatisme.
L'utilisation d'éléments asphériques est suggérée dans US-A-6 256 145, col. 3 lignes 19-
27.
La figure 4 montre l'allure du diagramme de rayonnement du diffuseur. On a représenté sur la figure en ordonnées l'intensité lumineuse relative et en abscisses l'angle. Les graphes montrent les résultats typiques d'une mesure 34 dans la direction horizontale et d'une mesure 36 dans la direction verticale. L'exemple est celui d'un diffuseur holographique surfacique du type commercialisé par la société POC, sise à Torrance, U.S.A., pour des valeurs d'angle à mi-luminance de ±40° suivant le grand axe et de ±2° suivant le petit axe. Ces valeurs correspondent sensiblement à une extinction à ±62° et à ±4° suivant les mêmes directions. Ces valeurs sont bien dans les limites annoncées par cette société : elle propose des diffuseurs avec un diagramme de rayonnement à ±48° à mi-luminance, soit ±72° à l'extinction, suivant le grand axe; suivant le petit axe, la valeur minimale annoncée est de ±0.1° à mi-luminance, soit ±0.2° à l'extinction.
Le tableau ci-dessous donne des exemples d'éléments lenticulaires fournis par la société Reflexite Displays-Optics; les valeurs de A et r sont fournies par le fabricant, les angles i, j et βo ainsi que le rapport e/r sont calculés comme expliqué en référence à la figure 2. L'angle βo(L/2) à mi-luminance correspond au faisceau incident avec sin i = A/4r en deçà et au-delà duquel le flux lumineux du projecteur est partagé en deux parts égales.
La figure 5 montre une vue schématique du diffuseur 8 et du support 10 en perspective partielle, montrant le diagramme de rayonnement du diffuseur pour un rayon 38 en incidence normale sur le diffuseur. La figure montre différents rayons, plus précisément les rayons extrêmes 40 et 42, 44 et 46 dans les directions horizontale et verticale. La figure montre encore la projection 50 du diagramme de rayonnement dans le plan de la couche opaque. Le diagramme de rayonnement est allongé, de sorte que l'ensemble des rayons diffusés issus du rayon 38 traverse la couche opaque.
La figure 6 montre l'effet d'un défaut d'alignement du diffuseur et du support à éléments de focalisation. On a représenté dans le plan de la couche opaque 20 les ouvertures 22 et la trace du diagramme de rayonnement, pour un alignement exact en 52 et avec un défaut d'alignement en 54. On note δ l'angle entre la direction des éléments lenticulaires et la direction du grand axe du diagramme de rayonnement du diffuseur; dans le cas représenté en 52, cet angle δ a une valeur nulle; il présente une valeur non nulle dans le cas représenté en 54. Sur un écran de 800 x 600 mm, une tolérance de positionnement de 2 mm sur le côté de l'écran conduit à un angle δ de l'ordre de 0,3°. Une tolérance de 1 mm - pratiquement réalisable sans difficultés particulières dans des conditions industrielles - conduit à un angle δ de 0,15°.
On peut utiliser cette valeur δ d'angle comme borne supérieure des variations induites dans les angles des rayons lumineux par un défaut d'alignement du diffuseur et du support. On peut alors diminuer de cette valeur δ l'angle vertical du diagramme de rayonnement du diffuseur, de sorte à assurer une transmission de l'ensemble de la lumière. L'angle du diffuseur est alors choisi égal à α - δ, pour assurer que toute la lumière émise par le diffuseur traverse les ouvertures de la couche opaque et parvient à l'utilisateur. On considère encore l'exemple d'un écran de 70 pouces de diagonale, soit des images de dimensions de 1550 mm par 872 mm dans un format 16/9. Le support 10 présente 250 lenticulaires par pouce (2,54 cm). La couche noire présente un taux d'ouverture de 20%, soit donc une taille des ouvertures de 20 μm. La résolution horizontale est de 1500 pixels par ligne, ce qui correspond à un pixel de 1 mm. Si l'on considère une tolérance d'alignement de ± 1 μm aux bords d'un pixel élémentaire, on obtient un angle δ de 1/500 radian. La tolérance d'alignement aux bords d'un écran de 1500 mm de longueur est de ± 750/500, soit ± 1,5 mm, Si l'on impose une tolérance d'alignement de 0,75 mm en bord d'écran - ce qui reste tout à fait réalisable en termes industriels - on obtient une tolérance d'alignement inférieure à 0,5 μm au niveau d'un pixel élémentaire. Ceci garantit une excellente transmission optique et la possibilité d'améliorer encore le contraste, par exemple en diminuant le taux d'ouverture à 10% pour la couche noire.
Le tableau ci-dessous donne des exemples des angles α et β pour différentes valeurs d'ouverture X% dans la couche opaque. On a considéré des exemples d'indice n de 1,5. Les calculs sont effectués suivant les formules données plus haut en référence aux figures 2 et 3.
A est choisi compatible avec la résolution requise; en vertical, une paire de ligne - une ligne noire et une ligne blanche - peut être projetée sur une distance 2. A; une valeur de
A de 150 μm est prise à titre d'exemple. L'angle d'émission d'un diffuseur surfacique à mi-luminance est environ égal aux deux tiers de l'angle à l'extinction.
Application télévision. Dans la direction horizontale, le diffuseur et donc l'écran émettent à mi-luminance à ±40°; une valeur de ±48° est possible. Le tableau donne les angles en degrés, en vertical, avec
- l'angle α (L/2) à mi-luminance pour le diffuseur : α(L/2) = 2α/3
- l'angle β (L/2) à mi-luminance et β à l'extinction pour l'écran. X% est le taux d'ouverture de la couche opaque, comme expliqué plus haut.
Dans la direction verticale, la spécification d'écran TV habituelle requiert un angle β(L/2) à mi-luminance en sortie d'écran qui est supérieur à ±10°. Le cas r = 0.150 mm convient avec une épaisseur de lenticulaire e = 0,420mm.
Des diffuseurs avec une émissivité à mi-luminance de ±0,5° à ±3° en vertical sont adaptés. On pourrait utiliser les diffuseurs holographiques surfaciques proposés par la société POC. Ces diffuseurs présentent des angles à mi-luminance dans les plages suivantes :
- petit axe : ±0.1° à ±18°; - grand axe : ±5° à ±48°.
De même, la société avefront Technologies Inc., Paramount, CA, propose des diffuseurs surfaciques elliptiques qui conviennent.
Application moniteur graphique et élément de murs d'images. Dans la direction horizontale, la spécification habituelle requiert un angle β(L/2) à mi- luminance en sortie d'écran qui est supérieur à ±40°; une valeur de ±48° est possible. Dans la direction verticale, la spécification habituelle requiert un angle β(L/2) à mi- luminance en sortie d'écran qui est supérieur à ±30°. Un exemple, illustré figure 8, est explicité ci-après. On a mentionné plus haut l'exemple d'un diffuseur holographique surfacique. On note la très faible rétrodiffusion d'un diffuseur holographique. Ce diffuseur présente l'avantage de présenter un diagramme de diffusion facilement adaptable; on pourrait même prévoir plusieurs lobes dans la direction horizontale. Ce diffuseur présente aussi l'avantage décrit à la figure 1 de l'article de J.M. Tedesco cité plus haut de renvoyer dans le cône de diffusion la lumière incidence dans ce cône, même si elle n'est pas en incidence normale. Ceci peut permettre l'ajout d'un autre diffuseur dans le montage, avec un angle de diffusion faible. On pourrait ainsi utiliser en entrée de la lentille de Fresnel un élément lenticulaire vertical; un étalement des rayons dans le plan horizontal est sans incidence sur le diagramme de rayonnement du diffuseur holographique. On pourrait aussi utiliser un diffuseur avec un diagramme de diffusion conique avec un angle inférieur à l'angle vertical du diffuseur holographique; un tel diffuseur pourrait par exemple être ménagé sur la surface d'entrée 12 du diffuseur 8. Dans un cas comme dans l'autre, la présence d'un tel diffuseur contribue à limiter les effets du scintillement (speckle en langue anglaise). Dans le cas d'un diffuseur conique d'angle 2° (demi-angle à mi-luminance, soit
±3.5° à l'extinction) sur la surface 12, la résolution est légèrement dégradée dans la mesure où la taille du faisceau incident augmente à la traversée du diffuseur 8; on obtient en entrée de la surface de diffusion 14 un point de 2 x 2 mm x tg(3.5°), soit 250 microns pour une épaisseur de diffuseur de 2 mm. Cette dégradation est acceptable.
Comme dans le cas précédent, on peut aussi prévoir un autre diffuseur symétrique, en entrée de la Fresnel. Dans tous les cas, il est avantageux que ce diffuseur supplémentaire présente un angle de diffusion à mi-luminance de ±2.5°. Un tel diffuseur est disponible auprès de la société Reflexite Display Optics sous la référence BP311 ou auprès de la société POC sous la référence 5°LSD.
On pourrait encore disposer un tel diffuseur à la surface du substrat 24 collée contre la couche opaque, et/ou encore ménager ce diffuseur sur la surface du support à éléments lenticulaires avant de déposer la couche opaque. Ces solutions peuvent imposer d'utiliser une colle d'indice différent, de sorte à conserver une surface complexe séparant deux milieux d'indices différents. Ces solutions permettent de conserver une surface lisse à l'extérieur de l'écran, côté utilisateur, de sorte à éviter toute pollution et augmenter la robustesse de l'écran. Ainsi, il est possible d'ajouter au diffuseur présentant un diagramme de rayonnement allongé un ou plusieurs diffuseurs supplémentaires, avec de préférence un angle de diffusion faible — inférieur à l'angle vertical du diffuseur présentant un diagramme de rayonnement allongé. Ce ou ces diffuseurs supplémentaires remplissent une ou plusieurs des fonctions suivantes: - limiter le scintillement;
- limiter les phénomènes de Moiré;
- augmenter encore l'angle de diffusion pour la lumière transmise.
Ce ou ces diffuseurs supplémentaires peuvent être surfaciques et être disposés:
- sur la surface du substrat 24 disposée contre la couche opaque; - sous la couche opaque;
- sur la surface d'entrée 12 du diffuseur 8;
- sur la surface d'entrée 4 de la lentille de Fresnel 6.
On pourrait aussi utiliser comme diffuseur supplémentaire un diffuseur volumique, dans la lentille de Fresnel, dans le diffuseur, dans les éléments lenticulaires ou dans le substrat.
Même avec de tels diffuseurs, on obtient un écran présentant en combinaison avec la lentille de Fresnel une transmission supérieure à 0.60, voire 0.70 ou plus. Le phénomène de scintillement peut apparaître lorsqu'une surface diffusante qui reçoit un fin faisceau réagit comme une multitude de petites sources indépendantes dont les émissions interfèrent pour créer une image avec des blancs fins et très lumineux et des noirs - d'où l'impression de scintillement. Le scintillement est peu gênant à grande distance, comme dans les applications TV et murs d'image vidéo. Pour l'application moniteur, à courte distance, l'observateur peut y être plus sensible. Dans le cas des projecteurs à DMD, le pixel micro-miroir réfléchit vers l'optique un faisceau lumineux très fin, qui certes élargi par cette optique, arrive sur le pixel d'écran sous un angle très inférieur à 1°; la tache de diffusion du système optique est voisine de 100 microns sur l'écran et peut scintiller du fait de la périodicité de la surface diffusante bien inférieure à 100 microns (voir proceeding de la société SPIE de février 1997) ; ce qui vaut aussi pour la surface d'un pixel de 800 μm x 600 μm d'un écran 800 mm x 600 mm illuminée par un micro-miroir du DMD.
Dans la direction verticale, il y a un effet d'intégration du phénomène puisqu'un pixel haut de 600 μm voit son information compressée puis redistribuée par 4 lenticulaires horizontaux de période A = 150 μm.
Comme expliqué plus haut, il est possible de minimiser ce phénomène en prévoyant un ou plusieurs diffuseurs coniques, périodiques ou autres dans l'écran: l'objectif recherché est d'élargir l'angle d'attaque du faisceau lumineux sur le diffuseur 8 par un deuxième diffuseur placé avant lui pour éviter la scintillation du diffuseur 8; ou de minimiser la scintillation par un deuxième diffuseur après le diffuseur 8.
On donne maintenant des exemples de calcul du contraste. Comme cela est connu en soi, le contraste est représentatif de du rapport L0/ln entre la luminance L0 de l'écran dans les zones où la lumière est transmise (zones "ON") et la luminance ln dans les zones où la lumière n'est pas transmise (zone "OFF"). On note
- F le flux lumineux en lumens utile incident sur l'écran de projection;
- T la transmission optique T de l'écran en %;
- G le gain de l'écran par rapport à un diffuseur lambertien;
- R le coefficient de réflexion diffuse de l'écran, en %; - S la surface de l'écran;
- E l'éclairement ambiant en lux . Avec ces notations, le contraste C s'écrit
C = L0 / ln avec L0 = (F.T / π.S).G et 1„ = E/πR ce qui donne finalement
C = (F/E).(T R).(G/S) Pour la mesure de R, le projecteur est éteint ; en lumière ambiante on mesure la luminance ln0 d'un diffuseur lambertien réflectif (par exemple du MgO) plaqué sur la surface de l'écran. On mesure ensuite la luminance ln de l'écran. Le coefficient R vaut alors ln / ln0.
Pour la mesure du contraste d'un projecteur, la norme ANSI propose de diviser la surface d'écran est divisée en 9 parties égales dont 5 ON et 4 OFF avec donc les zones ON aux quatre coins et au centre; on calcule la moyenne des luminances L0 mesurées avec un photomètre sur les 5 zones ON et la moyenne ln étant la moyenne des luminances mesurées sur les 4 zones OFF, l'écran étant immergé dans l'éclairage ambiant avec le projecteur éteint, l'éclairement ambiant est une moyenne de la mesure effectuée avec un luxmètre sur les différentes zones d'écran.
Dans ces conditions, pour l'écran de la figure 1, on peut calculer le contraste comme suit.. La réflexion diffuse R peut atteindre 1.5% pour une valeur de l'ouverture X% de 20%, soit R = 2% pour une valeur de l'ouverture de 30%.
La réflexion diffuse R d'écran est limitée du fait de la position arrière du diffuseur (8) par rapport au support (10) ce qui fait l'originalité de l'invention par rapport à l'état de l'art.
En application télévision, le flux lumineux du moniteur reste faible, pour limiter la puissance consommée; on a typiquement une puissance F inférieure à 500 lumens. Une transmission de 60%, une valeur d'éclairement de 100 lux et une surface d'un mètre carré conduisent, pour une valeur d'ouverture X% de 20% à un contraste
C = (500/100) . (60/1,5) . G = 200 . G Dans une application télévision, une émission plate est recherché et le gain est typiquement supérieur à 2.5 par rapport au profil lambertien.. Le contraste est supérieur à 500. En application moniteur, le flux lumineux du moniteur peut atteindre 1000 lumens. L'émission est plus homogène, ce qui conduit à un gain supérieur à 1,5. Le contraste vaut
C = 400 . G et est donc typiquement supérieur à 600. Le contraste de l'écran, est donc supérieur à
500. Le calcul est un calcul raisonnable, compte tenu du faible gain de 2,5 proposé et de la transmission T qui peut être supérieure à 0.70; en pratique, le gain d'écran est supérieur, ce qui augmenterait encore le contraste. Le coefficient de réflexion diffuse d'écran R s'explique ainsi =
R=Rι + R2
Ri = coefficient de réflexion diffuse de la couche anti-reflet
R2 = coefficient de réflexion diffuse de l'écran sans couche anti-reflet.
Ri = 1% pour une couche anti-reflet plastique type "œil de mouche" (Moth-eye) R2 = Ro X%2
Cette valeur de la réflexion diffuse R2 s'explique comme suit; le lenticulaire avec une couche opaque gravé joue le rôle d'un filtre neutre pour la lumière ambiante qui le traverse; cette lumière est rétrodiffusée par le diffuseur interne ou par le diffuseur holographique, retraverse le filtre formé de la couche opaque pour aller vers l'observateur. Avec une surface des ouvertures de la matrice noire à X%, la lumière ambiante est dégradée au minimum par un coefficient de X%2. Si le diffuseur surfacique 14 rétrodiffuse Ro % de la lumière parasite, alors le coefficient de réflexion diffuse d'écran en l'absence de couche anti-reflet est R = o X%2.
Pour un diffuseur surface, Ro est inférieur à 10% (voir article Tedesco cidessus). Pour X% = 20%, on a R2 = 0,4% et R = 1 ,4% Pour X% = 30%, on aR2 = 0,9% et R = 1,9% ce qui est cohérent avec les valeurs de R annoncées ci-dessus pour l'évaluation du contraste d'écran.
L'écran assure une résolution meilleure que celle de l'état de la technique. La société Toppan (Japon) annonce des lenticulaires verticaux d'une largeur de 0,150mm et de 0.098 mm dans le futur ;la résolution correspondant en pl/mm, à une période de deux lenticulaires soit : 3,3 pl/mm à 5 pl/mm dans le futur.-. L'écran décrit dans les exemples présente, dans la direction horizontale, une résolution qui est celle du diffuseur 8 utilisé et qui est supérieure à 10 pl/mm. Dans la direction verticale, la résolution a moins d'importance, pour les applications télévision; la résolution est donnée par le nombre de paires de lignes visibles par mm d'écran. Elle est fonction dans les exemples proposés de la taille des éléments lenticulaires, une paire de ligne correspondant à deux éléments lenticulaires. Les écrans décrits dans les exemples peuvent typiquement permettre d'atteindre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- un contraste supérieur à 500 avec un flux de 500 lumens sous 100 lux ambiant;
- un angle de vision vertical à l'extinction supérieur ou égal à ±60° (±30° à mi- luminance);
- un angle de vision horizontal à l'extinction supérieur ou égal à ±72° (±48° à L/2);
- une résolution dans la direction horizontale supérieure à 10 pl/mm
- une résolution dans la direction verticale supérieure à 3 pl/mm
- une transmission T supérieure ou égale à 0,70, avec la lentille de Fresnel. De nombreux brevets portent sur la réalisation de lenticulaires asphériques pour la correction d'astigmatisme de la focalisation et l'étalement de la lumière émise peφendiculairement à l'axe des lenticulaires : US-A-4 387 959, US-A-4 490 010, US- A-4 432 010, US-A-6 256 145 - ; les deux derniers préconisant des lenticulaires ellipsoïdaux avec une excentricité ε de l'ellipse égale à l'inverse de l'indice optique n pour minimiser les aberrations de focalisation. On peut utiliser l'enseignement de ces différents documents et l'appliquer aux éléments de focalisation du support.
La figure 7 montre un exemple d'écran avec des éléments lenticulaires asphériques; on a aussi porté sur la figure la lentille de Fresnel. Les notations sont les mêmes que sur les figures 2 et 3, sauf dans la mesure indiquée ci-dessous. Les éléments lenticulaires sont cylindriques et s'appuient sur des arcs d'ellipse, d'excentricité ε égale à l'inverse de l'indice optique ni du matériau utilisé pour corriger les aberrations de focalisation et limiter la taille des ouvertures dans la couche opaque. Le demi grand axe de l'ellipse est a, rayon du cercle fictif extérieur dans lequel l'ellipse est inscrite. Le demi petit axe est b, rayon du cercle fictif intérieur inscrit dans l'ellipse. On note O le centre de l'ellipse, Fl et F2 les deux foyers et c la distance OFl ou OF2 entre le centre et un foyer. La surface plane du support 10 est quasiment le plan focal des lenticulaires 18, qui contient les foyers F2. L'excentricité ε vaut c/a et 1/nl. L'ellipse est l'ensemble des points M vérifiant FlM + F2M = 2a, et donc b2 + c2 = a2 ce qui conduit à a = b.nl/V(nι2-l) La figure montre l'exemple de lenticulaires avec les valeurs suivantes : b = 0.100 mm ni = 1.5 a = 0.134 mm c = 0.090 mm e = a + c = 0,224mm A = 150 μm X% = 20%.
L'axe XX' sert à construire le rayon 32 limite émis par le diffuseur 8. Ce rayon passe par le bord de l'ouverture 22 dans la couche opaque 20 et pratiquement par le centre 0, du fait de la faible valeur de l'angle α entre le rayon XX' et l'axe F1F2 des deux foyers (ou la normale à l'écran). On a tg α = A/2 . X% / c => a = 9,5° ce qui dans l'exemple considéré donne une émission à mi-luminance du diffuseur de 9.5° x 2/3, soit 6.4°. On a encore tg γ = A/2 . (l + X%) / D avec D proche de F1F2 = 2c du fait du choix de A sin β ≈ ni. sin γ ce qui donne γ = 27° β = 43° à l'extinction et β(L/2) = 20° à mi-luminance, ce qui est trop élevé pour l'application TV et trop faible pour l'application moniteur graphique.
Augmenter la valeur de β(L/2) jusqu'à ±30° ou plus est possible par l'application d'un second diffuseur surfacique dans les ouvertures de la couche opaque ; ce qui contribue à minimiser la scintillation s'il y a lieu.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. Pour ce qui est de la fabrication, la figure 2 montre des éléments lenticulaires obtenus par moulage, extrusion, ou dans le cas de fine structure avec A< 0,200 mm, par réticulation sous radiation adaptée (U.V.,...) d'une résine photopolymère sur un support de faible épaisseur comme suggéré dans JP A-3-12704, US 4 083 626 et autres... Tedesco ci- dessus cité préconise cette méthode photopolymère pour la réplication d'une surface diffusante sur un support fin ou rigide ; ceci peut être utilisé pour la réalisation du diffuseur principal 8 de l'invention et du ou des autres diffuseur(s) pour la minimisation de la scintillation d'écran. Dans les exemples des figures, l'écran est utilisé dans une application de rétroprojecteur, avec une lentille de Fresnel. Dans les exemples proposés, on a considéré une distance A de 150 microns entre les éléments lenticulaires. On pourrait aussi choisir une distance plus importante, par exemple au plus 500 microns; une valeur de 250 microns au plus améliore toutefois la résolution.
En conclusion, dans les différents exemples proposés plus haut :
- l'émission d'écran selon la direction horizontale est donnée par le diffuseur principal
8; l'émission d'écran selon la direction verticale est assurée principalement par le support à lenticulaires : dans le cas de l'application télévision, la correction d'astigmatismes par sphéricité n'est pas forcément utile et les lenticulaires peuvent être quasi-cylindriques à section circulaire, ce qui présente l'avantage d'une fabrication aisée; ceci diffère fondamentalement de l'état de l'art qui fait intervenir des lenticulaires verticaux asphériques pour l'émission d'écran en horizontal. Dans le cas de l'application moniteur graphique et murs d'images selon les exemples de l'invention, l'angle d'émission en vertical est assuré par les lenticulaires horizontaux asphériques.
La figure 8 représente un support 10 à lenticulaires adapté à l'application moniteur graphique et murs d'images. Est représentée la couche opaque munie des ouvertures avec X% = 20%.
Ne sont pas représentés : la Fresnel 6, le diffuseur 8, le substrat 24. Les caractéristiques de la figure 8 sont : a = 0,115 mm b = 0,085 mm c = 0,075 mm e = 0, 190 mm A = 0,150 mm X% = 20 % n = l,5 ce qui donne : l'angle à l'extinction β = ± 60° et l'angle à mi-luminance β (L/2)> ± 30° Le diffuseur 8 associé présente les angles caractéristiques : X% = 20 %α = 11 ,5° α(L/2) = 7,6° X% = 10 %α = 5,7° α(L/2) = 3,8°
X% = 5% α = 2,8° α(L/2) = l,9° sur le petit axe, ce qui est dans le domaine du réalisable. Sur le grand axe, l'angle à mi- luminance est ± 40° voire ± 48°. (voir diffuseur holographique de la société POC). Peut être utilisé aussi le diffuseur surfacique asymétrique proposé par la société Reflexite Display Optics, sous la référence SN 1375 avec un angle α à mi-luminance de ± 7° sur le petit axe pour une valeur d'ouverture X% = 20%. L'angle de diffusion sur le grand axe de ce diffuseur est de ±33° à mi-luminance ; cette valeur est faible mais peut être améliorée. La réalisation du support 10 fait intervenir la méthode du photopolymère (voir ci- dessus) pour former les lenticulaires 18 sur un support film de base d'épaisseur voisine de 0,075 mm.
La figure 9 représente un support 10 adapté à l'application TV. Les caractéristiques de la figure 9 sont : a = 0,200 mm b = 0,150 mm c = 0,135 mm e = 0,335 mm A = 0,150 mm X% = 20% n = l,5 ce qui donne l'angle à l'extinction β = +26° et l'angle à mi-luminance β(L/2) = ±13,5°. Le diffuseur 8 associé présente les angles caractéristiques suivants : -sur le petit axe : α = + 6,4° α(L/2) = ± 4,2° pour X% = 20 % α = ± 3,2° α(L/2) = ± 2,l° pour X% = 10 % α = ± 1,6° α(L/2) = ± 1° pour X% = 5 % - sur le grand axe : otH = ± 72° OIH(L/2) = ± 48° dans le cas du diffuseur holographique de la société POC.
Le support 10 plus épais que pour la figure 8 peut être réalisé par les techniques connues de l'art.
Les exemples illustrés par les figures 8, 9 ou 3 montrent bien l'esprit de l'invention : soit un diffuseur surfacique émettant sur le grand axe avec un angle à mi-luminance de ±40°, voire ±48° et sur le petit axe avec un angle à mi-luminance de ±1° à ±4°; l'association à ce diffuseur du support 10 avec A = 0,150 mm présentant par ailleurs soit les caractéristiques de la figure 8, soit celles des figures 9 et 3 conduit à un écran dédié respectivement à l'application moniteur graphique ou à l'application TV. Dans ces deux cas est appliqué un diffuseur présentant un angle sur le petit axe le plus faible possible pour constituer des ouvertures de la couche opaque avec le taux X% minimisé ; ceci dans le but d'accroître le contraste d'écran.
Les figures 10a à lOd montrent des détails de constructions d'un écran, et la figure
11, une vue en coupe à plus grande échelle d'un écran. La figure 10a montre le substrat 24, sur lequel est laminé côté couche opaque le support 10 avec ses éléments lenticulaires. Après cette opération, la surface de base, référencée SI sur la figure, peut être découpée de manière précise, en correspondance avec l'axe des éléments lenticulaires.
La figure 10b montre un cadre 72, sur lequel est laminé le diffuseur 8. avec la surface active 14. La surface de base du cadre 72, référencée S2 sur la figure, peut être précisément découpée ou usinée après laminage du diffuseur 8 en correspondance avec le grand axe de l'émission elliptique du diffuseur 8. On a aussi représenté sur la figure la position de la lentille de Fresnel. Celle-ci est montée ou laminée sur un cadre 78 (représenté à la figure 10c); la surface de base du cadre 78 peut être, comme celle du cadre 72, découpée ou usinée avec précision en fonction de la position de la lentille de Fresnel dans le cadre.
La figure 10c est une vue en coupe de l'écran assemblé. On utilise un cadre externe 82, représenté en détail à la figure lOd. La figure lOd montre une vue en perspective du cadre 82, avec les ouvertures de fixation sur le châssis du projecteur. Pour des images projetées 16/9 de 70 pouces, soit 1550 x 872 mm, le cadre 82 présenterait des dimensions de l'ordre de 1700 x 1000 mm, avec une épaisseur de l'ordre de 50 mm.
Pour obtenir l'écran assemblé de la figure 10c, on procède de la façon suivante. On monte d'abord le substrat 24 dans le cadre externe 82. Celui-ci présente un plan de référence 70, usiné avec précision, qui reçoit la surface SI du substrat. On monte ensuite le cadre 72 dans le cadre externe 82, en disposant une cale d'épaisseur 74 entre le cadre 72 et le substrat 24. La surface S2 vient au contact du plan de référence 70, ce qui assure un bon alignement horizontal du diffuseur et des éléments lenticulaires. La distance entre le diffuseur et les éléments lenticulaires est ajustée à la dimension souhaitée par la cale d'épaisseur 74. On monte ensuite le cadre 78 dans le cadre externe
82. La surface S3 vient au contact du plan de référence 70, ce qui assure un bon alignement horizontal de la lentille de Fresnel et du diffuseur; la précision sur la surface S3 n'est pas dirimante, dans la mesure où la lentille de Fresnel présente une symétrie de révolution. On pourrait aussi prévoir que le deuxième cadre ne s'appuie pas sur la surface de référence. La distance entre la lentille de Fresnel 6 et la surface d'entrée du diffuseur 8 est ajustée par la conformation des cadres 72 et 78; on aurait encore pu utiliser une cale d'épaisseur. Enfin on dispose une mousse dure 76 et un couvercle 80 pour caler l'ensemble des éléments de l'écran.
Le montage des figures 10a à lOd est donné à titre d'exemple; il pourrait s'appliquer à d'autres types d'écrans à trois éléments. Il assure le positionnement en température et hygrométrie des axes horizontaux respectifs du diffuseur 8 et du diffuseur 10. Il assure encore un bon positionnement des différents éléments de l'écran, avec des composants simples et un procédé d'une mise en œuvre industrielle aisée.
La figure 11 montre une vue à plus grande échelle des éléments de la figure 10c.
Les exemples proposés plus haut montrent que l'utilisation d'une structure composée de trois éléments distincts permet d'optimiser toutes les caractéristiques d'écran d'une part et de les adapter à toutes les applications (TV et moniteurs graphiques, notamment). Les trois éléments sont successivement:
- la lentille de Fresnel avec sa surface active orientée vers l'audience; le rôle de la lentille étant de collimater en un faisceau cylindrique le faisceau de lumière conique émis par le projecteur;
- un diffuseur, de préférence surfacique, présentant un diagramme de rayonnement allongé avec un grand axe horizontal; le rôle du diffuseur étant de transformer ,sans dégradation notoire de la résolution, le faisceau cylindrique de données lumineuses incident en un faisceau ellipsoïdal à grand axe horizontal; l'émissivité du diffuseur selon l'axe vertical est limitée au strict minimum compatible avec une production de masse du diffuseur; - un support lenticulaire présentant une matrice noire sur la surface de sortie centrée sur le réseau lenticulaire horizontal de la surface d'entrée; ce support est collé côté matrice noire sur un substrat transparent général d'écran. Le rôle du support est de: -transformer l'émission en lobe horizontal et le plus mince possible en vertical du diffuseur en l'émission définitive d'écran : l'angle d'émissivité horizontale est alors celui du diffuseur, l'angle d'émissivité verticale étant défini par la géométrie des éléments lenticulaires du support ; - de part la structure asphérique des éléments lenticulaires, minimiser les aberrations de focalisation au niveau des ouvertures de la matrice noire ; ce qui permet de limiter la dimension des dites ouvertures et donc de vraiment optimiser le contraste;
- transférer avec un rendement optique maximum proche de 90% à travers la matrice noire le flux lumineux émis par le diffuseur du fait de l'absence d'éléments de diffusion dans la masse du support;
- assurer la tenue mécanique de l'ensemble, le support étant collé coté matrice noire sur un substrat épais coté observateur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Un écran comprenant, dans le sens de propagation de la lumière projetée :
- un diffuseur (8) présentant un diagramme de rayonnement allongé avec un grand axe horizontal;
- un support (10) présentant une surface d'entrée (16) de la lumière avec des éléments de focalisation cylindriques (18) sensiblement parallèles au grand axe du diagramme de rayonnement du diffuseur, le support présentant en outre une couche opaque (20) avec des ouvertures (22) adaptées à laisser passer la lumière focalisée par les éléments de focalisation.
2. L'écran de la revendication 1, caractérisé en ce que le diffuseur présente un diagramme de rayonnement avec un angle à mi-luminance inférieur à ±10°, voire ±5°, dans la direction verticale.
3. L'écran de la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diffuseur présente un diagramme de rayonnement avec un allongement supérieur à 6, de préférence supérieur à 12.
4. L'écran de la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les ouvertures dans la couche opaque représentent au plus 30% de l'ensemble de la surface, voire au plus 20% et de préférence au plus 10% de l'ensemble de la surface.
5. L'écran de l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diffuseur est un diffuseur surfacique.
6. L'écran de la revendication 5, caractérisé en ce que la surface active (14) du diffuseur (8) est tournée vers le support.
7. L'écran de la revendication 5, caractérisé en ce que le diffuseur est un diffuseur holographique avec une surface active opposée au support.
8. L'écran de l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un diffuseur supplémentaire.
9. L'écran de la revendication 8, caractérisé en ce que le diffuseur supplémentaire est conique
10. L'écran de la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le diffuseur supplémentaire présente un angle maximal de diffusion inférieur à l'angle de diffusion vertical du diffuseur à diagramme de rayonnement allongé.
11. L'écran de la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que le diffuseur supplémentaire est un diffuseur surfacique formé sur une surface du diffuseur (8).
12. L'écran de la revendication 8, caractérisé en ce que le diffuseur supplémentaire est un diffuseur surfacique formé adjacent à la couche opaque (20).
13. L'écran de l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par un substrat (24) disposé par-dessus la couche opaque (20).
14. L'écran de l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par une lentille de Fresnel avec la surface active vers le diffuseur (8).
15. L'écran de la revendication 14, caractérisé par un élément lenticulaire vertical en entrée de la lentille de Fresnel (6).
16. L'écran de la revendication 15, caractérisé en ce que le diffuseur supplémentaire est un diffuseur surfacique formé sur la surface d'entrée (4) de la lentille de Fresnel (6).
17. L'écran de la revendication 14, 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il présente une transmission optique supérieure ou égale à 0.70.
18. L'écran de l'une des revendications 14 à 17, caractérisé par un angle d'émission à mi-luminance dans le plan horizontal supérieur à ±48° et par un angle à l'extinction dans le plan horizontal supérieur à ±72°.
19. L'écran de l'une des revendications 14 à 18, caractérisé par une résolution selon l'axe horizontal supérieure à 10 paires de lignes par mm.
20. L'écran de l'une des revendications 14 à 19, caractérisé en ce que la lentille de
Fresnel, le diffuseur, le support et le substrat sont assemblés par collage périphérique.
21. L'écran de l'une des revendications 13 à 20, caractérisé en ce qu'il présente, sur au moins une surface non-diffusante une couche anti-reflet, de préférence du typeà œil de mouche.
22. L'écran de l'une des revendications 13 à 21, caractérisé en ce que le support, du côté de la couche opaque, est collé sur le substrat.
23. L'écran de l'une des revendications 13 à 22, caractérisé en ce qu'il présente un cadre externe (82) dans lequel sont montés le substrat (24), un premier cadre (72) supportant le diffuseur (8) et un deuxième cadre (78) supportant la lentille de Fresnel (6).
24. L'écran de la revendication 23, caractérisé en ce que le cadre externe (82) présente un plan de référence (70) sur lequel s'appuient des surfaces de bases (SI, S2) du substrat (24) et du premier cadre (72).
25. Un rétroprojecteur, comprenant un projecteur (2) et un écran selon l'une des revendications 14 à 22, la lentille de Fresnel étant adaptée à collimater la lumière issue du projecteur.
26. Le rétroprojecteur de la revendication 24, caractérisé par un contraste supérieur à 500 sous éclairement ambiant de 100 lux, pour un flux lumineux du projecteur de
500 lumens.
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