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WO2007071693A1 - Ecran de projection frontale et systeme de projection correspondant - Google Patents

Ecran de projection frontale et systeme de projection correspondant Download PDF

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Publication number
WO2007071693A1
WO2007071693A1 PCT/EP2006/069945 EP2006069945W WO2007071693A1 WO 2007071693 A1 WO2007071693 A1 WO 2007071693A1 EP 2006069945 W EP2006069945 W EP 2006069945W WO 2007071693 A1 WO2007071693 A1 WO 2007071693A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
screen
screen according
focusing
zones
projection
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/069945
Other languages
English (en)
Inventor
Arno Schubert
Pascal Benoit
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.)
Thomson Licensing SAS
Original Assignee
Thomson Licensing SAS
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 Thomson Licensing SAS filed Critical Thomson Licensing SAS
Publication of WO2007071693A1 publication Critical patent/WO2007071693A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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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

Definitions

  • the invention relates to the field of the frontal projection of images (the source being placed on the same side of the screen as the viewer). More specifically, the invention relates to a front projection screen adapted to a projection at high incidence, and the corresponding projection system.
  • screens are provided to allow frontal projection with good contrast.
  • US5096278 patent document filed by the company Pionneer Electronic Corp discloses a screen for improving the contrast of a projected image.
  • This screen 1 as illustrated in FIG. 1 notably comprises a lenticular surface 10 on its front face and a rear face with black lines 11 and reflective lines 12, the imaging beam being reflected by the reflecting lines.
  • This technique has the disadvantage of not allowing angles of incidence of the high imaging beam: indeed, as illustrated, a good portion of the radii 13 transmitted at high incidence is reflected by the surface 10 or by the lines 12 and strikes the black lines 1 1 or it is necessary to reduce the surface of the black lines whose efficiency to absorb the parasitic ambient light is then reduced.
  • the invention aims to overcome these disadvantages of the prior art.
  • the object of the invention is to allow high incidence angles of an imaging beam (typically having an angle of incidence of between 35 ° and 75 °) while maintaining good image quality with especially a good contrast and / or a good brightness for the spectators located in front of the screen.
  • the invention proposes a front projection screen for projection device emitting an incident imaging beam, the screen comprising reflecting zones.
  • the screen is remarkable in that it further comprises:
  • the focusing means being separated from the transmission means.
  • the imaging beam first passes through the focusing means before being reflected and then transmitted to a viewer.
  • the contrast is improved and the screen is compatible with a high incidence of the imaging beam.
  • it comprises a black matrix with non-reflective zones interposed between the reflective zones.
  • the parasitic rays of ambient light in particular can be absorbed.
  • the focusing means comprise focusing lenses, which preferentially have a focus which is substantially in one of the reflecting zones, so that the incident imaging beam is focused in one of the reflective zones.
  • the focusing lenses have an identical width or, on the contrary, a variable width as a function of their distance from a projection axis.
  • the transmission means comprise collimation lenses.
  • the focusing means comprise focusing lenses whose focus coincides with the focus of a collimating lens.
  • the diffusion means have a plane exit face.
  • the screen comprises at least one diffuser adapted to horizontal diffusion and vertical diffusion.
  • the diffuser is transmissive. According to a particular characteristic, the diffuser is attached to the output face of the transmission means.
  • the diffuser is attached to the reflective surfaces.
  • the reflecting zones comprise the diffuser.
  • the reflecting zones and the transmission means are substantially in two parallel planes or, conversely, substantially in two non-parallel planes. According to an advantageous characteristic, the reflecting zones are flat and inclined with respect to the plane of the screen.
  • the reflecting zones comprise a reflecting mirror and collimating the focused beam.
  • the invention also relates to a projection system comprising:
  • the focusing means being separated from the transmission means.
  • the system comprises connection means between the screen and the projection device, the projection device being positioned in a lateral zone, located in the half-space in front of the screen.
  • FIG. 1 illustrates a screen known per se
  • FIG. 2 shows a frontal projection system with a screen according to a particular embodiment of the invention
  • FIGS. 3 to 5 illustrate the screen of the system of FIG. 2;
  • FIGS. 6 to 10 illustrate a screen according to various embodiments of the invention.
  • FIGS. 1 1 to 13 show a frontal projection system with a screen according to an alternative embodiment of the invention.
  • the general principle of the invention is therefore based on the use of a screen that is particularly adapted to high incidence angles of an imaging beam, the screen comprising means for focusing the beam on reflecting zones. reflected beam being returned and transmitted to the front of the screen in a viewing area of the screen by viewers.
  • the contrast of the image and its brightness are particularly high, the gain of the screen being itself strong in the direction of the spectators.
  • the use of high angles of incidence allows the projection not to be disturbed by obstacles (people or objects) in the projection room.
  • the screen comprises on its front face an alternation of input faces of the incident beam and beam exit faces after reflection on the reflecting areas, the input faces being distinct from the output faces.
  • the beam is redirected towards the viewer.
  • the screen comprises a diffuser which allows a horizontal and vertical diffusion of the beam and thus widens the viewing area.
  • the screen has black areas that capture most of the parasitic beams from the ambient light. The stray lights are eliminated, which also improves the contrast of the image.
  • FIG. 2 schematically shows a frontal projection system 2 with screen 22 according to a particular embodiment of the invention.
  • the frontal projection system 2 comprises:
  • a front projection device 21 adapted to a projection at high incidence
  • the device 21 and the screen 22 are attached to the box: thus, the box allows the mechanical connection between the device 21 and the screen 22.
  • the distance between the device 21 and the screen 22 and the angles of The incidence of an imaging beam 24 transmitted by the device 21 are constant, which facilitates the optical adjustments of the system and allows a constant projection quality.
  • the beam 24 after reflection on the screen 22 is substantially collimated to be seen by a viewer 26 located in front of the screen 22, in an optical viewing area.
  • This zone comprises a pyramidal space making an angle of +/- 35 ° with the vertical median axis of the screen 22 and +/- 10 ° with the horizontal median axis of the screen 22.
  • the cabinet comprises means for adjusting the distance between the device 21 and the screen 22 and / or the projection angle (for example, adjusting screw).
  • the device 21 is located near the screen 22 in the half-space in front of the screen at a distance D for example equal to 45 cm (distance between the exit pupil of the device 21 and the screen plane
  • the projection axis is preferably placed in a plane of symmetry of the screen 22.
  • the device 21 is positioned in a lateral zone, situated on the front of the screen. 2, the lateral zone according to FIG. 2 being located above the image projected on the screen
  • the lateral zone is located below, to the right or to the left of the projected image on the screen. screen.
  • the angles of incidence of the beam may be between amine equal to 0 ° and amax equal to 80 ° (angles relative to the normal on the screen) and are preferably between 35 ° and 75 °.
  • the screen is fixed.
  • the screen is removable.
  • the box comprises a housing for accommodating the screen in a folded position and mechanical and / or electrical means for positioning the screen in the housing when not in use and / or extract it for use in projection mode.
  • FIG. 3 details an optically active part of the screen 22.
  • the screen 22 comprises:
  • a substrate 223 on its rear face comprising an alternation of black zones 221 and reflecting zones 222.
  • the black zones 221 absorb the incident rays.
  • the black areas are preferentially on the surface of the substrate on the side of the lenticular matrix 220.
  • the zones 222 reflect an incident ray and diffuse the reflected ray towards the viewing zone.
  • the zones 222 are, for example, constituted by a diffuser allowing a horizontal diffusion and a vertical diffusion of the rays reflected towards the viewing zone.
  • the broadcaster is, for example:
  • the thickness of the asymmetric or elliptical diffuser 223 is preferably between 5 ⁇ im and 20 ⁇ im.
  • the substrate consists of the diffuser, which facilitates the manufacture.
  • the substrate does not comprise diffusing elements behind the black zones 221.
  • the black zones 221 are in the mass of the substrate 223, the Substrate then comprises, preferentially an alternation of black areas and diffusers.
  • the reflecting zones is a mirror whose surface state is adapted to perform a horizontal and vertical diffusion having the same function as the diffuser 223.
  • the lenticular matrix 220 alternately comprises focusing lenses 2200 and diffusion lenses 2201. As illustrated in FIG. 4 schematically showing a front view of the screen 22, the lenses 2200 and 2201 in front view are circular with an axis 2202 corresponding, normal to the screen 8 and, preferably passing through the exit pupil of the device 21.
  • the lenses 2200 and 2201 have a width (or not) whose sum (or pitch) d1 + d2 is less than the footprint of a pixel (transmitted by the beam 24) on the screen 22.
  • the total width d1 + d2 is preferably between 50 ⁇ im and 250 ⁇ im for a pixel covering about 1 mm.
  • the footprint of a pixel transmitted by the beam 24 covers about ten lenses 2200 and preferably between four and twenty lenses 2200.
  • Each lens 2200 is connected to the neighboring lens or lenses 2201 by a 2003 face without optical utility. This face can be transparent, which facilitates the manufacture of the matrix 220, or black, which allows the absorption of parasitic rays.
  • the inclination of this face 2003 with respect to the incident rays is such that no radius of the beam 24 meets it (from the inside or the outside of the matrix 80).
  • its inclination ⁇ relative to the normal of the screen is between the angle of incidence ⁇ max of an extreme ray 240 penetrating through the lens 2200 to the boundary between the lens 2200 and the face 2203 and the angle of refraction ⁇ min of this radius inside the matrix 220.
  • the thickness e of the lenticular matrix (at the narrowest points) (distance between the outlet face and the diffuser) is preferably equal to about once the pitch d1 + d2 being between 0.5 and 5 times the pitch. Even more preferably, the thickness e is greater than 1.5 times the pitch to, in particular, facilitate the reflection of the incident beam on the diffuser to the output lenses.
  • the lenses 2200 are shaped so as to refract the incident beam 24 on one of the reflective zones 222.
  • the lenses 2201 forming means for transmitting the beam reflected by a reflecting zone are shaped so as to substantially collimate the incident beam towards the viewing area. 24 coming from one of the areas 222.
  • the lenses 2200 and 2201 are, for example, cylindrical section and each lens 2200 and a neighboring lens 2201 have a common point of focus so that an incident beam refracted by an input lens 2200 and then reflected by a reflective zone is collimated by an output lens 2201. In fact, the pitch of the lenses is low and it can be considered that rays 240 to 242 of the beam 24 reaching a lens 2200 are substantially parallel.
  • the common point of focus is located in the reflecting zone (when in particular the diffuser is holographic) or on the rear face of the reflecting zone (especially when the zone comprises a mirror).
  • the footprint of the beam on the reflecting area is reduced and maximizes the size of the black areas that absorb all the better parasitic rays.
  • the entire beam 24 strikes one of the lenses 2200; in other words, the matrix 2200 and such that, if the projection source is placed in a position compatible with ray focusing, the whole beam 24 is transmitted by the lenses 2200 to one of the reflecting zones 222.
  • the beams 240 to 242 refracted by the same lens 2200 strike the diffuser 223 in a reflecting zone 222 between two zones 221.
  • the incident rays 240 to 242 are then reflected towards a lens 2201 which refracts them to the viewing area. If the viewing area is at the same level as the screen, the reflected rays are refracted in a direction substantially normal to the screen.
  • the reflecting zones situated in the converging zones of the imaging beam 24 refracted by the lenses 2200 preferably have a width d3 (preferably between 5% and 30% of the pitch d1 + d2 for greater tolerances of the position of the projector relative to on the screen and / or shape of the lenses).
  • An elliptical angle of view distribution is thus obtained, which allows a gain in the observed flux in the viewing area.
  • the diffuser thus allows a horizontal diffusion preferentially making an angle of +/- 35 ° with the vertical median axis of the screen 22 and a vertical diffusion at an angle +/- 10 ° with a median plane.
  • the reflection of a beam transmitted by a lens 2200 over a reflecting zone is such that it reflects a reflected beam towards a lens 2201.
  • the orientation, if any, of the reflection surface (if is a mirror) or the holographic diffuser is such that an incident beam is effectively returned to the diffusion area through a lens 2201.
  • the parasitic rays 250 emitted by an ambient source do not generally have the same angles of incidence as the rays of the imaging beams 24. Most of them are refracted by the lenses 2200 or 2201 and then absorbed by one of the black areas 221. If certain parasitic rays 250 are nonetheless reflected by one of the zones 222, they are generally returned in any direction and refracted by the lenses 2200 and 2201 in a direction which does not correspond to a viewing area by a viewer 26 placed in the viewing area. In this way, the spurious rays 250 are eliminated and the contrast of the projected image is improved.
  • FIG. 6 illustrates a screen 6 for frontal projection according to a particular embodiment of the invention.
  • the screen 6 includes the screen 22 which is added to a transparent protective plate 60.
  • the elements common to the screen 22 and the screen 6 have the same references and are not detailed further.
  • the plate 60 can be used as a writing medium with a dedicated pencil that can easily be erased with a dedicated brush.
  • the screen 6 can be used for presentations, an image projected on the screen that can be annotated.
  • the angle of incidence of projection is high, which allows a presenter to be close to the screen without hindering the projection.
  • the plate 60 is, for example, a plate made of plastic or acrylic material treated against reflections, with a thickness of 3 to 5 mm and fixed by gluing on the edges.
  • FIG. 7 illustrates an optically active portion of a screen 7 for frontal projection according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 3 details an optically active portion of the screen 22.
  • the screen 7 comprises:
  • a lenticular matrix 70 on its front face comprising input lenses 700 whose only difference with the lenses 2203 is the focusing point, flat surfaces 701 replacing the output lenses 2201, and faces 2203 similar to the faces 2203 previously described; and a substrate 71 on its rear face comprising an alternation of black zones 221 as previously described and reflecting zones 710.
  • Zones 710 reflect an incident ray and diffuse the reflected ray to the viewing area.
  • the zones 710 are, for example, constituted by an asymmetrical or elliptical diffuser allowing a horizontal diffusion and a vertical diffusion of the rays reflected towards the viewing zone, this diffuser being attached to a curved mirror allowing on the one hand to send back the beam incident from a lens 700 to a flat face 701 and secondly to collimate it.
  • Zones 710 preferentially have a parabolic form.
  • the focus 712 of each input face 2200 is in the focal plane of the corresponding zone 710 (the input face 2200 refracting an incident beam towards this zone 710). If the focus 712 is placed behind the mirror (as shown in FIG. 7), the mirror is concave; if the fireplace is placed in front of the mirror, the mirror is convex.
  • the beam at the output of an area 710 (excluding the effect of the diffuser in the horizontal direction and the vertical direction) is not perfectly collimated (collimation varying radially depending on the point considered) (in others the focus of an input face 2200 is not in the focal plane of the zone 710.
  • the loss of quality of the image observed by a spectator may be admissible, the zone 710 being sufficiently far away of the corresponding input face 2200.
  • the flat faces 701 are covered with an elliptical diffuser to allow an elliptical diffusion in the viewing area the substrate 71 may or may not include a diffuser.
  • the diffuser covering the flat faces 701 is traversed only once by an incident beam, while it is twice when it is attached to a reflecting zone mirror.
  • the diffusion power is calculated accordingly so that the transmitted beam covers the viewing zone (the diffusion power must be half as strong in the case where the diffuser is in a reflective zone, vis-à-vis the case where it is on an exit face).
  • the thickness of the asymmetric or elliptical diffuser 223 is preferably between 5 ⁇ im and 40 ⁇ im.
  • FIG. 8 illustrates a screen 8 for frontal projection according to a particular embodiment of the invention.
  • Screen 8 includes a lenticular matrix 80 and a substrate 223 on its rear face similar to the substrate illustrated with reference to FIG.
  • the lenticular matrix 80 has a thickness e '(at the narrowest points) (distance between the exit face and the diffuser) is preferably equal to approximately once the pitch d1 + d2 being between 0.5 and 5 times the pitch. Even more preferentially, the thickness e 'is greater than 1.5 times the pitch.
  • the lenticular matrix 80 alternately comprises focusing lenses 800 and diffusion lenses 801. As illustrated in FIG. 8 schematically showing a front view of the screen 22, the lenses 800 and 801 are circular with a corresponding axis 2202, which is normal. on the screen 8 and on which is located the exit pupil of the device 21. Each lens 800 is connected to the adjacent lens 801 by a face 803 without optical utility. The inclination of this face 803 with respect to the incident rays is such that no radius of the beam 24 encounters it (from the inside or the outside of the matrix 80).
  • the incident rays 240 to 242 refracted by a lens 800 are reflected by a reflecting zone 222 to a lens 801 which refracts them to diffuse them towards a spectator.
  • the lens 801 which refracts these rays is not close to the lens 800 which previously transmitted them but two other lenses 800 and 801 separate them.
  • several type 800 and 801 lenses separate the lens 800 through which a ray enters the matrix 80, the lens 801 by which it leaves the matrix 80 to a viewer.
  • the number of lenses separating an input lens from a spoke in the lenticular matrix of the ray output lens is constant (for example equal to 0 according to the screen 22, 6 or 7 and 1 according to the screen 8) and can be 0, 1, 2 or more. According to other embodiments, this number may vary to facilitate the design of the screen. It may, for example, be weak in an area close to the projection source (ie in an area where the incidence of the projection beam is the lowest) and higher elsewhere (ie in an area where the incidence of the beam projection is higher.
  • a screen 9 illustrated in FIG. 9 comprises a lenticular matrix 90 whose outer plane 91 defined by lenses 900 and 901 is not parallel to the plane 92 defined by the reflective zones 222, these plans 91 and 92 making an angle ⁇ not zero, the planes 91 and 92 being closer to the opposite side to the projector.
  • the pitch d1 + d2 of the screen 9 is constant.
  • the variation of the thickness of the matrix is continuous.
  • the thickness of the matrix varies in stages, for example in steps of 0.1 mm.
  • the screen 9 is similar to the screen 22 with the exception of the matrix 220 which is replaced by the matrix 90.
  • the elements common to the screen 22 and the screen 9 have the same references and are not detailed. more.
  • the narrowest portion of the screen 9 is located on the side of the projector.
  • the matrix 90 alternately comprises focusing lenses 900 and diffusion lenses 901 whose shape and function are similar to the lenses respectively 2000 and 2001.
  • the focusing distance of the lenses nevertheless depends on the local distance to the reflecting zones 222.
  • FIG. 10 illustrates a screen 100 for frontal projection according to a particular embodiment of the invention.
  • the screen 100 is similar to the screen 22 with the exception of the reflective holographic diffuser 223 which is replaced by a diffuser 1003 covered with a black matrix 1001.
  • the elements common to the screen 22 and the screen 100 carry the same references and are not further detailed.
  • the diffuser 1003 substantially defines a plane corresponding to the plane of the screen 9. Nevertheless, the active parts of the diffuser 1003 (that is to say, not covered by the black matrix 1001) are inclined by a non-zero angle ⁇ and typically equal to half of the angle of incidence.
  • the angle ⁇ is preferably less than or equal to the difference of 90 ° and the maximum angle of incidence ⁇ max ( ⁇ ⁇ 90 ° - ⁇ max) of a ray propagating in the matrix 220. This angle can therefore depend on the reflective zone considered as a function of the angle of incidence.
  • the reflection of the incident rays 240 to 242 to the lenses 2201 is facilitated and there is better control of this reflection.
  • connection between two consecutive active parts 1003 is not necessarily plane and may have any shape which does not interfere with the propagation of the beams of the beam 24.
  • connection between two parts active 1003 consecutive is not necessarily covered with a black matrix and can itself be any.
  • Figure 11 illustrates a projection system 1 10 similar to the system 2, the projector 21 being independent of the projection screen 22. In particular, the cabinet 23 is removed. The elements common to systems 2 and 1 10 bear the same references and are not detailed further.
  • the projector 21 is located at the same position relative to the screen 22. Thus, the angles of incidence of the projection beam 24 are retained.
  • the holographic diffuser can advantageously be replaced by a total reflection mirror covered with a horizontal diffusion layer, an incident ray passing through the horizontal diffusion layer before and after reflection on the mirror.
  • Figure 12 illustrates the front projector 21 usable in one of the systems 2 or 1 10 and allowing projection on a high incidence screen.
  • a projector is described in particular with reference to FIG. 10 of the French patent application filed under No. FR0412904 in the name of THOMSON LICENSING SA, entitled "projection system”.
  • the projector 21 comprises:
  • an imaging source 212 typically an imager illuminated by an illumination beam
  • a concave aspherical mirror 210 which enlarges the image while folding the beam; and a folding mirror 211.
  • the imager is, for example, a DMD ("Micromirror Device
  • Texas Instruments® a transmissive LCD (Liquid Crystal Display) or an LCOS (Liquid Crystal On Silicon).
  • the objective 213 transmits an imaging beam towards the concave aspherical mirror 210 which itself transmits the reflected beam (corresponding to the projection beam 24) to a projection plane where the screen 22 is positioned (in order to make the FIG. more readable, the non-folded beam by the mirror 21 1 has been shown in dotted lines).
  • the concave mirror 210 transmits the imaging beam 24 towards the screen 22 located in a projection plane perpendicular to the optical axis of the unfolded system, the concave mirror 210 constructing a second image in the projection plane from a first image located between the objective 213 and the mirror 210.
  • the optical portion of the projector has an optical axis 26, the optical beam produced 24 being off-center (and therefore the imager) with respect to this axis 120.
  • the mirror 210 is such that, seen from the screen 22, the beam seems to come from a pupillary zone, corresponding to a pupil 121 situated between the mirror 210 and the screen 22 in the path of the imaging beam 24.
  • the projection plane can be very close to the projector 21: the distance separating the optical center of the concave mirror 210 from the projection plane is preferably less than 1 m and even more preferably 50 cm.
  • the concave aspherical mirror 210 has a shape of revolution whose reflective surface follows the following aspheric surface equation:
  • r represents the distance to the optical axis for a given point
  • Z represents the distance from this point to a plane perpendicular to the optical axis
  • the parameter R corresponds to the radius of curvature of the surface; the parameters a 1, a 2, .... a 1 are asphericity coefficients of order 1, 2 and / respectively.
  • the objective 213 illustrated in FIG. 13 comprises a rear lens group 2130 to 2133 and a front lens group 2134 to 2136.
  • the last lens 2136 of the objective 213, in the path of the imaging beam, is preferably a lens of aspheric meniscus type whose shape is adapted to the parameters of the concave mirror 210; its shape therefore preferably follows an aspheric surface equation as previously presented.
  • the radius R of the concave mirror 210 is equal to 60 mm
  • the parameters c 1 and a 1 to a 8 are equal to -1.5931 mm respectively; 0; 0; -8.9410 "6 ; 0; 1, 64.10 “9 ; -9,74.10 “13; -7,84.10". 14 and 2,31.10 "16
  • the radius R ue the first surface (imaging side) of the meniscus 2136 is equal to 44.9471 1 mm
  • the parameters c and to have a8 are 0, 0, 0, -3, 110, 4, respectively ; 2.88-10-5; 1 96.10 "6; 7,14.10”8; 4,15.10 "-4,30.10 10 and" 10.
  • the radius R of the second surface (opposite to the imager) of the meniscus 2136 is equal to 29.49554mm
  • the parameters c, and ai to a8 are respectively 0; 0; 0; -2.710 "4; 9,97.10-6; 6,34.10"7; - 1, 41.10 “7 ; 8.98.10 " 9 and -1, 78.10 "10.
  • the chin h (distance separating the image projected on the screen 22 and the lowest part of the projector 21 (assuming a projected image from bottom to top) is relatively weak: it is preferentially less than one fifth of the height of the projected image.
  • a black matrix covering the diffuser is optional.
  • the invention is compatible with embodiments not comprising a black matrix.
  • the invention is not limited to screens or systems compatible with the projector illustrated in FIG. screens intended to be illuminated by a high-incidence projector or systems using such screens.
  • the screen according to the invention is compatible with a projector type WT610® marketed by the company NEC ®.
  • the reflecting zones (possibly associated with the transmission means) reorient the beam focused by the focusing means in a direction substantially normal to the plane of the screen (that is to say that the axis of the reoriented beam makes a angle between +/- 10 ° with normal on the screen, at the exit of the screen).

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Overhead Projectors And Projection Screens (AREA)

Abstract

L'invention concerne un écran de projection frontale (22) pour dispositif de projection émettant un faisceau d'imagerie incident (24). Afin de permettre des angles d'incidence élevés, l'écran comprend : des moyens de focalisation (2200) du faisceau d'imagerie incident dont l'angle d'incidence est compris entre 35° et 75°, pour former un faisceau focalisé, des zones réfléchissantes (222) réfléchissant le faisceau focalisé pour former un faisceau d'imagerie réfléchi ; et des moyens de transmission (2201) du faisceau d'imagerie réfléchi ; les moyens de focalisation étant séparés des moyens de transmission.

Description

ECRAN DE PROJ ECTION FRONTALE ET SYSTEME DE PROJ ECTION
CORRESPONDANT.
1. Domaine de l'invention. L'invention se rapporte au domaine de la projection frontale d'images (la source étant placée du même coté de l'écran que le spectateur). Plus précisément, l'invention concerne un écran de projection frontale adapté à une projection sous forte incidence, et le système de projection correspondant.
2. Etat de l'art.
Selon l'état de la technique, des écrans sont prévus pour permettre une projection frontale avec un bon contraste.
Ainsi, le document de brevet US5096278 déposé par la société Pionneer Electronic Corp divulgue un écran permettant d'améliorer le contraste d'une image projetée. Cet écran 1 tel qu'illustré en figure 1 comprend notamment une surface lenticulaire 10 sur sa face avant et une face arrière avec des lignes noires 1 1 et des lignes réfléchissantes 12, le faisceau d'imagerie étant réfléchi par les lignes réfléchissantes. Cette technique présente l'inconvénient de ne pas permettre des angles d'incidences du faisceau d'imagerie élevé: en effet, comme illustré, une bonne partie des rayons 13 transmis sous forte incidence est réfléchie par la surface 10 ou par les lignes 12 et frappe les lignes noires 1 1 ou il est nécessaire de réduire la surface des lignes noires dont l'efficacité pour absorber la lumière ambiante parasite est alors réduite.
En effet, de tels écrans ne sont pas compatibles avec des projecteurs d'image sous forte incidence. Ainsi, la société NEC ® propose un projecteur frontal sous la référence WT610® (dont le principe semble décrit dans la demande de brevet US6612704) dont le manuel d'utilisation (disponible sur le site www.necvisualsystems.com) préconise de ne pas utiliser des écrans à gain élevé et recommande l'utilisation d'écran avec un gain égal à 1. De tels écrans présentent donc l'inconvénient de ne pas permettre une optimisation du contraste et/ou de luminosité sous des angles de projections élevés. 3. Résumé de l'invention.
L'invention a pour but de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de permettre des angles d'incidence élevé d'un faisceau d'imagerie (typiquement ayant un angle d'incidence compris entre 35° et 75°) tout en conservant une bonne qualité d'image avec notamment un bon contraste et/ou une bonne luminosité pour les spectateurs situés en face de l'écran.
A cet effet, l'invention propose un écran de projection frontale pour dispositif de projection émettant un faisceau d'imagerie incident, l'écran comprenant des zones réfléchissantes. Selon l'invention, l'écran est remarquable en ce qu'il comprend en outre :
- des moyens de focalisation du faisceau d'imagerie incident pour former un faisceau focalisé, les zones réfléchissantes réfléchissant le faisceau focalisé pour former un faisceau d'imagerie réfléchi ; et
- des moyens de transmission du faisceau d'imagerie réfléchi ; les moyens de focalisation étant séparés des moyens de transmission.
Ainsi, le faisceau d'imagerie traverse d'abord les moyens de focalisation avant d'être réfléchi, puis transmis vers un spectateur. De cette manière, le contraste est amélioré et l'écran est compatible avec une incidence élevée du faisceau d'imagerie.
Préférentiellement, il comprend une matrice noire avec des zones non réfléchissantes intercalées entre les zones réfléchissantes. Ainsi, les rayons parasites de lumière ambiante notamment peuvent être absorbés.
Avantageusement, les moyens de focalisation comprennent des lentilles de focalisation, qui préférentiellement possèdent un foyer qui est sensiblement dans une des zones réfléchissantes, de sorte que le faisceau d'imagerie incident se focalise dans une des zones réfléchissantes
Selon une caractéristique particulière, les lentilles de focalisation ont une largeur identique ou, au contraire, une largeur variable en fonction de leur distance à un axe de projection.
Selon une caractéristique avantageuse, les moyens de transmission comprennent des lentilles de collimation. Préférentiellement, les moyens de focalisation comprennent des lentilles de focalisation dont le foyer est confondu avec le foyer d'une lentille de collimation.
Selon une caractéristique particulière, les moyens de diffusion ont une face de sortie plane.
Selon une caractéristique préférée, l'écran comprend au moins un diffuseur adapté à une diffusion horizontale et à une diffusion verticale.
Selon une caractéristique avantageuse, le diffuseur est transmissif. Selon une caractéristique particulière, le diffuseur est accolé à la face de sortie des moyens de transmission.
Selon une autre caractéristique, le diffuseur est accolé aux surfaces réfléchissantes.
Selon une caractéristique préférée, les zones réfléchissantes comprennent le diffuseur.
Selon des caractéristiques avantageuses, les zones réfléchissantes et les moyens de transmission sont sensiblement dans deux plans parallèles ou, au contraire, sensiblement dans deux plans non parallèles. Selon une caractéristique avantageuse, les zones réfléchissantes sont planes et inclinées par rapport au plan de l'écran.
Selon une autre caractéristique, les zones réfléchissantes comprennent un miroir réfléchissant et collimatant le faisceau focalisé.
L'invention concerne également un système de projection comprenant :
- un dispositif de projection frontale émettant un faisceau d'imagerie incident ; et
- un écran de projection selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, - l'écran comprenant:
- des zones réfléchissantes ;
- des moyens de focalisation du faisceau d'imagerie incident pour former un faisceau focalisé, les zones réfléchissantes réfléchissant le faisceau focalisé pour former un faisceau d'imagerie réfléchi ; et
- des moyens de transmission du faisceau d'imagerie réfléchi ; les moyens de focalisation étant séparés des moyens de transmission.
Selon une caractéristique avantageuse, le système comprend des moyens de liaison entre l'écran et le dispositif de projection, le dispositif de projection étant positionné dans une zone latérale, situé dans le demi-espace devant de l'écran.
4. Liste des figures.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 illustre un écran connu en soi ;
- la figure 2 présente un système de projection frontale avec écran selon un mode particulier de réalisation de l'invention ;
- les figures 3 à 5 illustrent l'écran du système de la figure 2 ; - les figures 6 à 10 illustrent un écran selon différents modes de réalisation de l'invention ; et
- les figures 1 1 à 13 présentent un système de projection frontale avec écran selon une variante de réalisation de l'invention.
5. Description détaillée de l'invention.
Le principe général de l'invention repose donc sur l'utilisation d'un écran particulièrement adapté à des angles d'incidence d'un faisceau d'imagerie élevés, l'écran comprenant des moyens de focalisation du faisceau sur des zones réfléchissantes, le faisceau réfléchi étant renvoyé puis transmis vers l'avant de l'écran dans une zone de visualisation de l'écran par des spectateurs. Ainsi, le contraste de l'image et sa luminosité sont particulièrement élevés, le gain de l'écran étant lui même fort dans la direction des spectateurs. De plus, l'utilisation d'angles d'incidence élevé permet à la projection de ne pas être perturbée par des obstacles (personnes ou objets) se trouvant dans la pièce de projection. Préférentiellement, l'écran comprend sur sa face avant une alternance de faces d'entrée du faisceau incident et de faces de sorties du faisceau après réflexion sur les zones réfléchissantes, les faces d'entrée étant donc distinctes des faces de sortie. Ainsi, le faisceau est réorienté vers le spectateur. Selon une variante préférée, l'écran comprend un diffuseur qui permet une diffusion horizontale et verticale du faisceau et ainsi élargit la zone de visualisation. Par ailleurs, préférentiellement, l'écran possède des zones noires qui captent la plupart des faisceaux parasites issus de la lumière ambiante. Les lumières parasites sont ainsi éliminées, ce qui permet également d'améliorer le contraste de l'image. Certains modes de réalisation de l'invention sont ainsi utilisables sous des conditions extrêmes de luminosité, notamment si l'écran est utilisé en extérieur (avec lumière solaire forte) ou avec un fort éclairage ambiant.
La figure 2 présente schématiquement un système de projection frontale 2 avec écran 22 selon un mode particulier de réalisation de l'invention
Le système de projection frontale 2 comprend :
- un dispositif de projection frontale 21 adapté à une projection sous forte incidence ;
- l'écran 22 ; et - un coffret 23 ;
Le dispositif 21 et l'écran 22 sont rattachés au coffret : ainsi, le coffret permet la liaison mécanique entre le dispositif 21 et l'écran 22. De cette manière, la distance entre le dispositif 21 et l'écran 22 et les angles d'incidence d'un faisceau d'imagerie 24 transmis par le dispositif 21 sont constants, ce qui facilite les réglages optiques du système et permet une qualité de projection constante. Le faisceau 24 après réflexion sur l'écran 22 est sensiblement collimaté pour être vu par un spectateur 26 situé en face de l'écran 22, dans un zone de visualisation optique. Cette zone comprend un espace pyramidal faisant un angle de +/-35° avec l'axe médian vertical de l'écran 22 et +/-10° avec l'axe médian horizontal de l'écran 22. Selon une variante de réalisation, le coffret comprend des moyens de réglage de la distance entre le dispositif 21 et l'écran 22 et/ou de l'angle de projection (par exemple, vis de réglage).
Préférentiellement, le dispositif 21 est situé à proximité de l'écran 22 dans le demi-espace situé devant l'écran à une distance D par exemple égale à 45cm (distance entre la pupille de sortie du dispositif 21 et le plan de l'écran) pour un écran 4/3 de 60". Préférentiellement, l'axe de projection est placé dans un plan de symétrie de l'écran 22. Préférentiellement, le dispositif 21 est positionné dans une zone latérale, située sur le devant de l'écran, la zone latérale suivant la figure 2 étant située au dessus de l'image projetée sur l'écran. Suivant des variantes non représentées, la zone latérale est située au dessous, à droite ou à gauche de l'image projetée sur l'écran. Selon l'invention, les angles d'incidence du faisceau peuvent être compris entre amin égal à 0° et amax valant 80° (angles par rapport à la normale à l'écran) et sont préférentiellement compris entre 35° et 75°.
Préférentiellement, l'écran est fixe. Selon une variante de réalisation, l'écran est amovible. Selon un mode préféré de réalisation de cette variante, le coffret comprend un logement pour accueillir l'écran dans une position repliée et des moyens mécaniques et/ou électriques pour positionner l'écran dans le logement lorsqu'il n'est pas utilisé et/ou l'en extraire pour une utilisation en mode projection. La figure 3 détaille une partie optiquement active de l'écran 22.
L'écran 22 comprend :
- une matrice lenticulaire 220 sur sa face avant ; et
- un substrat 223 sur sa face arrière comprenant une alternance de zones noires 221 et de zones réfléchissantes 222. Les zones noires 221 absorbent les rayons incidents. Les zones noires sont préférentiellement en surface du substrat du coté de la matrice lenticulaire 220.
Les zones 222 réfléchissent un rayon incident et diffusent le rayon réfléchi vers la zone de visualisation. Les zones 222 sont, par exemple, constituées d'un diffuseur permettant une diffusion horizontale et une diffusion verticale des rayons réfléchis vers la zone de visualisation. Le diffuseur est, par exemple :
- un diffuseur asymétrique ou elliptique 223 transmissif, accolé à un miroir préférentiellement plan sur sa face arrière, le diffuseur et le miroir assurant respectivement une diffusion et une réflexion de rayons lumineux, ou
- un diffuseur holographique de lumière (commercialisé par la société POC®) assurant simultanément la réflexion des rayons incidents et leur diffusion. Le diffuseur est parcouru deux fois par un rayon incident. Ainsi, l'épaisseur du diffuseur asymétrique ou elliptique 223 est comprise préférentiellement entre 5μim et 20μim.
Préférentiellement, le substrat est constitué du diffuseur, ce qui en facilite la fabrication. Selon une variante, le substrat ne comprend pas d'éléments diffusants derrière les zones noires 221. Selon une autre variante, les zones noires 221 sont dans la masse du substrat 223, le substrat comprend alors, préférentiellement une alternance de zones noires et de diffuseurs.
Selon une autre variante, les zones réfléchissantes est un miroir dont l'état de surface est adaptée à effectuer une diffusion horizontale et verticale ayant la même fonction que le diffuseur 223.
La matrice lenticulaire 220 comprend alternativement des lentilles de focalisation 2200 et des lentilles de diffusion 2201. Comme illustré sur la figure 4 représentant schématiquement une vue de face de l'écran 22, les lentilles 2200 et 2201 en vue de face sont circulaires avec un axe 2202 correspondant, normal à l'écran 8 et, passant préférentiellement par la pupille de sortie du dispositif 21.
Les lentilles 2200 et 2201 ont une largeur (ou pas) dont la somme (ou pitch) d1 + d2 est inférieure à l'empreinte d'un pixel (transmis par le faisceau 24) sur l'écran 22. La largeur totale d1+d2 est préférentiellement comprise entre 50 μim et 250 μim pour un pixel couvrant environ 1 mm. Préférentiellement, l'empreinte d'un pixel transmis par le faisceau 24 couvre environ dix lentilles 2200 et préférentiellement entre quatre et vingt lentilles 2200. Chaque lentille 2200 est reliée à la ou aux lentilles 2201 voisines par une face 2003 sans utilité optique. Cette face peut être transparente, ce qui facilite la fabrication de la matrice 220, ou noire, ce qui permet l'absorption de rayons parasites. L'inclinaison de cette face 2003 par rapport aux rayons incidents est telle qu'aucun rayon du faisceau 24 ne la rencontre (par l'intérieur ou l'extérieur de la matrice 80). En d'autres termes, son inclinaison θ par rapport à la normale de l'écran est comprise entre l'angle d'incidence θmax d'un rayon extrême 240 pénétrant par la lentille 2200 à la frontière entre la lentille 2200 et la face 2203 et l'angle de réfraction θmin de ce rayon à l'intérieur de la matrice 220. L'épaisseur e de la matrice lenticulaire (aux endroits les plus étroits) (distance entre la face de sortie et le diffuseur) est préférentiellement égale à environ une fois le pitch d1+d2 en étant compris entre 0,5 et 5 fois le pitch. Encore plus préférentiellement, l'épaisseur e est supérieure à 1 ,5 fois le pitch pour, notamment, faciliter la réflexion du faisceau incident sur le diffuseur vers les lentilles de sortie.
Les lentilles 2200 sont conformées de sorte à réfracter le faisceau incident 24 sur une des zones réfléchissantes 222. Les lentilles 2201 formant des moyens de transmission du faisceau réfléchi par une zone réfléchissante sont conformées de sorte à sensiblement collimater vers la zone de visualisation le faisceau incident 24 provenant d'une des zones réfléchissantes 222. Les lentilles 2200 et 2201 sont, par exemple, à section cylindrique et chaque lentille 2200 et une lentille 2201 voisine ont un point de focalisation commun de sorte qu'un faisceau incident réfracté par une lentille d'entrée 2200 puis réfléchi par une zone réfléchissante soit collimaté par une lentille de sortie 2201. En effet, le pas des lentilles est faible et on peut considérer que des rayons 240 à 242 du faisceau 24 atteignant une lentille 2200 sont sensiblement parallèles. Avantageusement, le point de focalisation commun est situé dans la zone réfléchissante (lorsque notamment le diffuseur est holographique) ou sur la face arrière de la zone réfléchissante (notamment lorsque la zone comprend un miroir). Ainsi, l'empreinte du faisceau sur la zone réfléchissante est réduite et on maximalise la taille des zones noires qui absorbent d'autant mieux les rayons parasites.
Préférentiellement, l'ensemble du faisceau 24 frappe l'une des lentilles 2200 ; en d'autres termes, la matrice 2200 et telle que, si la source de projection est placée dans une position compatible avec une focalisation des rayons, l'ensemble du faisceau 24 est transmis par les lentilles 2200 vers une des zones réfléchissantes 222. Ainsi, comme illustré en figure 3, les faisceaux 240 à 242 réfractés par une même lentille 2200 frappe le diffuseur 223 dans une zone réfléchissante 222 comprise entre deux zones 221. Les rayons 240 à 242 incident sont alors réfléchis vers une lentille 2201 qui les réfracte vers la zone de visualisation. Si la zone de visualisation est au même niveau que l'écran, les rayons réfléchis sont réfractés suivant une direction sensiblement normale à l'écran. Si l'écran est en hauteur, les rayons sont réfractés vers le bas, où se situe la zone de visualisation. Les zones réfléchissantes situées dans les zones de convergences du faisceau d'imagerie 24 réfractés par les lentilles 2200 ont préférentiellement une largeur d3 (comprise préférentiellement entre 5% et 30% du pitch d1+d2 pour des tolérances plus grandes de position du projecteur par rapport à l'écran et/ou de forme des lentilles). On obtient ainsi une distribution elliptique d'angle de vue, ce qui permet un gain dans le flux observé dans la zone de visualisation. Le diffuseur permet donc une diffusion horizontale faisant préférentiellement un angle de +/-35° avec l'axe médian vertical de l'écran 22 et une diffusion verticale faisant un angle +/-10° avec un plan médian. La réflexion d'un faisceau transmis par une lentille 2200 sur une zone réfléchissante est telle qu'elle renvoie un faisceau réfléchi vers une lentille 2201. Ainsi, l'orientation, le cas échéant, de la surface de réflexion (s'il s'agit d'un miroir) ou du diffuseur holographique est telle qu'un faisceau incident soit effectivement renvoyé vers la zone de diffusion à travers une lentille 2201.
Comme illustré schématiquement sur la figure 5, les rayons parasites 250 émis par une source ambiante (lampe ou soleil) n'ont généralement pas les même angles d'incidences que les rayons du faisceaux d'imagerie 24. La plupart d'entre eux sont réfractés par les lentilles 2200 ou 2201 puis absorbés par une des zones noires 221. Si certains rayons parasites 250 sont néanmoins réfléchis par une des zones 222, ils sont généralement renvoyés suivant une direction quelconque et réfractés par les lentilles 2200 et 2201 suivant une direction qui ne correspond pas à une zone de vue par un spectateur 26 placé dans la zone de visualisation. De cette manière, les rayons parasites 250 sont éliminés et le contraste de l'image projetée est amélioré. La figure 6 illustre un écran 6 pour projection frontale selon un mode particulier de réalisation de l'invention. L'écran 6 comprend l'écran 22 auquel on ajoute sur une plaque de protection transparente 60. Les éléments communs à l'écran 22 et l'écran 6 portent les mêmes références et ne sont pas détaillés davantage. Avantageusement, la plaque 60 peut être utilisée comme support d'écriture avec un crayon dédié pouvant facilement être effacé avec une brosse également dédiée. Ainsi, l'écran 6 peut être utilisé pour des présentations, une image projetée sur l'écran pouvant être annotée. L'angle d'incidence de projection est élevé, ce qui permet à un présentateur d'être proche de l'écran sans gêner la projection. La plaque 60 est, par exemple, une plaque en matériau plastique ou acrylique traitée contre les réflexions, d'une épaisseur de 3 à 5 mm et fixée par collage sur les bords.
La figure 7 illustre une partie optiquement active d'un écran 7 pour projection frontale selon un mode particulier de réalisation de l'invention.
La figure 3 détaille une partie optiquement active de l'écran 22. L'écran 7 comprend :
- une matrice lenticulaire 70 sur sa face avant comprenant des lentilles d'entrée 700 dont la seule différence avec les lentilles 2203 est le point de focalisation, des surfaces planes 701 remplaçant les lentilles de sorties 2201 , et des faces 2203 similaires aux faces 2203 précédemment décrites ; et - un substrat 71 sur sa face arrière comprenant une alternance de zones noires 221 telles que décrites précédemment et des zones réfléchissantes 710.
Les zones 710 réfléchissent un rayon incident et diffusent le rayon réfléchi vers la zone de visualisation. Les zones 710 sont, par exemple, constituées d'un diffuseur asymétrique ou elliptique permettant une diffusion horizontale et une diffusion verticale des rayons réfléchis vers la zone de visualisation, ce diffuseur étant accolé à un miroir courbe permettant d'une part de renvoyer le faisceau incident en provenance d'une lentille 700 vers une face plane 701 et d'autre part de le collimater.
Les zones 710 ont préférentiellement une forme parabolique. Préférentiellement, le foyer 712 de chaque face d'entrée 2200 est dans le plan focal de la zone 710 correspondante (la face d'entrée 2200 réfractant un faisceau incident vers cette zone 710). Si le foyer 712 est placé derrière le miroir (comme illustré sur la figure 7), le miroir est concave ; si le foyer est placé devant le miroir, le miroir est convexe.
Selon une variante de réalisation, le faisceau en sortie d'une zone 710 (hors effet du diffuseur dans le sens horizontal et le sens vertical) n'est pas parfaitement collimaté (collimation variant radialement en fonction du point considéré) (en d'autres termes le foyer d'une face d'entrée 2200 n'est pas dans le plan focal de la zone 710. Dans ce cas, la perte de qualité de l'image observée par un spectateur peut être admissible, la zone 710 étant suffisamment éloignée de la face d'entrée 2200 correspondante.
Selon une variante de réalisation de l'invention, les faces planes 701 sont recouvertes d'un diffuseur elliptique pour permettre une diffusion elliptique dans la zone de visualisation le substrat 71 pouvant ou non comprendre un diffuseur. Dans ce cas le diffuseur recouvrant les faces planes 701 est parcouru une seule fois par un faisceau incident, alors qu'il l'est deux fois lorsqu'il est accolé à un miroir de zone réfléchissante. Le pouvoir de diffusion est calculé en conséquence pour que le faisceau transmis couvre la zone de visualisation (le pouvoir de diffusion doit être deux fois moins fort dans le cas où le diffuseur est dans une zone réfléchissantes, vis-à-vis du cas où il est sur une face de sortie). Dans ce cas, l'épaisseur du diffuseur asymétrique ou elliptique 223 est comprise préférentiellement entre 5μim et 40μim.
La figure 8 illustre un écran 8 pour projection frontale selon un mode particulier de réalisation de l'invention. L'écran 8 comprend une matrice lenticulaire 80 et un substrat 223 sur sa face arrière similaire au substrat illustré en regard de la figure 3.
La matrice lenticulaire 80 a une épaisseur e' (aux endroits les plus étroits) (distance entre la face de sortie et le diffuseur) est préférentiellement égale à environ une fois le pitch d1+d2 en étant compris entre 0,5 et 5 fois le pitch. Encore plus préférentiellement, l'épaisseur e' est supérieure à 1 ,5 fois le pitch.
La matrice lenticulaire 80 comprend alternativement des lentilles de focalisation 800 et des lentilles de diffusion 801. Comme illustré sur la figure 8 représentant schématiquement une vue de face de l'écran 22, les lentilles 800 et 801 sont circulaires avec un axe 2202 correspondant, normal à l'écran 8 et sur lequel est située la pupille de sortie du dispositif 21. Chaque lentille 800 est reliée à la ou aux lentilles 801 voisines par une face 803 sans utilité optique. L'inclinaison de cette face 803 par rapport aux rayons incidents est telle qu'aucun rayon du faisceau 24 ne la rencontre (par l'intérieur ou l'extérieur de la matrice 80).
Selon cette variante, les rayons incidents 240 à 242 réfractés par une lentille 800 sont réfléchis par une zone réfléchissante 222 vers une lentille 801 qui les réfractent pour les diffuser vers un spectateur. La lentille 801 qui réfracte ces rayons n'est pas voisine de la lentille 800 qui les a précédemment transmis mais deux autres lentilles 800 et 801 les séparent. Selon d'autres variantes, plusieurs lentilles du type 800 et 801 séparent la lentille 800 par laquelle un rayon entre dans la matrice 80, de la lentille 801 par laquelle il sort de la matrice 80 vers un spectateur. Selon certains modes de réalisation, le nombre de lentilles séparant une lentille d'entrée d'un rayon dans la matrice lenticulaire de la lentille de sortie de rayon est constant (par exemple égal à 0 selon l'écran 22, 6 ou 7 et à 1 selon l'écran 8) et peut valoir 0, 1 , 2 ou plus. Selon d'autres modes de réalisation, ce nombre peut varier pour faciliter la conception de l'écran. Il peut, par exemple, être faible dans une zone proche de la source de projection (soit dans une zone où l'incidence du faisceau de projection est la plus faible) et plus élevé ailleurs (soit dans une zone où l'incidence du faisceau de projection est plus élevé.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, un écran 9 illustré en figure 9 comprend une matrice lenticulaire 90 dont le plan extérieur 91 défini par des lentilles 900 et 901 n'est pas parallèle au plan 92 défini par les zones réfléchissantes 222, ces plans 91 et 92 faisant un angle α non nul, les plans 91 et 92 étant plus proches du coté opposé au projecteur.
Préférentiellement, le pitch d1+d2 de l'écran 9 est constant. l'épaisseur est voisine du (et préférentiellement égale au) quotient du pitch par la tangente de l'angle d'incidence β au point considéré (e ={d1 +d2)/tanβ.
Ainsi, à titre illustratif, pour un angle d'incidence minimale de 30° (au point central du bord supérieur de l'écran si l'image est projetée vers le bas) et une incidence maximale de 70° (aux angles inférieurs de l'écran), l'angle α vaut
0,015 et si l'épaisseur minimale, e1, (aux angles inférieurs de l'écran) de la matrice 90 vaut 0,1 mm, son épaisseur maximale, e2, (épaisseur au point central du bord supérieur de l'écran) vaut tan707tan35°soit 3,92mm.
Selon ce mode de réalisation, la variation de l'épaisseur de la matrice est continue.
Selon une variante de l'invention, l'épaisseur de la matrice varie par pallier, par exemple par pas de 0,1 mm.
L'écran 9 est similaire à l'écran 22 à l'exception de la matrice 220 qui est remplacée par la matrice 90. Les éléments communs à l'écran 22 et à l'écran 9 portent les mêmes références et ne sont pas détaillés davantage.
Selon une variante de réalisation de l'invention, la partie la plus étroite de l'écran 9 est située du coté du projecteur.
La matrice 90 comprend alternativement des lentilles de focalisation 900 et des lentilles de diffusion 901 dont la forme et la fonction sont similaires aux lentilles respectivement 2000 et 2001. La distance de focalisation des lentilles dépend néanmoins de la distance locale aux zones réfléchissantes 222.
La figure 10 illustre un écran 100 pour projection frontale selon un mode particulier de réalisation de l'invention. L'écran 100 est similaire à l'écran 22 à l'exception du diffuseur holographique 223 réfléchissant qui est remplacé par un diffuseur 1003 recouvert d'une matrice noire 1001. Les éléments communs à l'écran 22 et l'écran 100 portent les mêmes références et ne sont pas détaillés davantage.
Le diffuseur 1003 définit sensiblement un plan correspondant au plan de l'écran 9. Néanmoins, les parties actives du diffuseur 1003 (c'est-à- dire non recouverte par la matrice noire1001 ) sont inclinées d'un angle β non nul et typiquement égal à la moitié de l'angle d'incidence. L'angle γ est préférentiellement inférieur ou égal à la différence de 90° et de l'angle d'incidence maximal θmax (γ ≤ 90°-θmax) d'un rayon se propageant dans la matrice 220. Cet angle peut donc dépendre de la zone réfléchissante considérée en fonction de l'angle d'incidence. Ainsi, la réflexion des rayons incidents 240 à 242 vers les lentilles 2201 est facilitée et on a un meilleur contrôle de cette réflexion. Deux parties actives 1003 consécutives sont reliées par un élément de matrice noire 1001 dont la forme est préférentiellement plane (et donc inclinée par rapport aux parties actives 1003 et au plan de l'écran 9 pour que les éléments du diffuseur 1003 définissent le plan correspondant au plan de l'écran 9). Néanmoins, selon des variantes de l'invention, la liaison entre deux parties actives 1003 consécutives n'est pas nécessairement plane et peut avoir une forme quelconque qui ne gène pas la propagation des rayons du faisceau 24. En outre, la liaison entre deux parties actives 1003 consécutive n'est pas nécessairement recouverte d'une matrice noire et peut elle-même être quelconque. La figure 11 illustre un système de projection 1 10 similaire au système 2, le projecteur 21 étant indépendant de l'écran de projection 22. En particulier, le coffret 23 est supprimé. Les éléments communs aux systèmes 2 et 1 10 portent les mêmes références et ne sont pas détaillés davantage.
Dans les systèmes 2 et 1 10, le projecteur 21 est situé à la même position par rapport à l'écran 22. Ainsi, les angles d'incidence du faisceau de projection 24 sont conservés.
Selon ce mode de réalisation, le diffuseur holographique peut avantageusement être remplacé par un miroir à réflexion totale recouvert d'une couche de diffusion horizontale, un rayon incident traversant la couche de diffusion horizontale avant et après réflexion sur le miroir.
La figure 12 illustre le projecteur frontal 21 utilisable dans l'un des systèmes 2 ou 1 10 et permettant une projection sur un écran sous incidence élevée. Un tel projecteur est notamment décrit en regard de la figure 10 de la demande de brevet français déposée sous le n° FR0412904 au nom de THOMSON LICENSING SA, intitulé « système de projection ». Le projecteur 21 comprend :
- une source d'imagerie 212 (typiquement un imageur éclairé par un faisceau d'illumination) ;
- un objectif 213 éclairé par un faisceau d'imagerie produit par la source 212 ;
- un miroir asphérique concave 210 qui agrandit l'image tout en repliant le faisceau ; et - un miroir de repli 211.
L'imageur est, par exemple, un DMD (« Appareil à Micromiroirs
Numériques » de l'anglais « Digital Micromirrors Device » de la société
Texas Instruments ®), un LCD transmissif (Afficheur à cristaux liquides, de l'anglais « Liquid Crystal Display ») ou un LCOS (Cristal liquide sur du silicium de l'anglais « Liquid Crystal On Silicon »).
L'objectif 213 transmet un faisceau d'imagerie vers le miroir asphérique concave 210 qui transmet lui même le faisceau réfléchi (correspondant au faisceau de projection 24) vers un plan de projection où est positionné l'écran 22 (afin de rendre la figure 12 plus lisible, le faisceau non replié par le miroir 21 1 a été représenté en pointillé). Le miroir concave 210 émet le faisceau d'imagerie 24 vers l'écran 22 situé dans un plan de projection perpendiculaire à l'axe optique du système déplié, le miroir concave 210 construisant une seconde image dans le plan de projection à partir d'une première image située entre l'objectif 213 et le miroir 210. La partie optique du projecteur possède un axe optique 26, le faisceau optique produit 24 étant décentré (et donc l'imageur) par rapport à cet axe 120. Le miroir 210 est tel que, vu de l'écran 22, le faisceau semble provenir d'une zone pupillaire, correspondant à une pupille 121 située entre le miroir 210 et l'écran 22 sur le trajet du faisceau d'imagerie 24.
Le plan de projection peut être très proche du projecteur 21 : la distance séparant le centre optique du miroir concave 210 du plan de projection est préférentiellement inférieure à 1 m et encore plus préférentiellement à 50 cm. Le miroir asphérique concave 210 a une forme de révolution dont la surface réfléchissante suit l'équation de surface asphérique suivante :
Z{r) O1 r + a2r2 +α3r3 +a4r4 +a5r5 +a6r6 +...
Figure imgf000016_0001
où :
- r représente la distance à l'axe optique pour un point donné - Z représente la distance de ce point à un plan perpendiculaire à l'axe optique ;
- le coefficient c est la conique
- le paramètre R correspond au rayon de courbure de la surface ; - les paramètres a 1, a2, ....ai sont des coefficients d'asphéricité respectivement d'ordre 1 , 2 et /.
L'objectif 213 illustré en figure 13 comprend un groupe arrière de lentilles 2130 à 2133 et un groupe avant de lentilles 2134 à 2136. La dernière lentille 2136 de l'objectif 213, sur le trajet du faisceau d'imagerie est préférentiellement une lentille de type ménisque asphérique dont la forme est adaptée aux paramètres du miroir concave 210 ; sa forme suit donc préférentiellement une équation de surface asphérique comme présenté précédemment. A titre illustratif, dans un mode de réalisation particulier le rayon R du miroir concave 210 est égal à 60mm, les paramètres c, et ai à a8 valent respectivement -1 ,5931 1 mm ; 0 ; 0 ; -8,9410"6 ; 0 ; 1 ,64.10"9 ; -9,74.10"13 ; -7,84.10"14 et 2,31.10"16. Le rayon R ue la première surface (coté imageur) du ménisque 2136 est égal à 44,9471 1 mm, les paramètres c, et ai à a8 valent respectivement 0 ; 0 ; 0 ; -3,110"4 ; 2,88.10-5 ; 1 ,96.10"6 ; 7,14.10"8 ; 4,15.10"10 et -4,30.10"10. Le rayon R de la deuxième surface (coté opposé à l'imageur) du ménisque 2136 est égal à 29.49554mm, les paramètres c, et ai à a8 valent respectivement 0 ; 0 ; 0 ; -2,710"4 ; 9,97.10-6 ; 6,34.10"7 ; - 1 , 41.10"7 ; 8,98.10"9 et -1 , 78.10"10. Par ailleurs, le chin h (distance séparant l'image projetée sur l'écran 22 et la partie la plus basse du projecteur 21 (en supposant une image projetée de bas en haut) est relativement faible : il est préférentiellement inférieur au cinquième de la hauteur de l'image projetée.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits précédemment.
En particulier, les différents modes de réalisation illustrés dans les figures peuvent être combinés et, selon l'invention, des mises en oeuvre de systèmes avec projecteur et écran solidaires ou non, avec lentilles avec faces de sorties planes ou arrondies, avec plans définis respectivement par les lentilles et les zones réfléchissantes parallèles ou non, et/ou avec plaque de protection ou sont possibles.
En outre, bien qu'améliorant le contraste de l'image, une matrice noire recouvrant le diffuseur est facultative. En particulier, l'invention est compatible avec des modes de réalisation ne comprenant pas de matrice noire.
De plus, l'invention n'est pas limitée aux écrans ou systèmes compatibles avec le projecteur illustré en figure 12 mais concerne tous les écrans destinés à être éclairés par un projecteur sous incidence élevée ou aux systèmes mettant en oeuvre de tels écrans. En particulier, l'écran selon l'invention est compatible avec un projecteur du type WT610® commercialisé par la société NEC ®.
Avantageusement, les zones réfléchissantes (éventuellement associées aux moyens de transmission) réorientent le faisceau focalisé par les moyens de focalisation dans une direction sensiblement normale au plan de l'écran (c'est-à-dire que l'axe du faisceau réorienté fait un angle compris entre +/-10° avec la normale au plan l'écran, à la sortie de l'écran).

Claims

REVENDICATIONS
1. Ecran de projection frontale (22, 7, 8, 9, 100) pour dispositif de projection (21 ) émettant un faisceau d'imagerie incident (24), ledit écran comprenant des zones réfléchissantes (222, 710, 1003), caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- des moyens de focalisation (2200, 800, 900) du faisceau d'imagerie incident ayant un angle d'incidence compris entre 35° et 75°, pour former un faisceau focalisé, lesdites zones réfléchissantes étant adaptées à réorienter ledit faisceau focalisé vers une zone de visualisation pour former un faisceau d'imagerie réfléchi ; et
- des moyens de transmission (2201 , 701 , 801 , 901 ) dudit faisceau d'imagerie réfléchi ; lesdits moyens de focalisation étant séparés desdits moyens de transmission.
2. Ecran selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend une matrice noire avec des zones non réfléchissantes (221 , 1001 ) intercalées entre lesdites zones réfléchissantes.
3. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de focalisation comprennent des lentilles de focalisation (2200, 800, 900).
4. Ecran selon la revendication 3, caractérisé en ce que les lentilles de focalisation possèdent un foyer qui est sensiblement dans une desdites zones réfléchissantes, de sorte que ledit faisceau d'imagerie incident se focalise dans une des zones réfléchissantes
5. Ecran selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les lentilles de focalisation ont une largeur identique.
6. Ecran selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les lentilles de focalisation ont une largeur variable en fonction de leur distance à un axe de projection.
7. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de transmission comprennent des lentilles de collimation (2201 , 801 , 901 ).
8. Ecran selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de focalisation comprennent des lentilles de focalisation dont le foyer est confondu avec le foyer d'une lentille de collimation.
9. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de transmission ont une face de sortie plane (701 ).
10. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce qu'il comprend au moins un diffuseur adapté à une diffusion horizontale et à une diffusion verticale.
11. Ecran selon la revendication 10, caractérisé en ce que le diffuseur est transmissif.
12. Ecran selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que le diffuseur est accolé à la face de sortie des moyens de transmission.
13. Ecran selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que le diffuseur est accolé aux surfaces réfléchissantes.
14. Ecran selon la revendication 10, caractérisé en ce que les zones réfléchissantes comprennent le diffuseur.
15. Ecran (22, 7, 8, 100) selon l'une quelconque des revendications 1 à
14. caractérisé en ce que les zones réfléchissantes et les moyens de transmission sont sensiblement dans deux plans parallèles.
16. Ecran (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les zones réfléchissantes et les moyens de transmission sont sensiblement dans deux plans non parallèles.
17. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les zones réfléchissantes sont planes et inclinées par rapport au plan de l'écran.
18. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les zones réfléchissantes comprennent un miroir réfléchissant et collimatant le faisceau focalisé.
19. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les zones réfléchissantes sont adaptées à réorienter le faisceau focalisé par les moyens de focalisation dans une direction sensiblement normale au plan de l'écran.
20. Système de projection (2, 1 10) comprenant : - un dispositif de projection frontale émettant un faisceau d'imagerie incident ; et
- un écran de projection selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, ledit écran comprenant:
- des zones réfléchissantes ; - des moyens de focalisation du faisceau d'imagerie incident pour former un faisceau focalisé, lesdites zones réfléchissantes réfléchissant ledit faisceau focalisé pour former un faisceau d'imagerie réfléchi ; et
- des moyens de transmission dudit faisceau d'imagerie réfléchi ; lesdits moyens de focalisation étant séparés desdits moyens de transmission.
21. Système (2) selon la revendication 20, caractérisé en ce que ledit système comprend des moyens de liaison (23) entre ledit écran et ledit dispositif de projection, ledit dispositif de projection étant positionné dans une zone latérale, situé dans le demi-espace devant de l'écran.
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