FR2614717A1

FR2614717A1 - Optical fibre colour display device

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Publication number: FR2614717A1
Application number: FR8706081A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-29
Filing date: 1987-04-29
Publication date: 1988-11-04

Abstract

Specialised sources 1, 2, 3 each produce a coloured beam of one colour. The light from each source 1, 2, 3 is guided towards a matrix 29 of liquid crystal light modulators, followed by a bundle 30 of optical fibres, the free end of which forms the viewing surface of the device. An electronic circuit 5 controls the sources 1, 2, 3 and each of the modulators of the matrix 29 in order to form an image. The invention applies in particular to the presentation of animated coloured images.

Description

L'invention a pour objet un dispositif d'affichage en couleur à fibres optiques, c'est-à-dire dont la surface de visualisation est constituée par l'une des extrémités d'un faisceau de fibres optiques, l'autre extrémite étant disposée en regard d'au moins une matrice de modulateurs de lumière à cristaux liquides, précédée de moyens générateurs de faisceaux colorés, des moyens étant prévus pour contrer le passage et la couleur de la lumière pénétrant dans chacune des fibres. The subject of the invention is a fiber optic color display device, that is to say the display surface of which consists of one end of a bundle of optical fibers, the other end being disposed opposite at least one matrix of liquid crystal light modulators, preceded by means generating colored beams, means being provided to counter the passage and the color of the light entering each of the fibers.

On connaît un dispositif de ce type dans lequel les moyens générateurs de faisceaux colorées sont constitués par des filtres commandables à cristaux liquides colorés qui, en fonction du signal électrique qui leur est appliqué, colorent ou non la lumière qui les traverse.A device of this type is known in which the means for generating colored beams are constituted by controllable filters with colored liquid crystals which, depending on the electrical signal applied to them, color or not the light passing through them.

Dans ce dispositif, l'éclairage est assuré par des lampes à lumière blanche dont les faisceaux lumineux traversent les filtres disposés les uns derrière les autres. In this device, the lighting is provided by white light lamps whose light beams pass through the filters arranged one behind the other.

Par la suite, les faisceaux colorés traversent la matrice de modulateurs, pour laisser-passer plus ou moins la lumière dans les fibres optiques du faisceau.Thereafter, the colored beams pass through the matrix of modulators, to pass more or less the light into the optical fibers of the beam.

Ce dispositif présente l'invonvénient d'utiliser des cristaux liquides colorés d'un prix de revient relativement élevé et celui de ne pas permettre un réglage facile des couleurs. En outre, il occasionne un affaiblissement notable de la lumière. I1 nécessite des sources en nombre élevé lorsque les fibres optiques sont nombreuses. This device has the disadvantage of using colored liquid crystals with a relatively high cost price and that of not allowing easy adjustment of colors. In addition, it causes a noticeable weakening of the light. I1 requires sources in high number when the optical fibers are numerous.

L'invention a notamment pour objet de remédier à ces inconvénients et elle prévoit à cet effet que les moyens générateurs de faisceaux colorés sont constitués par une pluralité de sources spécialisées chacune selon une couleur et qu'il est prévu des moyens pour guider la lumière de chaque source vers ladite matrice. The invention particularly aims to remedy these drawbacks and it provides for this purpose that the means generating colored beams are constituted by a plurality of specialized sources each according to a color and that means are provided for guiding the light of each source to said matrix.

Pour produire, par exemple, une image au standard télévision, il sera prévu trois couleurs primaires, avec, en principe un nombre égal de sources pour chaque cculeur primaire. To produce, for example, a television standard image, three primary colors will be provided, with, in principle, an equal number of sources for each primary calculator.

Chaque source spécialisée pourra comporter au moins une lampe, un filtre coloré placé sur le trajet de la lumière émise par la lampe correspondante et des moyens interrupteurs de l'émission du faisceau lumineux émis par la lampe. Each specialized source may include at least one lamp, a color filter placed on the path of the light emitted by the corresponding lamp and means interrupting the emission of the light beam emitted by the lamp.

Dans une forme de réalisation les moyens interrupteurs comprennent un obturateur à cristaux liquides placé sur le trajet du faisceau lumineux et un commutateur commandant ledit obturateur, ou encore un commutateur monté sur la ligne d'alimentation de la lampe. Dans une autre forme de réalisation le filtre coloré est une partie d'un volet mobile disposé sur le trajet du faisceau lumineux. In one embodiment, the switch means comprise a liquid crystal shutter placed on the path of the light beam and a switch controlling said shutter, or a switch mounted on the lamp supply line. In another embodiment the colored filter is a part of a movable flap arranged on the path of the light beam.

Les procédés appliqués dans les dispositifs d'affichage par fibres optiques se heurtent à des difficultés dues au fait que pour obtenir des intensités lumineuses suffisantes sur la face visible du panneau d'affichage, il faut diriger sur l'entrée des fibres une intensité lumineuse suffisamment puissante. Or à ce stade la lumière qui provient de sources lumineuses aura subi des atténuations importantes en raison, tant des obstacles traversés (par exemple barrière de cristaux liquides multiples), ou bien encore par l'effet de pertes dues aux dispositions géométriques de l'ensemble source-entrées de fibres optiques, ou pour toute autre raison, y compris le mauvais état de surface des fibres. The methods applied in optical fiber display devices encounter difficulties due to the fact that in order to obtain sufficient light intensities on the visible face of the display panel, it is necessary to direct a sufficient light intensity at the entrance of the fibers. powerful. However, at this stage, the light coming from light sources will have undergone significant attenuations due to both the obstacles crossed (for example multiple liquid crystal barrier), or even by the effect of losses due to the geometric arrangements of the assembly. source-inputs of optical fibers, or for any other reason, including the poor surface condition of the fibers.

En outre, et spécialement lorsque l'on veut reproduire des images comportant un très grand nombre de points lumineux, comme c'est le cas pour des images au standard de la télévision qui comportent plus de 520 00û points, on est conduit à éclairer les entrées de fibres par des sources lumineuses en nombre élevé munies de dispositifs optiques coûteux. In addition, and especially when one wishes to reproduce images comprising a very large number of light points, as is the case for television standard images which comprise more than 520,000 points, one is led to illuminate the fiber entry by large number of light sources fitted with expensive optical devices.

La conséquence de ces pertes de rendement lumineux et de cette multiplication des sources est de rendre extrêmement difficile et coûteuse la réalisation de panneaux de grandes dimensions présentant des images animées colorées avec une intensité lumineuse suffisante. The consequence of these losses in light output and this multiplication of sources is to make it extremely difficult and costly to produce large panels presenting colorful animated images with sufficient light intensity.

-La présente invention vise simultanément à accroitre les rendements lumineux et à diminuer le nombre de sources, de façon à rendre possible à un prix raisonnable la réalisation de panneaux lumineux sur lesquels sont présentées des images colorées animées. The present invention simultaneously aims to increase the light yields and to decrease the number of sources, so as to make possible, at a reasonable price, the production of light panels on which animated colored images are presented.

Pour atteindre ce but, l'invention prévoit, notamment, d'utiliser une pluralité de matrices de modulateurs, lesdits moyens de guidage étant agencés pour guider les flux lumineux émis par chaque source vers chacune desdites matrices. To achieve this object, the invention provides, in particular, for using a plurality of modulator matrices, said guide means being arranged to guide the light fluxes emitted by each source towards each of said matrices.

A titre nullement limitatif, on a représenté au dessin annexé, des exemples de réalisation de dispositif selon l'invention, dessin sur lequel - la figure 1 est une vue schématique de principe d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente, de façon plus détaillée, une des sources lumineuses du dispositif de la figure 1, - la figure 3 représente une première variante de réalisation de la source de la figure 2, - la figure 4 représente une deuxième variante de réalisation de la source de la figure 2, - la figure 5 représente une variante de réalisation de ltensemble des faisceaux de guidage de la lumière des sources, du dispositif de la fig. 1, et, - la figure 6 représente une variante de réalisation -du dispositif de la figure 1, dans le cas d'un panneau d'affichage de grandes dimensions. By way of non-limiting example, there is shown in the accompanying drawing, exemplary embodiments of the device according to the invention, drawing in which - FIG. 1 is a schematic view of principle of a device according to the invention, - FIG. 2 represents , in more detail, one of the light sources of the device of Figure 1, - Figure 3 shows a first alternative embodiment of the source of Figure 2, - Figure 4 shows a second alternative embodiment of the source of the Figure 2, - Figure 5 shows an alternative embodiment of all of the light guide beams of the sources, of the device of FIG. 1, and, - Figure 6 shows an alternative embodiment of the device of Figure 1, in the case of a large display panel.

Comme on le voit sur la figure 1, le dispositif d'affichage comprend ici trois sources 1, 2 et 3, disposées côte à côte. Ces trois sources 1, 2 et 3 sont spécialisées de manière à produire respectivement une lumière rouge, une lumière verte et une lumière bleue. As seen in Figure 1, the display device here comprises three sources 1, 2 and 3, arranged side by side. These three sources 1, 2 and 3 are specialized so as to produce red light, green light and blue light respectively.

La lumière de chacune des sources 1, 2 et 3 est guidée, vers la surface d'une matrice 29 de modulateurs de lumière à cristaux liquides, par l'intermédiaire d'un ensemble 10 de trois faisceaux de fibres optiques, dit "faisceaux primaires". The light from each of the sources 1, 2 and 3 is guided towards the surface of a matrix 29 of liquid crystal light modulators, by means of a set 10 of three bundles of optical fibers, called "primary beams" ".

La matrice 29 est une plaquette de cristaux liquides, du type connu qui comprend ici 64 lignes de 64 modulateurs élémentaires, chaque modulateur correspondant à un pixel de l'image à former sur la surface de visualisation, ou écran, du dispositif d'affichage. Cette 'surface de visualisation 31, est formée par une extrémité d'un faisceau 30 de fibres optiques, faisceau dont l'autre extrémité est disposée en regard de la matrice 29. The matrix 29 is a wafer of liquid crystals, of the known type which here comprises 64 lines of 64 elementary modulators, each modulator corresponding to a pixel of the image to be formed on the display surface, or screen, of the display device. This viewing surface 31 is formed by one end of a bundle 30 of optical fibers, the bundle of which the other end is arranged opposite the matrix 29.

Le faisceau 30, dit "faisceau secondaire" comporta autant de fibres optiques qu'il y a de modulateurs élémentaires sur la matrice 29, soit ici 4098. The beam 30, called "secondary beam" included as many optical fibers as there are elementary modulators on the matrix 29, ie here 4098.

Un circuit électronique 5 est relié, par l'interme- diaire de trois connexions 51-, 52 et 53 à chacune des sources 1, 2, et 3 respectivement, et, par l'intermédiavre d'un bus 59 à la matrice 29. An electronic circuit 5 is connected, by means of three connections 51-, 52 and 53 to each of the sources 1, 2, and 3 respectively, and, by the intermediary of a bus 59 to the matrix 29.

Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant. The operation of the device which has just been described is as follows.

Le circuit électronique 5 commande, d'une part, chacune des sources 1, 2 et 3 de façon à ce quelles produisent chacune et successivement, un flux lumineux de durée déterminée, et d'autre part, chacun des modulateurs élémentaires de la matrice 29 pour laisser passer, plus ou moins, la lumière du flux lumineux incident sur la matrice 29 vers chacune des fibres du faisceau secondaire 30. The electronic circuit 5 controls, on the one hand, each of the sources 1, 2 and 3 so that they each produce, successively, a light flux of determined duration, and on the other hand, each of the elementary modulators of the matrix 29 to allow the light of the incident light flux on the matrix 29 to pass, more or less, to each of the fibers of the secondary beam 30.

Ainsi, dans le cas d'une image animée de type vidéo, la source 1 est d'abord commandée pour produire un flux lumineux uniforme sur la matrice 29, pendant 1/75ème de seconde, et simultanément, la matrice 9 est commandée pour que se forme la composante rouge de l'image à former à l'extrémité visible des fibres -du faisceau secondaire 30, qui forme la surface de visualisation. Le circuit 5 comman ème de ensuite la source 2 pendant 1/75 me de seconde, et simultanément la matrice 29 pour que se forme la composante verte de l'image à former, et enfin la source 3 pendant 1/75ème de seconde, et simultanément la matrice 29 pour que se forme la composante bleue de l'image à former. On obtient ainsi, du fait de la persistance rétinienne, une ème image en couleur dfune durée de 1/25 de seconde. Le dispositif est donc apte à produire des images animées colorées. Thus, in the case of a video type animated image, the source 1 is first controlled to produce a uniform light flux on the matrix 29, for 1 / 75th of a second, and simultaneously, the matrix 9 is controlled so that the red component of the image to be formed is formed at the visible end of the fibers - of the secondary beam 30, which forms the viewing surface. The circuit 5 then controls the source 2 for 1/75 me of a second, and simultaneously the matrix 29 so that the green component of the image to be formed is formed, and finally the source 3 for 1 / 75th of a second, and simultaneously the matrix 29 so that the blue component of the image to be formed is formed. Thus, due to the retinal persistence, a th color image lasting 1/25 of a second is obtained. The device is therefore able to produce colorful animated images.

wn référence à la figure 2, une prendre forme de réalisation des sources 1, 2 et 3 est maintenant décrite. wn reference to FIG. 2, an embodiment of sources 1, 2 and 3 is now described.

Dans un souci de simplicité, on n'a représenté que la source 1, les sources 2 et 3- étant de conception identique.For the sake of simplicity, only source 1 has been shown, sources 2 and 3 being of identical design.

Une lampe 13 est alimentée en permanence par un circuit Il d'alimentation en énergie électrique. Un filtre coloré 14 est placé sur le trajet de la lumière émise par la lampe 13, ainsi qu'un obturateur à cristaux liquides 15, relié au circuit ll par l'intermédiaire d'un comnutateur 12. Le commutateur 12 est commandé par le signal de commande délivré par le circuit électronique 5 sur la conne xion 51. L'obturateur à cristaux liquides 15 et le commutateur 12 jouent donc rôle d'interrupteur du faisceau lumineux émis par la lampe 13.A lamp 13 is permanently supplied by a circuit 11 for supplying electrical energy. A color filter 14 is placed on the path of the light emitted by the lamp 13, as well as a liquid crystal shutter 15, connected to the circuit ll by means of a comnutator 12. The switch 12 is controlled by the signal control delivered by the electronic circuit 5 on the connection 51. The liquid crystal shutter 15 and the switch 12 therefore act as a switch for the light beam emitted by the lamp 13.

Une première variante de réalisation des sources spécialisées est décrite, en référence à la figure 3, qui montre une telle source 18. Une lampe 13t est alimentée par un circuit 11' d'alimentation en énergie électrique et, sur la ligne à'alimentation, est monté un commutateur 12'. A first alternative embodiment of the specialized sources is described, with reference to FIG. 3, which shows such a source 18. A lamp 13t is supplied by a circuit 11 ′ for supplying electrical energy and, on the supply line, a 12 'switch is mounted.

Un filtre coloré 14' est placé sur le trajet de la lumière émise par la lampe 13'. Le commutateur 12', commandé par le signal de commande délivré par le circuit électronique 5 sur la connexion 51, joue ici le rôle d'interrupteur du faisceau lumineux émis par la lampe 13'.A color filter 14 'is placed on the path of the light emitted by the lamp 13'. The switch 12 ', controlled by the control signal delivered by the electronic circuit 5 on the connection 51, here plays the role of switch of the light beam emitted by the lamp 13'.

Une deuxième variante de réalisation des sources spécialisées est décrite, en référence à la figure 4, qui montre une telle source 1". Une lampe 13" est alimentée en permanence par un circuit 11" d'alimentation en énergie électrique. Un filtre coloré 14" forme une partie, ici en forme de secteur, d'un volet 17, ici en forme de disque complet 17, monté mobile devant la lampe 13". Le disque 17 est ici entralné en rotation par un moteur 16, de façon à ce que le disque 17, en tournant, joue le rôle dtun interrupteur du faisceau lumineus émis par la Lampe 13". A second alternative embodiment of the specialized sources is described, with reference to FIG. 4, which shows such a source 1 ". A lamp 13" is permanently supplied by a circuit 11 "for supplying electrical energy. A colored filter 14 "forms a part, here in the form of a sector, of a flap 17, here in the form of a complete disc 17, mounted so that it can move in front of the lamp 13". The disc 17 is here driven in rotation by a motor 16, so that that the disc 17, when rotating, plays the role of a switch for the light beam emitted by the lamp 13 ".

Naturellement, il n'est pas obligatoire d'utIlIser un tel disque tournant, et, comme l'homme de métier pourra aisément le comprendre, on pourrait aussi utiliser par exemple un volet mobile comportant une partie transparente colorée, formant filtre et animé dtun mouvement de va et vient sur le trajet de la lumière émise par la lampe 13".Naturally, it is not compulsory to use such a rotating disc, and, as the person skilled in the art will easily understand, one could also use for example a movable flap comprising a colored transparent part, forming a filter and animated by a movement. back and forth on the path of light emitted by the 13 "lamp.

Naturellement, il n'est pas obligatoire d'utiliser trois lampes distinctes pour obtenir les trois sources spécialisées rouge, verte et bleue dont il a été question. Naturally, it is not compulsory to use three separate lamps to obtain the three specialized red, green and blue sources mentioned.

C'est ainsi que lton pourrait utiliser une seule lampe produisant de la lumière blanche, et une pluralité de filtres colorés. Une solution particulièrement intéressante pour le rendement lumineux de l'ensemble consiste à utiliser des filtres dichroiques disposés sur le trajet du faisceau lumineux émis par la lampe, et convenablement incliné de façon à ce que le premier filtre réfléchisse la composante verte du faisceau, par exemple, et laisse passer les deux autres composantes bleue et rouge, le deuxième filtre ayant pour but de réfléchir la composante bleue, par exemple, en laissant passer la composante rouge,
On obtient ainsi, à partir d'une unique source blanche, ltéquivalent de trois sources spécialisées.Thus, one could use a single lamp producing white light, and a plurality of colored filters. A particularly advantageous solution for the light output of the assembly consists in using dichroic filters arranged on the path of the light beam emitted by the lamp, and suitably inclined so that the first filter reflects the green component of the beam, for example , and lets pass the other two blue and red components, the second filter having for goal to reflect the blue component, for example, by letting pass the red component,
We thus obtain, from a single white source, the equivalent of three specialized sources.

Sur la figure 1, l'ensemble 10 de trois faisceaux de fibres optiques, qui guide la lumière des sources 1, 2 et 3 vers la matrice 29 est agencé pour que chacun de ces faisceaux produise un cone de lumière distinct qui intercepte la totalité de la surface de la matrice 29. Cette disposition n'est pas obligatoire, et la figure 5 illustre un autre arrangement possible.Sur la figure 5, un ensemble 10' comprend, comme sur la figure 1, trois faisceaux distincts du côté des sources 1, 2 et 3, mais, du côté de la matrice 29, les fibres de chacun de ces faisceaux sont mélangées, de façon à ce qu'un cône unique de lumière, alternativement rouge, verte, et bleue, intercepte la totalité de la surface de la matrice 29. SÛturellenent, des dispositIfs optiques connus, comme des lentilles divergentes ou convergentes, et non représentés dans un souci de simplicité, peuvent être utilisés, dans le cas de l'ensemble 10, ou de l'ensemble 10', pour rendre aussi faibles que possible les pertes de lumière à l'entrée ou à la sortie des faisceaux de fibres. In FIG. 1, the assembly 10 of three bundles of optical fibers, which guides the light from the sources 1, 2 and 3 towards the matrix 29 is arranged so that each of these beams produces a distinct cone of light which intercepts all of the surface of the matrix 29. This arrangement is not compulsory, and FIG. 5 illustrates another possible arrangement. In FIG. 5, an assembly 10 ′ comprises, as in FIG. 1, three separate beams on the source side 1 , 2 and 3, but, on the side of the matrix 29, the fibers of each of these bundles are mixed, so that a single cone of light, alternately red, green, and blue, intercepts the entire surface of the array 29. Surely, known optical devices, such as diverging or converging lenses, and not shown for the sake of simplicity, can be used, in the case of assembly 10, or assembly 10 ', for make light losses as low as possible entry or exit of fiber bundles.

La figure 6 illustre l'agencement prévu par ltinven- tion pour, dans le cas d'un panneau optique de grande dimension comportant un grand nombre de points lumineux, utiliser un nombre réduit de sources, par exemple trois. FIG. 6 illustrates the arrangement provided by the invention for, in the case of a large optical panel comprising a large number of light points, using a reduced number of sources, for example three.

Les trois sources 21, 22 et 23 sont analogues aux sources 1, 2 et 3 de la figure 1. Une pluralité de matrices 29, 29', 29", ... est prévue, en nombre suffisant pour obtenir le nombre souhaité de point lumineux sur le panneau. The three sources 21, 22 and 23 are similar to sources 1, 2 and 3 in FIG. 1. A plurality of dies 29, 29 ', 29 ", ... is provided, in sufficient number to obtain the desired number of points bright on the panel.

Entre les sources 21, 22 et 23 et les matrices 29, 29', 29",... sont disposés des faisceaux primaires de fibres 26, 27 et 28, pour guider le flux lumineux émis par chaque source vers chacune des matrices 29, 29t, 29",...Between the sources 21, 22 and 23 and the dies 29, 29 ', 29 ", ... are arranged primary bundles of fibers 26, 27 and 28, to guide the light flux emitted by each source towards each of the dies 29, 29t, 29 ", ...

Ainsi, le faisceau primaire 26 est accolé à la source 21 et il se subdivise en autant de sous-faisceaux qu'il y a de matrices 29, 29', 29",... de façon à aller éclairer chacune d'entre elles. I1 en va de même des faisceaux 27 et 28. Thus, the primary beam 26 is attached to the source 21 and it is subdivided into as many sub-beams as there are matrices 29, 29 ', 29 ", ... so as to illuminate each of them The same applies to the beams 27 and 28.

Naturellement, et comme cela est représenté sur la figure 6, on peut utiliser l'arrangement de la figure 1 pour les faisceaux primaires, mais on peut aussi utiliser celui de la figure 5. Naturally, and as shown in FIG. 6, one can use the arrangement of FIG. 1 for the primary beams, but one can also use that of FIG. 5.

De même, on comprendra que, lorsque le nombre de points de l'écran du dispositif d'affichage est trs grand, on peut utiliser plusieurs groupes de trois sources, chacun de ces groupes éclairant une pluralité de matrices 29, 29', 29". Likewise, it will be understood that, when the number of dots on the screen of the display device is very large, it is possible to use several groups of three sources, each of these groups illuminating a plurality of matrices 29, 29 ′, 29 " .

Claims

Claims 1. Fiber optic color display device, that is to say the display surface of which consists of one end of a bundle (30) of optical fibers, the other end being opposite at least one matrix (29? of liquid crystal light modulators, preceded by means (1, 2, 3, 10) Generators of colored beams, means (5) being provided to control the passage and the color of the light entering each of the fibers, a device characterized in that the means generating colored beams consist of a plurality of sources (1, 2,

3) each specialized according to a color and that means (10) are provided for guiding the light from each source towards said matrix.

2. Device according to claim 1, in which each specialized source (1, 2 ,. 3) comprises at least one lamp (13, 13 ', 13 "), a color filter (14, 14', 14") placed on the path of the light emitted by the corresponding lamp and means interrupting the emission of the light beam emitted by the lamp (12, 15; 12 '; 17).

3. Device according to claim 2, wherein said switch means comprises a liquid crystal shutter (15) placed in the path of the light beam and a switch (12) controlling said shutter (15).

4. Device according to claim 2, wherein said switch means comprises a switch (12 ') mounted on the supply line of the lamp (13!).

5. Device according to claim 2 wherein said colored filter (14 ') is a part of a movable flap (17) disposed on the path of the light beam.

6. Device according to one of claims 1 to 5, in which a plurality of modulator dies (29, 29 ', 29 "...) are provided and said guide means (26, 27, 28) are arranged to guide the light flux emitted by each source (21, 22, 23) to each of said matrices (29, 29 ', 29 "?.

7. Device according to one of the preceding claims, wherein said guide means are optical fibers (26, 27, 28).