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FR2737581A1 - Lentille de fresnel et dispositif d'affichage a cristaux liquides - Google Patents

Lentille de fresnel et dispositif d'affichage a cristaux liquides Download PDF

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FR2737581A1 FR9509514A FR9509514A FR2737581A1 FR 2737581 A1 FR2737581 A1 FR 2737581A1 FR 9509514 A FR9509514 A FR 9509514A FR 9509514 A FR9509514 A FR 9509514A FR 2737581 A1 FR2737581 A1 FR 2737581A1
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Yukio Iigahama
Motohiko Fukuhara
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Abstract

Un dispositif d'affichage inclut des panneaux d'affichage à cristaux liquides, des réseaux d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente pour former une image en grandeur réelle et des lentilles de Fresnel (18) pour agrandir l'image. La surface configurée (18b) de la lentille de Fresnel est agencée sur le côté d'arrivée en incidence de la lumière. La surface configurée inclut des nervures périodiques (19) munies de crêtes planes (19a) et de surfaces inclinées (19b). Des couches d'ombrage (19d) sont prévues sur les crêtes planes pour éliminer des images fantômes.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne une lentille de Fresnel comportant une couche d'ombrage et un dispositif d'affichage tel qu'un dispositif d'affichage à cristaux liquides incluant des lentilles de Fresnel d'agrandissement.
DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR
Les dispositifs d'affichage à cristaux liquides peuvent comporter des structures relativement minces et ils ont été utilisés pour de nombreuses applications. Récemment, des dispositifs d'affichage à cristaux liquides du type projection comportant des écrans plus grands ont été développés. Un dispositif d'affichage à cristaux liquides du type projection typique inclut une lentille de projection qui projette une image agrandie sur un écran. Par ailleurs, des éléments optiques autres qu'une lentille de projection peuvent être utilisés pour agrandir une image.
Par exemple, la publication de brevet du Japon non examiné (Kokai) n 5-188340 décrit un dispositif d'affichage à cristaux liquides du type projection incluant des panneaux d'affichage à cristaux liquides, des lentilles de Fresnel pour agrandir des images produites par les panneaux d'affichage à cristaux liquides et un écran. Dans ce cas, le dispositif d'affichage à cristaux liquides inclut également des réseaux d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et un écran. Chacun des réseaux d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente est conçu pour former une image en grandeur réelle présentant une taille identique à celle d'un objet et chacune des lentilles de Fresnel permet d'agrandir l'image provenant du réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente.
Les éléments laissant passer la lumière de façon convergente sont réalisés en une matière plastique ou en verre sous la forme de tiges transparentes dont le diamètre est compris entre 1 et 2 mm de telle sorte que l'indice de réfraction varie dans chacune des tiges transparentes suivant sa direction radiale. En sélectionnant de façon appropriée la longueur et la distribution de son indice de réfraction, il est possible d'utiliser chacun des éléments laissant passer la lumière de façon convergente de telle sorte qu'il puisse former une image en grandeur réelle présentant une taille identique à celle d'un objet.Une pluralité d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente sont agencés à proximité les uns des autres, les surfaces d'extrémité des éléments étant agencées selon une ligne ou selon un plan, pour ainsi former une rangée ou un réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente. Le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente peut être utilisé en tant que dispositif de formation d'image pour produire une image en grandeur réelle présentant une taille identique à celle d'un objet.
Le dispositif de formation d'image qui utilise le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente présente des avantages par comparaison avec une lentille sphérique habituelle en ce sens que la distance focale est très courte et que la performance optique est uniforme dans la ligne ou le plan de telle sorte qu'un réglage de la distance entre les lentilles n'est pas nécessaire.
Cependant, lorsque le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente est utilisé en tant que dispositif de formation d'image, il n'est pas possible de modifier l'agrandissement de l'image bien qu'il soit possible de modifier l'agrandissement d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente individuels en modifiant la longueur des éléments.
Ceci est dû au fait que des images agrandies produites par les éléments laissant passer la lumière de façon convergente individuels sont superposées de façon incohérente les unes sur les autres dans le réseau et une image normale ne peut pas être formée. Par conséquent, le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente peut être utilisé seulement en tant que dispositif de formation d'image pleine dimension et il est nécessaire de prévoir un moyen d'agrandissement en plus du réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente.
Les publications de brevets du Japon non examinés (Kokoku) n" 58-33526 et 61-12249 décrivent un dispositif de formation d'image incluant un réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et une lentille convexe ou une lentille concave en tant que moyen d'agrandissement qui est agencée sur le côté d'entrée ou sur le côté de sortie du réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente. La lentille convexe ou la lentille concave peut être constituée par une unique lentille ou par une lentille composite formée par une pluralité de lentilles constitutives pour obtenir un agrandissement souhaité.Cependant, lorsque ce dispositif de formation d'image est utilisé avec un dispositif d'agrandissement dans un dispositif d'affichage à cristaux liquides, un problème consistant en ce que la puissance de résolution de la lentille varie depuis la partie centrale jusqu'à la région périphérique se pose.
II a été trouvé qu'une bonne image est obtenue si la puissance de résolution FTM (fonction de transfert de modulation ou de contraste) est supérieure à 50% moyennant la condition 4 (îplmm), c'est-à-dire 4 paires de points blancs et noirs par millimètre. Cependant, il est de façon générale difficile d'obtenir une image présentant une puissance de résolution FTM supérieure à 50% dans l'art antérieur décrit ci-avant. II est nécessaire que la lumière traverse la région périphérique du panneau d'affichage à cristaux liquides selon un angle d'approximativement 10 degrés par rapport à la ligne normale du panneau d'affichage à cristaux liquides afin d'assurer une puissance de résolution FTM supérieure à 50%. Plus l'angle au niveau de la région périphérique est faible, plus l'agrandissement du dispositif est faible.En tant que résultat, il n'est pas possible de réaliser un dispositif d'affichage à cristaux liquides présentant une structure mince si une lentille convexe ou une lentille concave est utilisée avec un réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente bien que le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente en lui-même permette de constituer un dispositif d'affichage à cristaux liquides présentant une structure mince.
Par conséquent, un élément d'agrandissement est souhaité, lequel puisse être utilisé avec un réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et lequel permette de réaliser un dispositif d'affichage à cristaux liquides présentant une structure mince. L'utilisation d'une lentille de
Fresnel avec un réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente est décrite dans la publication de brevet du
Japon non examiné mentionnée ci-avant (Kokai) n 5-188340 mais la manière selon laquelle la lentille de Fresnel est utilisée n'est pas décrite dans cet art antérieur. Les inventeurs ont récemment trouvé qu'un bon résultat est obtenu si une lentille de
Fresnel est utilisée en tant qu'élément d'agrandissement.
En outre, dans un dispositif d'affichage à cristaux liquides, se pose le problème consistant en ce que la luminosité d'une image sur une région périphérique de l'écran est réduite par rapport à la luminosité de l'image sur la région centrale de l'écran.
RESUME DE L'INVENTION
L'objet de la présente invention consiste à proposer une lentille de Fresnel construite de telle sorte qu'une lumière soit amenée à arriver en incidence sur sa surface configurée.
Un autre objet de la présente invention consiste à proposer un dispositif d'affichage présentant une structure mince en agençant de façon appropriée une lentille de Fresnel.
Un autre objet de la présente invention consiste à proposer un dispositif d'affichage dans lequel la luminosité d'un écran est améliorée.
Selon un aspect de la présente invention, on propose une lentille de Fresnel comprenant un corps comportant une surface plane et une surface configurée munie de nervures périodiques, chacune des nervures incluant une crête plane s'étendant de façon générale parallèlement à la surface plane et au moins une surface inclinée s 'étendant depuis la crête plane en direction de la surface plane, et une couche d'ombrage prévue sur la crête plane de chacune des nervures.
De préférence, les crêtes planes présentent des largeurs variables en fonction des positions des nervures. Dans ce cas,
I'au moins une surface inclinée comprend une surface inclinée principale agencée sur un côté de la crête plane et conçue de telle sorte qu'une lumière arrive essentiellement en incidence sur le corps depuis la surface inclinée principale et une surface inclinée secondaire agencée sur l'autre côté de la crête plane par rapport à la surface inclinée principale.
De préférence, la largeur de la crête plane est déterminée par la relation suivante:
tg r tgO2 P tg (90 - 01) + tg r x [1 - tg r (1) où d est la largeur de la crête plane, p est le pas des nervures, r est l'angle d'un rayon lumineux principal qui est amené à arriver en incidence sur le corps depuis la surface inclinée principale par rapport à l'axe, Oi est l'angle que forme la surface inclinée principale par rapport à la surface plane et 62 est l'angle que forme la surface inclinée secondaire par rapport à l'axe.
Selon un autre aspect de la présente invention, on propose un dispositif d'affichage comprenant au moins un modulateur d'image, un réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente qui reçoivent une lumière provenant dudit au moins un modulateur d'image pour former une image en grandeur réelle, une lentille de Fresnel incluant un corps comportant une surface plane et une surface configurée munie de nervures périodiques, la lentille de Fresnel étant agencée de telle sorte qu'une lumière soit amenée à arriver en incidence depuis le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente sur la surface configurée de la lentille de Fresnel, et un écran recevant une lumière provenant dudit au moins un modulateur d'image via le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et la lentille de Fresnel.
De préférence, chacune des nervures inclut une crête plane s'étendant de façon générale parallèlement à la surface plane et au moins une surface inclinée s'étendant depuis la crête plane en direction de la surface plane, et une couche d'ombrage est prévue sur la crête plane de chacune des nervures.
De préférence, les crêtes planes présentent des largeurs variables en fonction des positions des nervures. De préférence,
I'au moins une surface inclinée comprend une surface inclinée principale agencée sur un côté de la crête plane et conçue de telle sorte qu'une lumière soit amenée essentiellement à arriver en incidence sur le corps depuis la surface inclinée principale et une surface inclinée secondaire agencée sur l'autre côté de la crête plane par rapport à la surface inclinée principale.
De préférence, I'au moins un modulateur d'image comprend une pluralité de panneaux d'affichage à cristaux liquides et le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et la lentille de Fresnel sont agencés pour chaque panneau d'affichage à cristaux liquides. De préférence, quatre jeux constitués par les panneaux d'affichage à cristaux liquides, les réseaux d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et les lentilles de Fresnel sont agencés, chaque jeu étant agencé dans des parties de quart respectives dans une région rectangulaire, L'écran présentant une aire d'affichage totale qui vaut quatre fois une aire d'affichage nécessaire pour recevoir une image provenant d'un jeu constitué par le panneau d'affichage à cristaux liquides, par le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et par la lentille de
Fresnel.
De préférence, une séparation est agencée sur ou à proximité de l'écran entre deux jeux adjacents constitués par les panneaux d'affichage à cristaux liquides, les réseaux d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et les lentilles de Fresnel pour empêcher qu'une lumière ne réalise un parasitage depuis un jeu dans le jeu adjacent.
De préférence, L'écran comporte une zone d'affichage prédéterminée et ledit au moins un modulateur d'image comporte une zone d'affichage prédéterminée et une zone de compensation périphérique agencées de telle sorte que la zone d'affichage principale forme une image sur la zone d'affichage prédéterminée via le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et la lentille de Fresnel et que la zone de compensation périphérique forme une image juste à l'extérieur de la zone d'affichage prédéterminée via le réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et la lentille de Fresnel.De préférence, la zone de compensation périphérique dudit au moins un modulateur d'image est commandée pour produire une image qui est de façon générale identique à une partie d'une image délivrée depuis la zone d'affichage principale de l'au moins un modulateur d'image à proximité de la zone de compensation périphérique.
De préférence, entre deux panneaux d'affichage à cristaux liquides adjacents, ladite zone de compensation périphérique d'un panneau d'affichage à cristaux liquides est commandée pour produire une image qui est de façon générale identique à une partie d'une image délivrée depuis la zone d'affichage principale du panneau d'affichage à cristaux liquides adjacent à proximité de la zone de compensation périphérique dudit un panneau d'affichage à cristaux liquides.
Selon un autre aspect de la présente invention, on propose un dispositif d'affichage comprenant au moins un modulateur d'image, une lentille optique pour agrandir une image émise en sortie par ledit au moins un modulateur d'image, un écran pour recevoir une image provenant dudit au moins un modulateur d'image via ladite lentille optique, et l'écran comporte une zone d'affichage prédéterminée et ledit au moins un modulateur d'image comporte une zone d'affichage principale et une zone de compensation périphérique agencées de telle sorte que la zone d'affichage principale forme une image sur la zone d'affichage prédéterminée via ladite lentille optique et que la zone de compensation périphérique forme une image juste à l'extérieur de la zone d'affichage prédéterminée via ladite lentille optique.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention apparaîtra de façon plus évidente à la lumière de la description qui suit des modes de réalisation particuliers, par report aux dessins annexés parmi lesquels:
la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon le mode de réalisation de la présente invention
la figure 2 est une vue en plan qui représente l'agencement de quatre panneaux d'affichage à cristaux liquides de la figure 1;
les figures 3A à 3C sont des vues qui représentent la caractéristique de l'un des éléments laissant passer la lumière de façon convergente de la figure 1;;
la figure 4 est une vue qui représente la propagation de la lumière dans l'élément laissant passer la lumière de façon convergente
la figure 5 est une vue qui représente la formation d'une image en grandeur réelle présentant une taille identique à celle d'un objet
la figure 6 est une vue en perspective schématique d'un réseau d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente de la figure 1;
la figure 7 est une vue qui représente la surface de formation d'image et la façon selon laquelle la puissance de résolution est réduite
la figure 8 est une vue en coupe de la lentille de Fresnel de la figure 1;
la figure 9 est une vue en plan partielle de la lentille de
Fresnel de la figure 8;
la figure 10 est une vue en coupe d'une partie de la lentille de Fresnel des figures 8 et 9;;
la figure 1 1 est une vue en coupe d'une lentille de Fresnel classique
la figure 12 est similaire à la figure 10 mais elle inclut plusieurs caractères dimensionnels pour calculer la largeur de la couche d'ombrage sur la crête plane de la nervure de la surface configurée de la lentille de Fresnel;;
la figure 13 est une vue en plan des panneaux d'affichage à cristaux liquides modifiés
la figure 14 est une vue qui représente les images produites par la zone d'affichage principale et par la zone de compensation périphérique du panneau d'affichage à cristaux liquides
la figure 15 est une vue qui représente l'image sur l'écran produite par deux panneaux d'affichage à cristaux liquides adjacents
la figure 16 est une vue qui représente les images produites par la zone d'affichage principale et l'image de la zone de compensation périphérique du panneau d'affichage à cristaux liquides de la figure 15;
la figure 17 est une vue en coupe schématique d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides similaire à l'agencement de la figure 13;;
la figure 18 est une vue en coupe qui représente le parcours de la lumière qui émerge de la zone d'affichage principale et de la zone de compensation périphérique pour arriver sur l'écran;
la figure 19 est une vue en plan qui représente un élément d'une image sur un écran;
la figure 20 est une vue en plan de plusieurs éléments d'une image sur un écran ; et
la figure 21 est une vue qui représente comment la luminosité de l'image au niveau de la région périphérique de l'écran est réduite.
DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PARTICULIER
Les figures 1 et 2 représentent le dispositif d'affichage à cristaux liquides 10 selon la présente invention. Le dispositif d'affichage à cristaux liquides 10 inclut quatre panneaux d'affichage à cristaux liquides 12 qui sont agencés dans des parties de quart respectives dans une région rectangulaire.
Chaque panneau d'affichage à cristaux liquides 12 inclut une région d'affichage effective 12a et une région de non affichage 1 2b autour de la région d'affichage effective 1 2a, la région de non affichage 12b étant nécessaire pour lier un circuit de commande ou autre au panneau pour commander les cristaux liquides contenus dans le panneau. Par conséquent, une image n'est pas formée sur la région de non affichage 12b et une image discontinue est formée si quatre panneaux d'affichage à cristaux liquides 12 sont observés directement. Le mode de réalisation réalise un affichage multiple continu à partir d'images discontinues provenant de quatre panneaux d'affichage à cristaux liquides 12 en prévoyant un élément d'agrandissement.
Sur la figure 1, le dispositif d'affichage à cristaux liquides 10 inclut une lumière arrière 14 sur le côté arrière des panneaux 12 et des réseaux 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente sur le côté avant des panneaux respectifs 12. L'aire de chacun des réseaux 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente est supérieure à l'aire de la région d'affichage effective 12a mais est inférieure à l'aire totale du panneau 12 y compris la région de non affichage 12b. Chaque réseau 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente peut former une image en grandeur réelle présentant une taille identique à celle d'un objet, c'est-à-dire une image produite par le panneau d'affichage à cristaux liquides 12.
Le dispositif d'affichage à cristaux liquides 10 inclut respectivement des lentilles de Fresnel 18 sur le côté de sortie des réseaux 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente. Chaque lentille de Fresnel 18 inclut un corps transparent comportant une surface plane 18a et une surface configurée 18b, selon une forme en dent de scie en coupe transversale, munie de nervures périodiques concentriques 19, comme représenté sur les figures 8 et 9. Selon la présente invention, la lentille de Fresnel 18 est agencée de telle sorte qu'une lumière arrive essentiellement en incidence sur la surface configurée 18b de la lentille de Fresnel 18. Dans l'agencement de la figure 1, la surface configurée 18b fait face au réseau 16. La surface plane 18a est donc agencée sur le côté d'émergence de la lumière.
Le dispositif d'affichage à cristaux liquides 10 inclut également un écran 22 comportant une lentille de Fresnel d'écran 20 sur le côté avant des lentilles de Fresnel 18. Des faisceaux lumineux émergeant des lentilles de Fresnel 18 se déplacent de façon divergente en direction de l'écran 22 de telle sorte que des faisceaux lumineux émergeant depuis les lentilles de Fresnel adjacentes 18 se rencontrent sur l'écran 22 sans discontinuité.
Par conséquent, les régions de non affichage 1 2b des panneaux d'affichage à cristaux liquides 12 ne peuvent pas être vues par une personne qui observe l'écran 22. Les panneaux d'affichage à cristaux liquides 12 sont un exemple d'un moyen de modulation d'image et d'autres types de moyens de modulation d'image qui fusionnent la lumière peuvent être utilisés.
Le réseau 16 comprend une pluralité d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente 16a et les caractéristiques de l'un des éléments laissant passer la lumière de façon convergente 16a sont représentées sur les figures 3A à 3C. L'élément laissant passer la lumière de façon convergente 16a est réalisé en une matière plastique ou en verre sous la forme d'une tige transparente présentant un diamètre compris entre 1 et 2 mm. L'indice de réfraction de l'élément 16a varie dans la masse suivant la direction radiale, comme représenté sur la figure 3C.La distribution de l'indice de réfraction n(r) est représentée par la fonction quadratique suivante:
n(r) = n0 (1 - g2r2/2) où r est la distance par rapport à l'axe vertical, nO est l'indice de réfraction sur l'axe vertical et g est une constante de distribution de l'indice de réfraction.
La lumière arrive sur l'élément laissant passer la lumière de façon convergente 16a depuis sa surface d'extrémité est courbée en direction d'une partie de celui-ci au niveau de laquelle l'indice de réfraction est supérieur tandis que la lumière traverse l'élément laissant passer la lumière de façon convergente 16a de telle sorte que la lumière se déplace selon une course sinusoïdale périodique, comme représenté sur la figure 4. Le cycle P est exprimé par P = 2 /g. Si la longueur Z de l'élément laissant passer la lumière de façon convergente 16a est choisie de manière à satisfaire la relation P/2 < Z < 3P/4, une image en grandeur réelle présentant une taille identique à celle d'un objet peut être formée, comme représenté sur la figure 5. La distance L est la distance entre l'objet et l'image.
La figure 6 représente que les éléments laissant passer la lumière de façon convergente 16a sont agencés de manière à être très près les uns des autres, leurs surfaces d'extrémité étant agencées selon une ligne ou un plan, pour ainsi former le réseau 16. Une image en grandeur réelle présentant une taille identique à celle d'un objet peut être formée par le réseau 16. Le dispositif de formation d'image qui utilise le réseau 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente 16a assure des avantages consistant en ce que la distance focale est très courte et la performance optique est uniforme sur la ligne ou dans le plan.Cependant, il n'est pas possible que le réseau 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente 16a modifie l'agrandissement de l'image par rapport à un objet bien qu'il soit possible que des éléments laissant passer la lumière de façon convergente individuels 16a modifient l'agrandissement si la longueur des éléments 16 est modifiée. Ceci est dû au fait que des images agrandies formées par les éléments laissant passer la lumière de façon convergente individuels 16a sont superposées de façon incohérente les unes sur les autres dans le réseau 16 et une image normale n'est pas formée dans le réseau 16. Par conséquent, le réseau 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente 16a peut être utilisé seulement en tant que dispositif de formation d'image pleine dimension et les lentilles de Fresnel 18 sont utilisées en tant que moyen d'agrandissement.
Selon le mode de réalisation, I'aire de la région effective 12a du panneau d'affichage à cristaux liquides 12 vaut 211,2 mm x 158,4 mm et l'agrandissement requis (une valeur de la somme de l'aire de la région effective 12a et de l'aire de la région non effective 12 divisée par l'aire de la région effective 12a) vaut 1,09. En ce qui concerne les éléments laissant passer la lumière de façon convergente 16a, L'indice de réfraction n vaut 1,507, la constante de distribution d'indice de réfraction g vaut 0,1847, la longueur Z vaut 18,89 mm et le diamètre vaut 1,18 mm.La lentille de Fresnel d'agrandissement 18 est réalisée à partir d'un acryle présentant un indice de réfraction de 1,494 et elle présente un rayon de courbure pour lequel la courbure centrale vaut -0,00813668, la constante secondaire vaut -0,775202 x 10-8, la constante tertiaire vaut 0,318549 x 10-13, la constante quartique vaut -0,720974 x 10-19 et la constante quintique vaut -0,717576 x 10-25. L'angle (AEP) de la lumière qui émerge depuis la position périphérique la plus externe de la lentille de
Fresnel 18 par rapport à la ligne normale de la lentille de
Fresnel 18 vaut 28,3 degrés. La lentille de Fresnel d'écran 20 permet de convertir des faisceaux lumineux émergeant depuis la lentille de Fresnel d'agrandissement 18 moyennant une certaine variété d'angles en faisceaux lumineux parallèles et elle est réalisée à partir de MS présentant un indice de réfraction de 1,537.La puissance de résolution FTM dans cet exemple est présentée dans la table qui suit.
Figure img00140001
<tb> AEP <SEP> I <SEP> <SEP> FTM(%) <SEP>
<tb> <SEP> 11"Lfi <SEP> pimm) <SEP>
<tb> <SEP> 28,3 <SEP> l <SEP> 89,7 <SEP> 1 <SEP> 64,0
<tb>
Selon le mode de réalisation supplémentaire, la forme de la surface configurée 18b de la lentille de Fresnel 18 est modifiée de telle sorte que l'angle (AEP) de la lumière qui émerge depuis la position périphérique la plus externe de la lentille de Fresnel 18 soit modifié. La puissance de résolution
FTM est examinée tout en modifiant l'angle (AEP). Dans cet exemple, L'indice de réfraction n des éléments laissant passer la lumière de façon convergente 1 6a vaut 1,505, la constante de distribution de l'indice de réfraction g vaut 0,1847, la longueur Z vaut 18,895 mm et la distance L vaut 20 mm. L'épaisseur de la lentille de Fresnel 18 vaut 2 mm et l'indice de réfraction vaut 1,494. La lentille de Fresnel 18 est agencée de manière à entrer en contact avec le réseau 16 des éléments laissant passer la lumière de façon convergente 16a.Dans cet agencement, la courbure de la lentille de Fresnel 18 est établie selon une forme parabolique de telle sorte qu'un faisceau lumineux (appelé faisceau lumineux principal) parallèle à l'axe optique de la lentille de Fresnel 18 émerge depuis la position périphérique la plus externe de la lentille de Fresnel 18 selon un angle (AEP), et le point focal est en une position sur une ligne qui passe par le centre de la lentille de Fresnel 18.La puissance de résolution
FTM dans cet exemple est représentée dans la table qui suit. II est à noter que la surface configurée 18b se trouve sur le côté d'incidence de la lumière et que la surface plane 18a se trouve sur le côté d'émergence de la lumière.
Figure img00150001
<tb> AEP <SEP> (") <SEP> <SEP> FTM <SEP> o) <SEP>
<tb> <SEP> 2 <SEP> (1 <SEP> p/mm) <SEP> 4 <SEP> (1 <SEP> p/mm)
<tb> <SEP> 10 <SEP> 99,7 <SEP> 98,9 <SEP>
<tb> <SEP> 20 <SEP> 98,1 <SEP> 92,7 <SEP>
<tb> <SEP> 30 <SEP> 88,7 <SEP> 61,1
<tb> <SEP> 40 <SEP> 88,9 <SEP> 61,5
<tb>
Comme on peut le comprendre au vu de cette table, les valeurs obtenues pour FTM sont satisfaisantes même pour un angle (AEP) de 40 degrés. II est à noter que ce résultat est obtenu dans un agencement pour lequel la surface configurée 18b se trouve sur le côté d'incidence de la lumière et la surface plane 18a se trouve sur le côté d'émergence de la lumière.
On peut dire qu'une image est formée sensiblement dans un plan mais cependant, la surface de formation d'image est quelque peu incurvée. Par conséquent, si le point focal est en une position sur une ligne qui passe par le centre de la lentille de
Fresnel 18, une valeur de FTM au niveau d'une position périphérique peut être réduite. Dans la table mentionnée ci-avant, les valeurs de FTM pour les angles (AEP) de 10 à 30 degrés sont obtenues lorsque le point focal est en une position sur une ligne qui passe par le centre de la lentille de
Fresnel 18 mais la valeur de FTM pour l'angle (AEP) de 40 degrés est obtenue lorsque le point focal est réglé de telle sorte qu'une valeur de FTM au centre de la lentille de Fresnel 18 soit identique à une valeur de FTM à la position périphérique la plus externe de la lentille de Fresnel 18.
La table qui suit représente le résultat d'un test concernant la puissance de résolution FTM obtenue lorsque la surface plane 18a est sur le côté d'incidence de la lumière et que la surface configurée 18b est sur le côté d'émergence de la lumière et les autres conditions sont similaires à celles de l'exemple mentionné ci-avant. Ce résultat doit être comparé à une puissance de résolution FTM obtenue lorsque la surface configurée 18b est sur le côté d'incidence de la lumière et que la surface plane 18a est sur le côté d'émergence de la lumière.
Figure img00160001
<tb>
AEP <SEP> ( ) <SEP> <SEP> FTM <SEP> % <SEP>
<tb> <SEP> 2 <SEP> (1 <SEP> p/mm) <SEP> 4 <SEP> (1 <SEP> p/mm)
<tb> <SEP> 10 <SEP> 95,8 <SEP> 84,0
<tb> <SEP> 12 <SEP> ~ <SEP> <SEP> 90,8 <SEP> ~ <SEP> <SEP> ~ <SEP> <SEP> 65,0
<tb> <SEP> 13 <SEP> 86,9 <SEP> 55,4
<tb> <SEP> 14 <SEP> ~ <SEP> <SEP> 81,6 <SEP> 41,5
<tb> <SEP> 15 <SEP> 76,1 <SEP> 28,8
<tb> <SEP> 20 <SEP> 26,6 <SEP> 5,5
<tb>
Conformément à une estimation obtenue en observant l'écran, il a été trouvé qu'une image produite est bonne lorsqu'une valeur de FTM est supérieure à 50% moyennant pour condition 4 (1 p/mm).Par conséquent, dans ce test comparatif, on peut dire qu'un angle (AEP) égal ou inférieur à 13 degrés est satisfaisant mais que la courbure de la lentille de Fresnel est limitée à cette valeur.
Les inventeurs ont en outre tenté d'analyser la raison pour laquelle la puissance de résolution FTM est réduite lorsque la surface plane 18a est sur le côté d'incidence de la lumière et que la surface configurée 18b est sur le côté d'émergence de la lumière.
Comme représenté sur la figure 7, il a été trouvé que la distance focale de la lentille de Fresnel 18 devient plus courte lorsque la position est déplacée depuis le centre de la lentille de
Fresnel 18 jusqu'à sa périphérie, et qu'une surface de formation d'image est distordue par rapport à l'écran 22 comme représenté par la ligne en pointillés F. Sur la figure 7, le réseau 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente 1 6a et la lentille de Fresnel 18 sont représentés mais la lentille de
Fresnel 18 est agencée de telle sorte que la surface configurée 18b soit sur le côté d'émergence de la lumière.
Lors de l'analyse de la surface de formation d'image distordue, L'angle (AIM) entre les faisceaux lumineux 30 et 31 qui sont inclinés par rapport au faisceau lumineux principal sur l'un et l'autre côtés du faisceau lumineux principal pour des angles identiques par rapport au faisceau lumineux principal est noté. L'angle (AIM) entre les faisceaux lumineux 30 et 31 devient plus petit lorsque la lumière est amenée à arriver en incidence sur la lentille de Fresnel 18 et l'angle (AIM) devient plus grand lorsque la lumière émerge depuis la lentille de Fresnel 18, indépendamment de la surface qui est sur le côté d'incidence de la lumière.Cette tendance est plus forte lorsque l'angle entre la lumière incidente ou fusionnée et la surface d'incidence ou d'émergence devient plus important, c'est-à-dire que cette tendance est plus forte par rapport à la surface configurée 18b.
Par conséquent, L'angle (AIM) entre les faisceaux lumineux 30 et 31 devient plus grand dans l'agencement pour lequel la lumière émerge depuis la surface configurée 18b et une image est formée à une certaine distance de l'écran 22 lorsque l'angle (AIM) devient plus important, le résultat étant que la puissance de résolution FTM est réduite. L'angle (AIM) ne devient pas si important dans l'agencement dans lequel la lumière émerge depuis la surface plane 18a et dans ce cas, il est possible de former une image sur l'écran 22.
La figure 10 représente les détails de la lentille de
Fresnel 18 de la figure 1. Comme décrit ci-avant, la lentille de
Fresnel 18 comporte la surface plane 18a et la surface configurée 18b munie de nervures périodiques concentriques 19.
Chacune des nervures 19 inclut une crête plane 19a s'étendant de façon générale parallèlement à la surface plane 18a et une surface inclinée 19b s'étendant depuis la crête plane 19a en direction de la surface plane 18a. Une surface secondaire 19c qui est perpendiculaire à la surface plane 18a sur la figure 10 est agencée sur le côté opposé de la crête plane 19a par rapport à la surface inclinée 19b. Une couche d'ombrage 19d est prévue sur la crête plane 19a de chacune des nervures 19. La couche d'ombrage 1 9d peut être aisément formée par impression puisque la crête plane 19a est parallèle à la surface plane 18a.
La figure 1 1 représente une lentille de Fresnel classique 18 comportant des nervures 19. Il est bien entendu que la crête plane 19a de la figure 10 est formée en coupant l'apex de la nervure 19 de la figure 10. Dans la lentille de Fresnel classique 18 représentée sur la figure 10, se pose un problème constitué par le fait qu'un faisceau parasite induit un fantôme.
C'est-à-dire que si une lumière S arrive en incidence sur la surface inclinée 19b en une position proche de la surface 19c, la lumière S est réfléchie par la surface secondaire 19c et elle voit son parcours modifié suivant une direction non contrôlée pour ainsi induire un fantôme. La couche d'ombrage 19d est prévue pour résoudre ce problème.
Comme on peut le comprendre au vu de la figure 8, la forme ou la pente des nervures 19 varie en fonction des positions des nervures 19 et il est préférable que les crêtes planes 19d présentent des largeurs variables en fonction des positions des nervures 19.
Comme représenté sur la figure 12, la surface 19c peut être inclinée par rapport à la surface plane 18a pour une raison de fabrication de la lentille de Fresnel 18. Comme il apparaît, la surface inclinée principale 19b agencée sur un côté de la crête plane 19a est conçue de telle sorte qu'une lumière arrive essentiellement en incidence sur le corps de la lentille de
Fresnel 18 depuis la surface inclinée principale 19b, et la surface inclinée secondaire 19c est agencée sur l'autre côté de la crête plane 19a par rapport à la surface inclinée principale 19b.
De préférence, la largeur de la crête plane 19a est déterminée par la relation suivante:
tg r tg #2
d = p tg (90 - #1) + tg r x [1 - t] g r] (1) où d est la largeur de la crête plane, p est le pas des nervures, r est l'angle d'un rayon lumineux principal qui est amené à arriver en incidence sur le corps depuis la surface inclinée principale par rapport à l'axe, Oi est l'angle que forme la surface inclinée principale par rapport à la surface plane et O2 est l'angle que forme la surface inclinée secondaire par rapport à l'axe.
Les figures 13, 17 et 18 représentent le dispositif d'affichage à cristaux liquides modifié 10 qui inclut quatre jeux constitués par les panneaux d'affichage à cristaux liquides 12, par les réseaux 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente 16a et par les lentilles de Fresnel 18, et un écran 22. Les quatre jeux sont agencés dans les parties de quart respectives dans une région rectangulaire. L'écran 22 présente une aire d'affichage totale quatre fois supérieure à une aire d'affichage prédéterminée 22p nécessaire pour recevoir une image provenant d'un jeu constitué par le panneau d'affichage à cristaux liquides 12, par le réseau 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et par la lentille de Fresnel 18.
C'est-à-dire que l'écran 22 présente une aire d'affichage prédéterminée 22p pour chacun des panneaux d'affichage à cristaux liquides 12.
Une séparation 26 est agencée sur ou à proximité de l'écran 22 entre deux jeux adjacents constitués par les panneaux d'affichage à cristaux liquides 12, par les réseaux 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et par les lentilles de Fresnel 18 pour empêcher que la lumière ne réalise un parasitage depuis un jeu dans le jeu adjacent.
Chaque panneau d'affichage à cristaux liquides 12 inclut une région d'affichage effective 12a et une région de non affichage 12b autour de la région d'affichage effective 12a, comme décrit par report à la figure 2. La région d'affichage effective 12a est en outre divisée en une zone d'affichage principale 1 2x et en une zone de compensation périphérique 12y.
L'aire d'affichage principale 12x forme une image sur la zone d'affichage prédéterminée 22p via le réseau 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et la lentille de
Fresnel 18. L'aire de compensation périphérique 12y forme une image juste à l'extérieur de la zone d'affichage prédéterminée 22p via le réseau 16 d'éléments laissant passer la lumière de façon convergente et la lentille de Fresnel 18. C'est-à-dire que la zone de compensation périphérique 12y ne contribue pas à la formation de l'image réelle sur l'écran 22 mais compense une perte de luminosité dans la région périphérique du panneau d'affichage à cristaux liquides 12. A titre d'exemple, la région d'affichage effective 12a inclut 640 x 480 pixels et l'aire d'affichage principale 12x inclut 620 x 465 pixels.
Comme représenté sur la figure 14, la zone de compensation périphérique 12y du panneau d'affichage à cristaux liquides 12 est commandée pour produire une image T1 qui est de façon générale identique à une partie li d'une image délivrée depuis la zone d'affichage principale 12x du panneau d'affichage à cristaux liquides 12 à proximité de la zone de compensation périphérique 12y.
En tant qu'alternative représentée sur les figures 15 et 16, la zone de compensation périphérique 12y du panneau d'affichage à cristaux liquides 12 est commandée pour produire une image T2 qui est de façon générale identique à une partie 12 d'une image délivrée depuis la zone d'affichage principale 12x du panneau d'affichage à cristaux liquides adjacent 12 à proximité de la zone de compensation périphérique 12y dudit un panneau d'affichage à cristaux liquides 12.
La figure 19 représente un élément 50 d'une image sur un écran 22. L'élément 50 doit être un point au niveau duquel plusieurs faisceaux lumineux sont focalisés mais de fait, des faisceaux lumineux peuvent se diffuser jusqu'à une certaine région 51 du fait d'une aberration de la lentille de Fresnel d'agrandissement 18. Par conséquent, la luminosité de l'élément 50 peut être réduite. La figure 20 représente plusieurs éléments 50, 50a, 50b, 50c et 50d, leurs régions de diffusion étant 51, 51a, 51b, 51c et 51d. L'élément 50 reçoit de la lumière provenant des autres éléments 50a, 50b, 50c et 50d et la luminosité de l'élément 50 peut être compensée jusqu'à un certain point.La figure 21 représente une partie périphérique de l'écran 22 lorsque la zone de compensation périphérique 12y n'est pas prévue. II y a plusieurs éléments 50, 50a, 50b, 50c et 50d munis des régions de diffusion 51, 51a, 51b, 51c et 51d sur la partie périphérique de l'écran 22 mais la luminosité de ces éléments peut ne pas être compensée puisqu'il n'y a pas de composantes de lumière en surplus à l'extérieur de la zone d'affichage prédéterminée 22p.
Comme représenté sur la figure 18, la zone de compensation périphérique 12y produit de la lumière à l'extérieur de la zone d'affichage prédéterminée 22p et ne contribue pas à la formation d'une image réelle mais la lumière qui émerge depuis la zone de compensation périphérique 12y peut inclure des composantes de lumière diffusée qui compensent la luminosité réduite sur la partie périphérique de l'écran 22.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1. Lentille de Fresnel (18) comprenant un corps comportant une surface plane (1 8a) et une surface configurée (18b) munie de nervures périodiques (19),
caractérisée en ce que chacune des nervures inclut une crête plane (19a) s'étendant de façon générale parallèlement à la surface plane (18a) et au moins une surface inclinée (19b) s'étendant depuis la crête plane en direction de la surface plane ; et en ce que
une couche d'ombrage (19d) est prévue sur la crête plane de chacune des nervures.
2. Lentille de Fresnel selon la revendication 1, caractérisée en ce que les crêtes planes (19a) présentent des hauteurs variables en fonction des positions des nervures.
3. Lentille de Fresnel selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'au moins une surface inclinée (19b) comprend une surface inclinée principale (19b) agencée sur un côté de la crête plane et une surface inclinée secondaire (19c) agencée sur l'autre côté de la crête plane par rapport à la surface inclinée principale.
4. Lentille de Fresnel selon la revendication 3, caractérisée en ce que la largeur de la crête plane (19a) est déterminée par la relation suivante
tg r [1 tg O2
P tg (90-01)+tgr x [1 - tgr] (1) où d est la largeur de la crête plane, p est le pas des nervures, r est l'angle d'un rayon lumineux principal qui est amené à arriver en incidence sur le corps depuis la surface inclinée principale par rapport à l'axe, 01 est l'angle que forme la surface inclinée principale par rapport à la surface plane et 02 est l'angle que forme la surface inclinée secondaire par rapport à l'axe.
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