FR2753808A1 - Procede d'imagerie utilisant les guides optiques - Google Patents

Abstract

Dispositif de répartition de lumière mobile utilisant le principe des guides optiques plans, caractérisé en ce que l'on fait pénétrer de la lumière par la tranche d'un guide conducteur de lumière constitué d'un matériau transparent, caractérisé également en ce que ce guide présente en contact optique avec l'une ou l'autre de ses faces une couche d'un matériau secondaire électro-optique, acousto-optique ou photoréfractif dont l'indice de réfraction peut varier vis-à-vis du rayon lumineux circulant dans le guide, ou d'une partie des radiations électromagnétiques constituant ce rayon, sous l'effet d'une perturbation électrique, magnétique, acoustique ou lumineuse, et comportant un moyen pour effectuer, cette perturbation, caractérisé enfin en ce que l'indice de réfraction du guide se trouve dans la zone de variation possible de l'indice de réfraction de la couche de matériau secondaire sous l'effet dudit moyen et présente de ce fait un seuil optique commandable permettant de choisir entre un état de la couche de matériau secondaire assurant la réflexion totale des rayons conduits par le guide et la réfraction de tout ou partie de ceux-ci dans la couche de matériau secondaire.

Description

PROCEDE D'IMRGERIE
UTILISANT LES GUIDES OPTIQUES
La présente invention est un procédé d'imagerie utilisant le principe des guides optiques plans, caractérisé en e que l'on fait pénetrer de la lumière par la tranche d'un guide conducteur de lumiére constitué d'un matériau transparent, caractérisé également en ce que ce guide présente en contact optique avec l'une ou l'autre des faces le délimitant une couche d'un matériau secondaire électrooptique, acoustooptique ou photoréfractif dont l'indice de rétraction peut varier vis-à-vis du rayon lumineux circulant dans le guide, ou d'une partie des radiations électromagnétiques constituant ce rayon, sous l'effet d'une perturbation électrique, magnétique, acoustique ou lumineuse, et comportant un moyen pour effectuer cette perturbation, caractérisé enfin en ce que l'indice de réfraction du guide se trouve dans la zone de variation possible de l'indice de réfraction de la couche de matériau secondaire sous l'effet dudit moyen et présente de ce fait un seuil optique commandable permettant de choisir entre un état de la couche de matériau secondaire assurant la reflexion totale des rayons conduits par le guide et la réfraction de tout ou partie de ceux-ci dans la couche de matériaux secondaire, l'ensemble de ces moyens permettant de répartir la lumière sur une structure reémitrice de lumière, diffusant,miroir,prisme ou lentille, mise en contact optique par contact intime ou collage à l'aide d'une colle optique d'indice suffisament élevé avec la face du guide portant la couche à bas indice, de façon à créer une image.

Suivant l'invention, la couche de matière d'indice variable est en contact optique avec le coeur du guide, et présente un indice dé réfraction inférieur à colui-ci permettant la conduction du flux lumineux gui y circule par réflexion totale, dans au moins l'un de ces états, une perturbation électrique par exemple agissant sur cette couche à bas indice de réfraction ayant pour effet d'augmenter l'indice de celle-ci vis-à-vis de tout ou partie de la lumière conduite par le guide, de manière à en permettre la réfraction dans la couche. Suivant une voie plus particulière de réalisation de l'invention, on arrangera les moyens électriques permettant de modifier l'indice de rétraction des couches de manière à délimiter des zones individualisées commandées séparément sur la surface du guide plan. On peut ainsi réaliser des pixels commandables ou adressables individuellement, par multiplexage par exemple, pouvant présenter un état à bas indice réfléchissant la lumière, ou à indice fort.

transn.etteur de lumière.

Lorsque le dispositif est muni d'un élément réémetteur de lumière disposé derrière la couche à indice variable et en connexion optique avec elle et permettant de réémettre la lumière conduite par le guide hors de celui-ci lorsque la couche à indice variable en permet le passage, l'élément réémetteur de lumière provoque l'émission d'un signal lumineux visible par un observateur extérieur.

De manière préférentielle ces perturbations, ou discontinuités d'indice de la couche à bas indice de réfraction, ou électrocommandable, sont obtenues par un effet électrooptiaue tel que:
- l'effet Kerr
- l'effet Pockels
- l'effet. de réorientation moléculaire dans des phases dites
cristal liquide.

D'une façon générale, ces dispositifs présentent l'avantage de pouvoir travailler avec des couches à bas indice réflectrices extrèmement fines, et suffisantes à assurer la réflexion totale des rayons parcourant le guide en incidence rasante. Ces couches pourront avoir une épaisseur de O,1 à 0,5 microns par exemple. D'autre part, ils permettent de mettre à profit des différences d'indice faibles, du fait de la sensibilité du phénomène de réflexion totale aux faibles angles d'incidence.

Ces deux effets combinés permettent de réaliser des systèmes optiques d'une grande rapidite, ou dont le temps de réponse est extrmement court, de l'ordre de la microseconde ou moins.

Suivant une autre de leurs caracveris- ques, ils présentent un seuil optique très raide à la transition de régime réflexion/réfraction qui permet
- un contraste élevé
- une réponse aisément contrôlable par un signal électrique,
et un arrangement convenable des électrodes, comme un multi
plexaoe définissant ou divisant la couche active en pixels.

De plus, ils permettent d'obtenir un effet de seuil réflexion/réfraction en agissant sur des zones minces localises aux interfaces, dans le cas de corps particuliers obéissant à des conditions de surface comme les cristaux liquides.

Suivant une première voie de réalisation de l'invention, on utilisera l'effet Pockels. L'effet Pockels est un effet électrooptique présenté par des cristaux solides présentant une géométrie particulières, dite uniaxe. Son amplitude est faible, mais son temps de réponse est extrèmement rapide, inférieur à la nanoseconde. L'effet Pockels présente une réponsa linéaire en champ. Typiquement, la réponse d'un tel matériau est de l'ordre de 10-11 m/V soit des # n de 10-@ à 10-3 pour des champs appliqués de 10@ à 10 @ V/m. Pour des dispositifs suivant l'invention, fonctionnant en incidence rasante, ces # n seront suffisants pour franchir le seuil séparant la réflexion de la réfraction, et permettre leur fonctionnement. De manière préférentielle, on utilise ces matériaux en couche très mince, juste suffisante pour assurer la réflexion totale des rayons circulant dans le guide, et permettre simultanément de créer des champs électriques extrèmement intenses avec des voltages relativement faibles appliqués sur ces très faibles épaisseurs. Typiquement, on pourra utiliser ces effets avec des couches minces d'épaisseur de 0,1 microns à 0,5 microns, autorisant des champs de 10@ V/m avec des tensions de l'ordre de 10 à 30 v.

Suivant une autre voie de réalisation de l'invention, on utilisera l'effet Kerr. L'effet Kerr, est présenté par des molécules polarisables, susceptibles de s'aligner dans une direction sous l'effet d'un champ électrique comme le nitrobenzène. Sa réponse est quadratique en champ.

Ses caractéristiques de réponse, en termes d'intensité et de vitesse, sont comparables à celles de l'effet Pockels. Ses conditions d'utilisation sont donc analogues : faibles épaisseurs, champs élevés.

La nature des corps subissant cet effet obligera cependant à travailler dans des cellules comportant des couches liquides, comme les cristaux liquides. Afin d'assurer une commande aisée de ces dispositifs, on fera de préférence en sorte que l'indice de la couche de matériau électrooptique soit inférieure à celui du guide, suffisamment pour assurer la conduction de la lumière circulant dans le guide, et pour que l'application d'une tension v = Vo /n, Vo étant la tension de seuil du dispositif permettant de faire apparaître l'effet lumineux, n étant par exemple compris entre 2 et 10, ne provoque pas de variation suffisante de l'indice du guide pour faire apparaître l'effet lumineux.

Suivant une voie de réalisation privilégiée de l'invention, on utilisera des couches électrooptiques constituées de cristaux liquides.

On consultera en particulier la référence suivante : Electrooptic modulation in the optical waveguide using ferroelectric liquid crystals, Masanori Ozaki, Yutaka Sadohara, Yasushi Uchiyama, Jpn J.

Appl, Phys. Vol 31 (1992), Ptl, N @B, pp 3169, 3192, pour une illustration du seuil réflexion totale/réfraction sur lequel repose l'invention.

Suivant l'invention, la configuration de cette couche de cristal liquide et l'effet utilisé sont tels que la perturbation créée par le champ électrique permet à au moins une partie de la lumière conduite par le guide d'étre réfractée dans la couche de cristal liquide et de la traverser.

Cas configurations peuvent être en particulier : - la configuration en phase nématique dite homéotrope - la configuration en phase nématique dite bistable, soit induite chiralement, soit induite par effet flexoélectrique (travaux de Mrs G.

Durand, Barberi et Boix, Appl. Phys. Letters, 55, (24) du 11/12/89).

- la configuration en phase smectique c chirale ferroélectrique en cellule de faible épaisseur décrite par Mrs Clark et Lagerwall (Brevet européen N de dépôt 80 85 0005.2) - la configuration en phase smectique A à proximité du point de transition SmC - SmA présentant l'effet dit électroclinique - une autre configuration spécifique utilisant les phases nématiques, caractérisée en ce que l'on réalise un ancrage planaire des molécules de nématique sur la surface ou les surfaces délimitant la couche de cristal liquide, et en ce que l'on fait basculer cet état stable vers un état naturellement instable en l'absence de champs dans lequel les molécules sont contraintes de se relever partiellement ou de s'aligner dans le sens d'un champ orienté perpendiculairement aux parois délimitant la couche.

- une configuration en phase cholestérique ( ## > 0) ou nématique twisté chiralement (STN) avec ancrage planaire, utilisant la transition cholesterique-nématique induite par un champ électrique transversal à la cellule.

- la transition de phase nématique-isotrope électriquement induite.

D'une manière générale dans le cas des cristaux liquides, ces molécules présentent un ordre ou une symétrie interne caractérisée par une orientation moléculaire, ou grand axe moléculaire, ou directeur de la molécule, et un arrangement interne obéissant à des conditions de symétrie.

Les caractéristiques optiques de ces molécules sont liées à l'esistence de deux indices de réfraction (biréfringence) ordinaire no et extraordinaire ne, agissant sur des composantes polarisées de la lumière distinctes, et dépendant de l'orientation du rayon lumineux vis-à-vis du directeur, orientation caractérisée par un angle #.

Pour le rayon polarisé perpendiculairement au directeur, l'indice est no (rayon ordinair@).

Pour le rayon polarisé dans le plan formé par le directeur et le vecteur d'onde de la lumière, l'indice n dépend de # et varie entre no et ne suivant
1 sin2# cos1# = +
t
n ne no
Le principe du dispositif utilisant les cristaux liquides consiste donc à faire varier l'orientation du directeur des molécules ayant un effet de réflexion sur la composante extraordinaire de la: lumière circulant dans le guide de manière à augmenter 11 indice n et à provoquer la réfraction de cette lumière dans la couche de cristal liquide, ceci pouvant se faire avantageusement sous l'effet d'un champ électrique.

Pour ne > no, l'indice augmentera avec 6 et diminuera avec 9 . Afin d'augmenter l'indice pour obtenir un état réfractif, on augmentera # sous l'effet dudit champ électrique.

On notera que l'on aura intérêt à prévoir la configuration du dispositif de manière à faire un angle e tel que, pour une variation de e donnée, la variation d'indice soit maximale.

Ceci s'obtiendra pour # tel que :
3 ne - no
# # Arc cos ( - --- --------)
2 no ne
Différents effets électrooptiques utilisables avec des cristaux liquides vont maintenant être décrits, de manière non limitative.

Suivant une voie de réalisation de l'invention, la couche de cristal liquide est constituée d'une couche de cristal liquide en phase smectique C ou H chirale en cellule mince, permettant d'obtenir l'effet de bistabilité décrit par Clark et Lagerwall. Dans une telle géométrie, les molécules de cristal liquide, dont la direction fait un angle ss par rapport à la normale au couches de cristal smectique dans le plan parallèle aux surfaces délimitant la couche, peuvent être inclinées de part et d'autre de la normale de manière stable, d'un angle @ p ou-p définissant ainsi deux états distincts. Le basculement d'un état à l'autre s'obtiens sous l'action d'un champ électrique.

Vis-à-vis d'un rayon lumineux arrivant en incidence rasante par rapport aux couches, dans une direction donnée, ces deux états présentent vis-à-vis de la composante de la lumière polarisée dans le plan défini par la direction du rayon et la direction du directeur, 2 indices de réfraction distincts, n (- ) et n (+ss ).

En choisissant des matériaux du guide et de la cellule de manière à ce que les indices extraordinaires n (- ss ) et n (+ ss ) soient respectivement inférieurs et supérieurs à celui du matériau du guide, on obtiendra dans un état réflexion totale, et dans le second cas réfraction.

De préférence, on se placera dans une configuration ou la direction du rayon lumineux parcourant le guide et la normale aux douches soient telles qu'une variation # # de l'orientation du directeur produise une variation ## d'indice extraordinaire la plus élevée possible.

A titre indicatif, si ne = 1,7 et no- 1,5, cet angle sera de 50O environ
La couche présentera un effet réflecteur pour des molécules orientées à # - ss , réfractif pour des molecules orientées à a +
Pour un bon fonctionnement de ce dispositif, on tiendra compte de l'angle d'incidence du rayon lumineux sur la couche, et de l'ouverture numérique de celle-ci. On choisira par exemple un angle d'incidence faible, inférieur à 10 , et de préférence inférieur à 5 avec une O.N.

de quelques degrés.

En pratiaue, l'angle ss est de l'ordre de quelques degrés à 300. On notera que les temps de basculement très rapide entre ces deux états, joints à la possibilité de travailler en couche très mince, rendent cet effet particulièrement intéressant pour les dispositifs suivant l'invention.

Suivant une autre voie de réalisation de l'invention, on utilisera l'effet dit électroclinique (thèse de M.L. Dupont, Université de
Bordeaux I, du 30 Octobre 1990, N 476).

La couche à bas indice est constituée d'une couche liquide d'un cristal liquide ferroélectrique smectique A chiral présentant l'effet électroclinique.

Dans cette voie de réalisation, les plans moléculaires de symétrie caractéristiques de la phase smectique A sont orientés parallèlement aux faces délimitant la couche, en configuration dite "page de livre" ou "bookshelf". A l'état normal, les molécules sont perpendiculaires aux couches smectiques. Sous I'effet d'un champ, le directeur subit un déplacement angulaire Y , positif ou negatif suivant le signe du champ, et dans un plan parallèle aux parois de la couche.

Suivant une caractéristique particulière de cet effet, le temps de réponse à l'excitation électrique est extrèmement rapide (de l'ordre ou inférieur à la microseconde) pour de faibles angles, et son temps de relaxation est de même ordre de grandeur. Contrairement à l'effet précédent, celui-ci ne présente pas de caractère bistable.

Ces dispositifs fonctionneront en provoquant une variation angulaire négative (l'angle 6 entre le directeur et vecteur d'onde de la lumière conduite diminue) pour effectuer la réflexion, et/ou positive pour passer dans un état réfractif.

D'autre part, la réponse (angle de tilt & ) est linéaire en champ électrique pour des angles de tilt petits (5 à 8 ) en champ faible (quelques volts par micron), avec une forte pente, et non linéaire, avec une pente très amortie en champ fort (10 à 30 volt par micron).

On trouvera un exemple d'une telle réponse avec le produit 764E de
BDH (electroclinic mixture) et d'autres produits de la même famille.

Pour un bon fonctionnement d'un tel dispositif, on se placera avantageusement dans les conditions suivantes
On orientera la direction de propagation de la lumière'- dans le guide et la normale aux couches smectiques de manière à ce qu'elles fassent un'angle 8 voisin de l'angle permettant d'obtenir la réponse maximale en indice de réfraction, indiquée précédemment.

Avantageusement, afin de commander un écran multiplexé par exemple, on pourra polariser l'écran sous un champ élevé, ( > 10 v/P) provoquant le déplacement du directeur des molécules d'un angle négatif - t de manière à se placer dans la partie non linéaire de la courbe de réponse angle de tilt-champ- précédemment mentionnée. On rend ainsi la couche de cristal liquide réflectrice.

Afin de commander un pixel dans des conditions de rapidité et de sensibilité. maximales, on travaillera avantageusement dans les conditions suivantes.

On dépolarisera le pixel ou le groupe de pixels que l'on désire activer, sans inverser le sens du champ agissant sur les molécules par rapport à l'état précédent, de manière à se placer dans ou proche du domaine de variation linéaire de ff en fonction du champ (petits angles), et à rapprocher le directeur de la direction provoquant" la réfraction des rayons conduits mais sans i'atteindre. Une inversion subséquente du sens du champ, restant dans la zone des champs faible, sur le pixel considéré permettra d'obtenir une forte réponse en 6 , en faisant basculer la couche smectique d'une inclinaison en g négative à une inclinaison en d positive dans la zone de réponse rapide du cristal liquide smectique A. Ce basculement provoque le passage du pixel commandé d'un état de réflexion à un état de réfraction.

En résumé, dans ces conditions - la polarisation de l'écran en champ fort assure la conduction de la lumière et crée un seuil de commande électrooptiaue rendant les parties de l'écran non activée peu sensibles aux perturbations colonnes de champ faible (cas d'un multiplexage ligne colonne avec balayage par lignes) par exemple provoquée par la commande des pixels ligne par exemple dans le cas d'un multiplexage, - Cette configuration constitue un bon ' compromis permettant de s'accommoder au mieux de la sensibilité de l'effet électroclinique en température, en configurant le pixel autour d'un ,point de fonctionnement bien repere et stable, la direction du vecteur d'onde et le sens de la normale aux couches smectiques.

- Elle maximise la réponse du C.L. en γ dans la zone de sensibilité en indice maximale et de temps de réponse minimale.

Suivant la présente voie de réalisation de l'invention la couche 'ba's indice de réfraction discontinue suivant l'invention est constituée d'une coucne d'un cristal liquide nématique.

Afin de permettre la réalisation d'un dispositif suivant l'invention, la couche de cristal liquide nématique devra pouvoir basculer entre au moins deux configurations possibles, au moins une configuration telle que les deux indices nO et nl soient inférieurs à l'indice du guide au moins dans la partie. de la couche de cristal liquide située au voisinage' immédiat,de l'interrace et sur une épaisseur suffisante pour permettre la réflexion totale des rayons circulant dans le guide, et au moins un autre état pour lequel l'indice de réfraction extraordinaire n'e est supérieur à l'indice ne qu'il présente dans l'état précédent, suffisamment haut pour permettre à des rayons circulant angle guide de passer d'un régime de réflexion totale à un régime de réfraction par la couche de cristal liquide, état également caractérisé en ce que la couche présente un indice élevé vis-à-vis des rayons circulant dans le guide sur une portion suffisante du trajet du rayon réfracté pour permettre à une fraction significative de la lumière d'être réfractée et de traverser cette couche et plus particulièrement caractérisé en ce que cet indice est élevé sur la totalité du trajet.

Les couches nématiques présentent plusieurs configurations classiques et connues, caractérisées d'une part par l'orientation du directeur des molécules åe cristal liquide par les surfaces (conditions d'ancrage) de la cellule ou couche.

La configuration homéotrope : les molécules sont alignées perpendiculairement aux surfaces et parallèles entre elles.

La configuration plana ire : les molécules sont orientées parallèlement aux surfaces et parallèlement entre elles.

Des configurations intermédiaires, caractérisées par un "angle de tilt", angle que fait ici le directeur des molécules avec la surface.

Les conditions d'ancrage peuvent également être caractérisees par la force de l'ancrage, ou énergie de surface associée à l'orientation des molécules sur la surface. Celles-ci peuvent être fortement ancrées.

Leur orientation est alors fixe dans une large zone de contraintes.

Elle peut être faible la direction de l'ancrage pouvant alors être aisément modifiée pour adopter une configuration intermédiaire (angle de tilt), par un champ électrique ou magnétique faible, une contrainte mécanique, etc...

Classiquement l'énergie d'ancrage 'obéit à une lsi de type Rapini
Papoular
k
F = --- sin
2L 6 angle de tilt, k constante élastique, L longueur caractéristique.

L est de l'ordre de 0,1 microns pour un ancrage fort, de l'ordre du micron pour un encrage faible.

La couche de cristal liquide est de plus caractérisée par les configurations respectives des deux surfaces d'ancrage qui la délimitent, et par la configuration des contraintes accumulées ou non dans la couche.

On distingue principalement - la géométrie parallèle : alignements planaires parallèles ou antîparallèles des deux surfaces åélimitant la cellule, ou couche les molécules de nématique s'alignant parallèlement.

- La géométrie "twist" ou en hélice : l'ancrage est planaire sur les deux surfaces mais les directeurs se croisent, généralement à angle droit. Les molécules de nématique adoptent alors une configuration en hélice dans la couche.

- La configuration homéotrope : les deux surfaces présentent un ancrage perpendiculaire, les molécules sont alignées perpendiculairement aux surfaces dans le sein du cristal liquide.

- Les configurations mixtes noméotropes / planaire. Les molécules se répartissent dans le sein de la souche de façon à se raccorder à ces conditions limites.

De manière préférentielle, mais non exclusive pour. la réalisation des dispositifs suivant l'invention on pourra utiliser des géométries présentant, sur la face de la couche assurant la réflexion de la lumière, un ancrage planaire, ou planaire a faible angle de tilt.

Les dispositifs électrooptiques actuels utilisant les cristaux liquides nématiques fonctionnent principalement sur le principe de la réorientation des molécules dans le volume de la cellule, avec conditions aux limites fixées sous l'action d'un champ électrique.

Suivant le sens de leur anisotropie diélectrique, les molécules s'orientent dans le sens du champ ou parallèlement à celui-ci, et brisent l'orientation initiale des molécules dans la cellule, et de ce fait leur action sur un faisceau lumineux qui les traverse. Une autre classe de dispositifs utilisant un effet d'ancrage bistable (deux positions d'ancrage stables) des molécules aux parois ont été décrits.

Ils permettent de modifier l'orientation des molécules dans le sein de la cellule par une modification des conditions d'ancrage sous l'effet d'un champ et de mécanises appropriés.

D'une maniere générale, on pourra agir sur une cellule de cristal liquide par action d'un champ sur les molécules au sein de la cellule (effet de volume) ou par action d'un champ sur les molécules ancrées aux parois : effets de surface.

Les forces de surface ont été décrites. Les forces de volume obéissent à des équations du type

angle que fait le directeur avec la normale aux plans délimitant les faces de la couche.

De manière préférentielle, pour les dispositifs suivant l'invention, on utilisera des effets de surface.

Lorsqu'une cellule de cristal liquide nématique caractérisée par ses conditions d'ancrage et ses paramètres géométriques, est soumise à l'action d'un champ électrique normal à ces faces planes et parallèles, les molécules qu'elle contient s'alignent suivant une direction privilégiée, et s'orientent en fonction de ces conditions limites d' ancrage.

Les conditions limites d'ancrage et le champ provoquent la formation de zones de transition entre les orientations en volume, dont l'orientation est gouvernée par le champ, et les conditions de surface, dont l'orientation est gouvernée par les conditions d'ancrage. Classiquement, on que les variations de l'orientation du directeur parallèlement à la couche de nématique varient comme

<tb> <SEP> 6z= <SEP> = <SEP> t9exp <SEP> (-2 <SEP> / <SEP> }g), <SEP> ou <SEP> t <SEP> est <SEP> une <SEP> /
<tb> longueur <SEP> caractéristique <SEP> J <SEP> = <SEP> (1/E)
<tb>
On trouvera plus d'information sur ce comportement dans le document suivant : (Dynamics or surface anchoring breaking in a nematic liquides crystal, A. Gharbi, F,R. Fehih, G. Durand, liquid crystals 1992, vol 12, n 3, p 515, - 520).

Ces épaisseurs sont suffisantes pour permettre à une couche d'indice de réfraction extraordinaire ne donné de réfléchir substantiellement la lumière circllan: dans le guide sous faible incidence.

Pour le cas particulier d'un ancrage planaire et d'un champ perpendiculaire aux aces de la cellule ou couche de cristal liquide, provoquant l.1alignement du directeur des molécules dans la direction de ce champ,. les conditions d'ancrage restent inchangées, jusqu'à l'application d'un champ suffisamment fort, champ pour lequel se produit un arrachement de la molécule, ainsi qu'un basculement complet de celle-ci dans la direction priviliégiée par le champ.

On obtient dans ces conditions, un état présentant deux états de stabilité, qui sont actifs très différemment vis-à-vis des rayons circulant dans le guide, en particulier lorsque la direction principale de propagation de ces derniers est parallèle ou substantiellement parallèle au directeur des molécules ancrées sur les surfaces et présentant un seuil de basculement permettant leur commande aisée par multiplexage, par exemple.

En particulier, afin de rendre ce basculement rapide, on réalisera des conditions d'ancrage aux parois fortes, naturellement associées à des seuils élevés, ceux-ci étant associés à des souches limites minces donc basculant rapidement.

De manière préférentielle, on travaillera en couche mixte homéotrope/planaire avec des molécules de CL présentant une anisotropie diélectrique positive, et des champs perpendiculaires aux parois des cellules ou couches.

La face réfléchissante vis-à-vis de la lumière circulant dans le guide sera la face dont l'ancrage es. planaire. La lumière sera véhiculée de préférence parallèlement à la direction du directeur des molécules.

On, fera en sorte que les conditions et l'énergie d'ancrage soient telles que la longueur de cohérence de, la déformation limite au voisinage de la surface près du champ seuil soient suffisantes pour conduire substantiellement la lumière circulant dans le guide.

De préférence, ces conditions d'ancrage seront réalisées par dépôt d'un film de SiO extrèmement mince, 50 Angstrom par exemple, déposé sous vide sous incidence oblique (60 à 70 par rapport à la normale aux plaques). Voir à ce sujet : M. Monkade, M. Boix, G. Durand,
Europhys. Letters, 5 (8), pp 697-702 (1988), afin d'éviter les phénomènes de réflexion totale sur cette couche, et l'apparition d

Pour l'ensemble des variantes décrites dans cette demande, on pourra diviser les électrodes à la surface du guide portant la couche à bas indice de réfraction électrocommandable en une série de sections pour permettre une comutation indépendante des différentes parties de ladite couche.

De manière générale encore, lesdits 'dispositifs pourront être adressés par multiplexage, ligne par. ligne successivement et ensemble de colonne simultanément pour 'chaque ligne, les lignes étant prises de préférence perpendiculaires à la direction principale de propagation du flux lumineux.

De préférence encore, on adressera l'écran en balayage, ligne par liane ou groupes de lignes par groupes de lignes, une seule ligne ou groupe de lignes étant actif a la fois, le balayage pouvant avoir lieu dans le sens de propagation du flux lumineux, en sens inverse, etc...

De préférence, toutes les autres lignes ou groupes de lignes sont normalement dans un état réflecteur et non réfractif. Le balayage est rendu nécessaire du fait d'une caractéristique essentielle du guide, qui est la consommation de la lumière qui y circule par les pixels activés : en effet, la lumière se perd au cours de son parcours et de sa consommation par les pixels activés, rendant très difficile l'obtention à'un signal de qualité uniforme sur un écran activé en chacun de ses points.

Le niveau de gris de5éléments électrocommandables, par exemple sous forme de pixels arrangés en matrice ligne/colonne seront dans ce cas obtenus de préférence par une modulation temporelle de l'état réfractif du pixel considéré.

On pourra aisément obtenir une image colorée en répartissant sur chaque ligne des pixels,, colorés par des filtres rouges, bleus et verts, individuellement activables.

Le dispositif suivant l'invention comprendra les éléments suivants - une lame ou couche de matière transparente d'indice n, ou guide optique.

- En connexion optique avec l'une de ses faces, une couche d'un matériau ilectrooptioue dont les indices de réfraction ordinaire et extraordinaire sont respectivement inférieur et supérieur à celui du guide.

- Un dispositif électrique de commande, qui peut être constitué d'électroaes transparentes d'oxyde d'indium et d'étain par exemple et qui seront de préférence placées de manière à enserrer au mieux la couche active de matière électrooptique, pouvant prendre la forme d'électrodes de multiplexage ligne - colonne classique.

- d'éventuelles couches isolantes permettent de protéger les matériaux actifs (cristaux liquides).

- un dispositif d'alimentation lumineuse de l'ensemble, pouvant etre constitué d'une source lumineuse focalisée et d'un faisceau de fibres optiques la démultipliant le long de la tranche du guide, en y faisant pénétrer la lumière sous un angle détermine.

De préférence, on réalisera l'arrangement suivant autour du guide - le guide optique en verre d'indice adéquat, n = 1,45 à n = 1,7 par exemple.

- une couche d'oxyde conducteur de 300 à 1000 A environ déposée sur ie guide, assurant le rôle d'éiectrode, gravée suivant un motif adéquat (lignes par exemple) permettant la commande individuelle des pixels.

- éventuellement une couche d'alignement (polyamide, polyimide frotté, etc...) des cristaux liquides.

- la couche de matériaux éiectrooptiques, cristaux liquides par exemple.

- une seconde plaque ou couche de matériau transparent portant l'élément réémetteur de lumière, portant de plus du côté de la couche electrooptique la succession d'éléments suivants - des calles d'épaisseur permettant de contrôler l'épaisseur de la couche de cristaux liquides.

- une couche d'alignement.

- une couche d'isolement électrique éventuellement.

- une contre électrode d'lTO par exemple, gravée suivant un motif adéquat (coionnes par exemple) - les éléments réémetteurs de lumière définissant les pixels.

De préférence, I'ensemble des couches intermédiaires entre le guide proprement dit et le matériau électrooptique et la deuxième plaque portant l'élément réémetteur de lumière seront constitués de matériaux dont l'indice de réfraction est égal ou supérieur à celui du guide.

Avantageusement, on placera les électrodes hors du parcours du rayon lumineux conduit par le guide, du fait de leur absorbance en général non négligeable dans le visible.

Suivant une autre voie de réalisation, on utilisera la transition de phase isotrope nématique électriquement induite. Cette transition s'accompagne d'un ordonnancement très puissant des molécules dans une direction privilégiée par le champ et donc d'une variation d'indice de réfraction élevée (ne). Au voisinage du point de transition en phase isotrope, cet effet se traduit par un effet Kerr fort.

Ces deux variantes peuvent être utilisées pour la réalisation des dispositifs suivant l'invention. On verra en particulier : I.

Lelidis, M. Nobili, G. Durand, Physical review E, Vol 48, NC 5 pp, 3818-3821.

Suivant une autre voie de réalisation de l'invention, on utilisera une configuration en phase cholestérique ( Ata0), ou nématique tisté chiralement (STN) avec ancrage planaire.

L'ancrage pourra être réalisé - planaire et parallèle, fort, sur chaque paroi de la cellule, la direction d'ancrage étant de préférence parallèle à la direction de propagation du flux lumineux.

Dans un tel cas, on à enroulement de la direction du directeur n des molécules autour d'un grand axe perpendiculaire au plan des cellules, avec un pas pO , et donc succession de plans ou pseudo plans caractérisés par un indice de réfraction variable vis-à-vis de rayon lumineux circulant dans le guide. Ce rayon lumineux pourra donc se réfléchir sur les plans présentant un indice de réfraction intérieur à celui du guide.

Afin de fairé basculer cet état réflecteur dans un état réfractif vis-à-vis des rayons circulant dans le guide, on appliquera au pixel un champ transversal, parallèle aux faces de la cellule, et parallèle à la direction d'alignement planaire des faces, à l'aide d'électrodes convenablement disposées de manière à délimiter des pixels .dans la couche. Cette disposition pourra en particulier être celle de deux L en losange portés à un potentiel différent, réalisés en fond de couche électrooptique sur la paroi de cellule opposée à celle du guide, à l'aide des deux séries d'électrode ligne-colonne arborées séparées par une couche isolante.

Alternativement, on pourra réaliser une structure symétrique sur l'autre face de la cellule, à la verticale de la précédente et identiquement adressée, afin d'améliorer la répartition du champ dans l'épaisseur de la cellule.

Le champ ainsi créé devra être dirigé suivant la direction de propagation des rayons lumineux. Les électrodes se présenteront donc de biais < 450), vis-à-vis de cette direction de propaqation.

Le phénomène utilisé revient à une transition de phase électriquement induite entre une phase de type cholestériqué et une phase nématique. La rapidité de cette transition de phase, qui présente un seuil de commande en champ très raide, est liée au pas d'enroulement de l'hélice. Pour de hautes rapidités, on choisira un pas petit.

La transition retour nématique-cholestérique doit étre induite, soit par un champ, soit par des dopants (molécules chirales par ex.).

Claims (1)

REvENDICATIONS

1. Dispositif de répartition de lumière mobile utilisant le principe des guides optiques plans, caractérisé en ce que l'on fait pénétrer de la lumière par la tranche d'un guide conducteur de lumière constitué d'un matériau transparent, caractérisé également en ce que ce guide présente en contact optique avec l'une ou l'autre de ses faces une couche d'un matériau secondaire électrooptique, acoustooptique ou photo réfractif dont l'indice de réfraction peut varier vis-à-vis du rayon lumineux circulant dans le guide, ou d'une partie des radiations -électromagnétiques constituant ce rayon, sous l'effet d'une perturbation électrique, magnétique, acoustique ou lumineuse, et comportant un moyen pour effectuer.cette perturbation, caractérisé enfin en ce que l'indice de réfraction du guide se trouve dans la zone de variation possible de l'indice de réfraction de la couche de matériau secondaire sous l'effet dudit moyen et présente de ce fait un seuil optique commandable permettant de choisir entre un état de la couche de matériau secondaire assurant la réflexion totale des rayons conduits par le guide et la~réfraction de tout ou partie de ceux-ci dans la couche de matériau secondaire.