FR2895523A1 - Reseau de microlentilles, ecran, retroprojecteur et procede de fabrication correspondants - Google Patents

Abstract

Dans un écran de rétroprojecteur, chaque microlentille (310) d'un réseau de microlentilles (31) est recouverte sur toute sa surface d'au moins une pellicule transparente (311) d'indice optique inférieur à celui de la microlentille et zone noire (312) couvre en partie l'espace compris entre deux microlentilles afin d'améliorer la qualité de l'image projetée.

Description

Réseau de microlentilles, écran, rétroprojecteur et procédé de fabrication

correspondants.

1. Domaine de l'invention.

La présente invention concerne la rétro-projection et plus précisément un réseau de microlentilles pour écran de rétroprojecteur. 2. Etat de l'art. Selon l'état de la technique, un écran transmissif de rétro-projecteur qui diffuse un faisceau projeté vers un spectateur. L'écran comprend notamment un réseau de microlentilles qui permet d'élargir l'angle de vision. Par ailleurs, le réseau de microlentilles permet généralement de limiter les réflexions parasites de lumière ambiante afin d'augmenter le contraste de l'image et la qualité de l'image. Aussi, selon l'état de l'art, tel que divulgué dans le document de brevet US6545813, on met en oeuvre un réseau de microlentilles 1 décrit en regard de la figure 1. Le réseau de microlentilles 1 comprend une face d'entrée transparente supportant des microlentilles cylindriques 11. Entre les microlentilles 11, sur une profondeur A, des éléments noirs 13 forment une matrice noire et absorbent les rayons de lumière ambiante. Une surface totalement réfléchissante 12 (par exemple métallique) est présente entre les éléments noirs 13 et les microlentilles. Ainsi, des rayons d'un faisceau de projection 14 à 16 pénètrent par la face d'entrée 10 dans le réseau 1 et sont soit réfléchis par la surface 12 vers l'extrémité d'une microlentille pour être diffusé vers un spectateur (cas du rayon 16), soit transmis directement par l'extrémité d'une microlentille 11 en fonction de la position du rayon incident vis-à-vis de la microlentille (cas des rayons 14 et 15). Cette technique présente l'inconvénient de ne pas optimiser le contraste d'une image projetée. En effet, un rayon incident 17 de lumière ambiante est réfléchi en grande partie par les extrémités des microlentilles 11. 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 d'améliorer le 35 contraste et la qualité d'une image affichée sur une écran avec réseau de microlentilles.

A cet effet, l'invention propose un réseau de microlentilles, dont chaque microlentille est recouverte sur toute sa surface d'au moins une pellicule transparente d'indice inférieur à celui de la microlentille et en ce qu'une zone noire couvre en partie l'espace compris entre deux microlentilles. Selon une caractéristique particulière, chaque microlentille est recouverte d'une seule pellicule transparente. Selon une autre caractéristique, chaque microlentille est recouverte sur toute sa surface d'une pluralité de pellicules transparentes, l'indice de chaque première pellicule recouvrant une seconde pellicule étant strictement inférieur à l'indice de la seconde pellicule. Préférentiellement, l'épaisseur de la ou des pellicules est supérieure ou égale à 100nm et encore plus préférentiellement à 500nm. Selon une caractéristique avantageuse, la zone noire est une encre. Avantageusement, sa surface utile est supérieure ou égale à 0,27m2. Préférentiellement, la largeur de chaque microlentille est comprise entre 50 m et 250 m.

L'invention concerne également un écran comprenant une lentille de Fresnel et un réseau tel qu'illustré ci-avant selon l'invention. En outre, l'invention concerne un rétroprojecteur comprenant un tel écran et des moyens de projection adapté à transmettre un faisceau d'imagerie vers l'écran.

De plus, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un réseau à microlentilles selon l'invention, le procédé comprenant : - une étape de bain d'un support comprenant les microlentilles dans un matériau d'indice optique inférieur à celui des microlentilles ;et - une étape de dépôt d'un matériau noir couvrant en partie l'espace compris entre deux microlentilles.

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 : û la figure 1 décrit un réseau de micro-lentilles connu en soi ; la figure 2 présente un rétroprojecteur selon un mode particulier de réalisation de l'invention ; les figure s 3 à 5 et 8 illustrent un écran du rétroprojecteur de la figure 2 ; les figure s 6 et 9 présente nt un écran selon des variante s de réalisation de l'invention ; et la figure 7 illustre un procédé de fabrication d'un écran selon les figures 3 à 6. 5. Description détaillée de l'invention. La figure 2 illustre un rétroprojecteur 2 selon un mode particulier de réalisation de l'invention et qui comprend : ù une source d'imagerie 20 (typiquement un imageur éclairé par un faisceau d'illumination ; 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 )). un objectif 21 éclairé par un faisceau d'imagerie 26 produit par la source 20 ; un premier miroir de repli 22 qui replie le faisceau d'imagerie incident 25 issu de l'objectif 21 ; un second miroir de repli 23 qui replie le faisceau incident 25 en provenance du premier miroir de repli 22 ; et un écran de rétroprojection 24 ; et un coffret 27 intégrant la source 20, l'objectif 21 et les miroirs 22 et 23.

Ces éléments 20, 21 à 23 ainsi que leur agencement sont bien connus de l'homme du métier et sont décrits de manière détaillée, par exemple, dans le document de brevet français publié sous le numéro FR2856156 de la société Thomson Licensing SA. L'écran 24 est fixé au coffret 27, le coffret étant ouvert devant l'écran pour ne pas gêner la diffusion d'une image vers un spectateur. La figure 3 illustre une section de l'écran 24, suivant une coupe horizontale.

L'écran 24 comprend : - une lentille de Fresnel 30 ; et - un réseau de microlentilles 31. La lentille de Fresnel 30 permet de rediriger le faisceau 25 vers un spectateur. La lentille 30 comprend une première face plane réfractant le faisceau 25 et une seconde face prismatique redirigeant le faisceau réfracté vers le réseau de microlentilles 31. Ainsi, un rayon 32 du faisceau 25 est réfracté par la lentille 30 suivant une direction sensiblement normale à l'écran 24. Selon des variantes, tout autre moyen optique (par exemple, lentille simple ou lentille de Fresnel avec face d'entrée prismatique) est utilisé à la place de la lentille 30. Le réseau de microlentilles 31 comprend une face d'entrée 313 transparente, d'une épaisseur d, et préférentiellement plane ou comprenant une couche de diffusion qui diffuse la lumière dans une direction verticale de +1- 10 . La face d'entrée 313 supporte des microlentilles 310 qui diffuse la lumière dans une direction horizontale de +1- 35 . Elles s'étendent le long d'une direction verticale z comme illustré sur la vue en perspective de la figure 8. Les microlentilles sont réalisées dans un matériau transparent d'indice optique n1.

Comme illustré en figure 4 représentant une microlentille 310, les microlentilles 310 ont préférentiellement une tête 3110 à section sensiblement cylindrique suivant un plan horizontal xy et comprend des parois inclinées 3111. Chaque paroi inclinée 3111 est tangente à la tête 3110 de la microlentille correspondante, sur la face avant (du coté de la zone de vision) et rejoint une paroi de la microlentille voisine sur la face 31. L'angle cp en deux parois 3111 voisines est préférentiellement compris entre 19 et 32 . Un rayon 40 du faisceau d'imagerie transmis suivant la direction y rencontre la paroi 3111 avec un angle d'incidence 0 strictement supérieur à l'angle d'incidence critique Oc pour être réfléchi vers la tête 3110 (l'angle d'incidence critique étant l'angle d'incidence au delà duquel le faisceau incident est réfracté et non réfléchi). L'angle Oc est égal à asin(n2/nl). Un autre rayon 41 du faisceau d'imagerie est transmis vers la tête 3110 sans être réfléchi par une paroi 3111. Ainsi, le faisceau d'imagerie est diffusé horizontalement suivant un angle de vision élargi. Le rapport de la largeur w d'une microlentille et de la hauteur h des parois 3111 est préférentiellement compris entre 0,9 et 2 (0,9<w/h<2) et encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 1,7 (w/h 1,7). Par ailleurs, la largeur w d'une microlentille est préférentiellement comprise entre 50 m et 250 m pour un écran selon l'invention, ce qui permet d'avoir un écran particulièrement bien adapté à une rétroprojection. Chaque microlentille est recouverte sur toute sa surface d'une pellicule transparente 311 d'indice optique n2 strictement inférieur à n1. La pellicule 311 a préférentiellement une épaisseur supérieure ou égale à deux fois la profondeur de pénétration d'un rayon incident soit (X/2n)/(n12-n22)1/2 , où représente la longueur d'onde maximale ou moyenne du faisceau 25 (on peut choisit une longueur d'onde moyenne égale à 550nm). Ainsi, on minimise les pertes liées à une absorption à environ 2%. Ainsi, avec n1 et n2 valant respectivement 1,49 et 1,41, l'épaisseur e minimale est environ : 2x550/213,141(1,492-1,412) 12 soit 363 nm. En augmentant la différence entre les indices n1 et n2 on peut diminuer l'épaisseur requise. Ainsi, avec n1 et n2 valant respectivement 1,49 et 1,33, l'épaisseur e minimale est égale à environ 260 nm. Préférentiellement, l'épaisseur de la pellicule est supérieure à 200 nm et encore plus préférentiellement à 500 nm. Ainsi, la fabrication du réseau 31 est facilitée et la réflectivité du faisceau incident est améliorée. La présence d'une pellicule d'indice n2 inférieur à n1 permet aux rayons d'être réfléchis sur les parois. En outre, grâce à la pellicule 311 présente sur la tête 3110 des microlentilles, le pouvoir anti-réflexion des microlentilles vis-à-vis de la lumière ambiante est amélioré, les rayons parasites 51 de lumière ambiante sont peu réfléchis (le rayon 52 réfléchi est de faible intensité, voire d'une intensité nulle) par la pellicule 311 comme illustré en figure 5. En effet, plus l'indice de la première surface rencontrée est faible, plus l'écart entre l'indice de l'air et l'indice de cette surface est faible et donc, moins il y a de réflexions parasites. Par ailleurs, entre deux parois 3111 voisines recouvertes de la pellicule 311, un matériau noir 312 absorbe les rayons parasites ambiants. Préférentiellement, ce matériau comble tout l'espace compris entre deux parois 3111 voisines. Selon une variante, la pellicule 311 transparente est recouverte d'une pellicule noire (absorbant les rayons parasites ambiants). Préférentiellement, la zone absorbante couvre toute la hauteur h des parois 3111. Avantageusement, selon des variantes, la zone absorbante ouvre une plus de 80% des parois 3111. Selon d'autres variantes, une surface noire reliant sensiblement les lignes de jonction entre les têtes de deux microlentilles voisines et des parois adjacentes qui se rejoignent, remplace le matériau 312.

Une telle variante, illustrée par la figure 9, peut être mise en oeuvre dans un réseau 9 où l'espace compris entre deux parois 3111 voisines est comblé par le matériau 91 de la pellicule 3110, ce matériau étant recouvert d'une pellicule noire 90.

La figure 6 illustre un réseau de microlentilles 6 selon un autre mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, chaque microlentille est recouverte de plusieurs pellicules (par exemple, 2, 3, 4 ou plus pellicules) transparentes d'indice décroissant de l'intérieur de la microlentille vers l'extérieur et inférieur à l'indice de la microlentille. Ainsi, on augmente l'efficacité des réflexions interne du faisceau d'imagerie et on réduit également les réflexions parasites de lumière ambiante. A titre illustratif, le réseau 6 comprend des microlentilles recouvertes de deux pellicules transparentes 61 et 62 d'indice respectif n20 et n21. La pellicule 61 recouvre la microlentille 310 (similaire à la microlentille 310 du réseau 31 est porte la même référence) d'indice n1, et est elle-même recouverte par la pellicule 62. L'indice n1 est inférieur strictement à l'indice n20 qui est inférieur strictement à l'indice n21. Un matériau noir 312 recouvre la dernière pellicule sur une hauteur sensiblement égale à celle des parois 3111 ou comble l'espace entre deux parois 3111. Selon une variante de l'invention, chaque microlentille est recouverte d'une ou de plusieurs pellicules, une au moins des pellicules étant d'indice variable, l'indice diminuant, en chaque point, suivant une direction opposée et normale à la microlentille au point considéré.

La figure 7 illustre un procédé de fabrication de réseau de micro lentilles. Le procédé comprend une première étape 70 de fabrication du support comprenant la face d'entrée et les microlentilles. Ce support est par exemple réalisation par moulage, extrusion, gravure d'une plaque ou tout autre moyen permettant de réaliser un tel support selon la forme désirée dans le matériau souhaité. Ensuite, au cours d'une étape 71, on dépose la pellicule recouvrant les microlentilles, par exemple, par évaporation sous vide du matériau constituant la pellicule. Préférentiellement, le dépôt de la pellicule est effectué par un bain du support (du coté des microlentilles) dans le matériau (sous forme liquide) de la pellicule puis par solidification. Un bain du support (en verre ou en plastique) est bien adapté à la fabrication de masse de grands écrans dont la taille est supérieure ou égale à 30" ou plus généralement au réseaux de microlentilles qui, selon l'invention, on une taille supérieure ou égale à 0,27 m2 ce qui correspond à la surface utile d'un écran rectangulaire de 30" au format 4/3. Si le réseau comprend plusieurs pellicules ou si on veut augmenter l'épaisseur de la pellicule, l'étape 71 est réitérée autant de fois que nécessaire. Enfin, au cours d'une étape 72, la matrice noire est déposée (par exemple sous forme d'encre liquide remplissant les creux entre les microlentilles puis solidification de l'encre par séchage).

Selon une variante de l'étape 72, une encre noire est déposée sur l'ensemble du réseau du coté des microlentilles, l'encre noire recouvrant la tête des microlentilles étant ensuite ôtée par un procédé quelconque. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits précédemment.

En particulier, la tête des microlentilles n'a pas nécessairement une forme cylindrique mais, a, selon l'invention, une surface permettant la transmission par réfraction d'un faisceau d'imagerie (par exemple, une surface plane, une surface elliptique, ou une surface plus complexe, par exemple composée de plusieurs surfaces simples).

Par ailleurs, les parois des microlentilles ne sont pas nécessairement planes, mais peuvent être courbes et plus généralement, les parois étant recouvertes d'une ou plusieurs pellicules d'indice inférieur, leur forme permet une réflexion totale du faisceau d'imagerie incident vers la tête de la microlentille correspondante.

En outre, l'invention est compatible avec une épaisseur variable de la ou des pellicules recouvrant les microlentilles. De plus, le matériau transparent du support des microlentilles ou de la ou des pellicules le recouvrant. Il peut notamment est en verre ou en matière plastique (par exemple polymère).

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Réseau de microlentilles (9, 31), caractérisé en ce que chaque microlentille (310) est recouverte sur toute sa surface d'au moins une pellicule transparente (311, 61, 62, 3110) d'indice optique inférieur à celui de la microlentille et en ce qu'une zone noire (312, 90) couvre en partie l'espace compris entre deux microlentilles.

2. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque microlentille est recouverte d'une seule pellicule transparente (311).

3. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque microlentille (6) est recouverte sur toute sa surface d'une pluralité de pellicules transparentes (61, 62), l'indice de chaque première pellicule (62) recouvrant une seconde pellicule (61) étant strictement inférieur à l'indice de la seconde pellicule.

4. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la ou d'au moins une desdites pellicules est 20 supérieure ou égale à 100nm.

5. Réseau selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la ou d'au moins une desdites pellicules est supérieure ou égale à 500nm. 25

6. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la zone noire est une encre.

7. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que sa surface utile est supérieure ou égale à 0,27m2.

8. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la largeur de chaque microlentille est comprise entre 50 m et 250 m. 35

9. Ecran (24), caractérisé en ce qu'il comprend une lentille de Fresnel et un réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 30

10. Rétroprojecteur (2), caractérisé en ce qu'il comprend un écran selon la revendication 9, et des moyens de projection adapté à transmettre un faisceau d'imagerie vers ledit écran.

11. Procédé de fabrication d'un réseau à microlentilles selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend : -une étape de bain (71) d'un support comprenant lesdites microlentilles dans un matériau d'indice optique inférieur à celui des microlentilles ;et - une étape de dépôt (72) d'un matériau noir couvrant en partie l'espace compris entre deux microlentilles.