<Desc/Clms Page number 1>
Ecrans directifs.
Cette invention se rapporte à des écrans de transmission directifs perfectionnés du type habituellement appelé écrans "lenticulaires", c'est-à-dire des écrans où la redirection de la lumière est effectuée par de petits éléments sur la surface, présentan.t la forme de lentilles, de prismes, de cylindres et autres formes analogues.
Les écrans de transmission du type employé jusqu'ici dans la projection de la télévision tels que les écrans en verre dépoli et les écrans perlés présentaient un certain nombre d'in- convénients. Premièrement, il se produit dans ces écrans une chute graduelle de l'éclat de l'écran entre des points de l'axe principal du champ de vision et des points sur les bords du champ., de telle sorte que non seulement l'espace de vision est limité de façon indésirable, mais encore la lumière réfractée en dehors de cet espace est perdue.
En outre, en dehors de cette
<Desc/Clms Page number 2>
réduction de l'espace exploré, par suite du manque d'éclat de l'écran, la perte de lumière est accrue par la réfraction d'une proportion appréciable de la lumière qui frappe ces écrans, même au-delà de l'étalement en largeur que permet la déformation de perspective admise. D'autre part, lés écrans de ce genre ne sont pas adaptés à la forme particulière de la salle d'audition.
On a proposé d'employer des écrans sur lesquels sont aménagés des éléments réfractaires affectant la. forme de prismes ou de portions cylindriques de sections transversales circulaires.
Lorsqu'il est nécessaire d'avoir un grand angle de diffusion, par exemple un angle de 90 , et particulièrement là où le demi- angle du projecteur conjugué est également grand, ces éléments réfractaires ne sont toutefois pas satisfaisants car l'intensité de la lumière réfractée par ces éléments tombe très rapidement en même temps que l'angle de déviation. Si l'on emploie un écran lenticulé au moyen de lenticulations cylindriques de section circulaire, l'angle efficace de diffusion maximum est de l'ordre de 40 .
On a aussi proposé dans la construction d'écrans à len- ticulations cylindriques de section circulaire, d'établir les lenticulations en deux séries, les lenticulations de chaque sé- rie étant toutes parallèles et les deux séries étant perpendicu- laires entre elles. De cette manière la lumière peut être diffu- sée dans deux plans perpendiculaires.
Si la lumière incidente traverse la masse de la matière dont est fait l'écran avant de frapper la surface déviatrice, l'angle de déviation maximum est alors limité par l'existence d'une réflexion totale qui est une fonction de l'indice réfractif de la matière de l'écran. Cette production de réflexion totale à la surface de la matière , réduit l'effet de contraste de l'image sur l'écran par des inter-réflexions entre les surfaces ?d'écran.
<Desc/Clms Page number 3>
L'un des buts de l'invention est de procurer un écran de transmission directif susceptible de diffuser la lumière qui le frappe suivant un, angle très ouvert. Un autre but est d'établir un tel écran de transmission directif qui dirige pour ainsi dire la totalité de la lumière qui le frappe avec une égale intensité en tous les points à l'intérieur de l'espace exploré.
Un autre but encore est de procurer un écran de transmission di- rectif qui puisse être construit facilement et qui distribue la lumière qui le frappe sur un espace exploré prédéterminé, assu- rant ainsi le maximum d'éclat de l'écran et l'effet de contraste maximum de l'image projetée.
Suivant la présente invention on atteint ces buts en établissant un écran de transmission directif lenticulé, entiè- rement ou partiellement pourvu de lenticulations cylindriques parallèles qui peuvent être soit concaves soit convexes vers la lumière incidente, caractérisé en ce que ces lenticulations sont disposées sur la face de l'écran tournée vers la.
lumière inci- dente et présentent un contour sous forme d'une courbe, par exemple une parabole, dont le degré de variation de l'inclinaison passant du sommet à la base de la courbe - cette inclinaison étant représentée par l'angle que fait une tangente à la courbe avec une normale au plan de l'écran - diminue rapidement d'abord et plus légèrement ensuite, jusqu'à ce que la partie finale se rapproche d'une ligne droite, et dont l'inclinaison à la base n'est pas inférieure à l'angle maximum que fait la lumière inci- dente avec la normale au plan de l'écran.
Au nombre des courbes qui entrent dans le cadre de cette invention se trouvent la parabole et l'hyperbole. L'équation de la courbe nécessaire peut être calculée pr une série d'approxima- tions à tout degré d'exactitude voulu, par les procédés connus dans ce domaine, tels qu'un diagramme vectoriel lorsque les ca- ractéristiques de distribution et les conditions d'incidence re- ' quises sont données.
<Desc/Clms Page number 4>
Lorsqu'on emploie des écrans de vision, l'étalement de lumière nécessaire dans un champ est habituellement plus grand que celui nécessaire dans un autre. Par exemple, lorsqu'on em- ploie un pareil écran dans une salle de spectacle, l'étalement nécessaire dans le champ horizontal dépasse celui nécessaire dans le champ vertical, la forme de l'espace rempli par la lumière étant celle d'une pyramide rectangulaire. Dans de tels cas les lenticulations suivant la présente invention seront employées pour étaler la lumière dans le champ où l'angle maximum d'étale- ment est requis. Comme ceci est habituellement nécessaire dans le champ horizontal, les lenticulations suivant la présente in- vention seront de préférence employées verticalement.
Un étale- ment suffisant dans le champ vertical, par exemple 40 , est . normalement obtenu par des lenticulations horizontales présentant le contour d'une partie d'un cylindre circulaire et il n'est pas non plus nécessaire habituellement que ces lenticulations soient tournées vers la lumière incidente, vu que l'angle d'étalement nécessaire, relativement petit, peut être obtenu sans difficul- tés provenant de la reflexion interne. La lenticulation suivant l'invention peut être employée sur les deux faces de l'écran si on le désire, mais il faut avoir soin d'éviter une perte du con- traste de l'image, due à la réflexion interne.
Les écrans suivant cette invention peuvent, par conséquent, comporter deux séries d'éléments réfracteurs parallèles, sensi- blement perpendiculaires entre eux mais sur des faces différen- tes de l'écran. Un pareil écran peut consister en une feuille, ou deux feuilles, dont chacune présente une surface plane et une surface lenticulaire, dont les surfaces planes sont conti- gués.
Dans l'un ou l'autre cas, l'épaisseur totale de la ou des feuilles est de préférence inférieure à la longueur du foyer du projecteur conjugué pour qu'il n'y ait pas de perte de défini- /tion. -
<Desc/Clms Page number 5>
Lorsqu'il est nécessaire d'avoir un grand angle d'étale- ment, égal dans les deux sens, il sera évidemment nécessaire de disposer les deux séries de lenticulations vers la lumière in- cidente, et de donner de préférence à toutes deux le contour des lenticulations suivant cette invention.
Pour obtenir ce résultat, il est nécessaire de composer l'écran de deux feuilles, pourvues chacune sur une face de lenticulations cylindriques, les deux séries de lenticulations étant perpendiculaires entre elles et les deux feuilles étant maintenues intimement ensemble, de telle manière que les surfaces lenticulées soient approximati- vement parallèles. Il n'est normalement pas désirable d'établir deux séries de lenticulations cylindriques sur une face d'un écran de manière qu'elles soient indépendantes des lenticulations de son autre face, car dans ces conditions toute la lumière n'est pas affectée par les deux séries de lenticulations.
Bien que l'invention ait été décrite dans son applica- tion à des écrans présentant deux séries de lenticulations, on comprendra que toute combinaison de surfaces dépolies ou lenti- culées cylindriquement peut être employée conjointement avec les lenticulations suivant cette invention pour la production des écrans.
Le type préféré d'écrans suivant cette invention consis- te en une feuille unique de matière transparente dont la face tournée vers la lumière incidente est munie d'une série d'élé- ments réfracteurs verticaux à axes parallèles, chacun de ces éléments présentant un contour comme celui décrit ci-dessus, et dont l'autre face comporte une série de lenticulations cy- lindriques parallèles horizontales de section circulaire.
Comme les conditions d'incidence varient uniformément d'un bout à l'autre de l'écran, il est préférable que le contour et/ou la. disposition des éléments de l'écran varient aussi de telle manière que les caractéristiques de la distribution restent. sensiblement constantes. Ceci peut être réalisé de différentes
<Desc/Clms Page number 6>
manières, par exemple: (1) On peut modifier la pente de l'axe de l'élément en cintrant l'écran dans on ensemble suivant une courbe prédéter- minée. La pente de la courbe de l'écran se rapproche d'un cer- cle à long rayon. Plus exactement, la pente de la courbe de l'écran se rapproche d'un cercle de rayon égal à la-distance à vol d'oiseau du projecteur.
(2) L'inclinaison du contour de la lenticulation pro- prement dite, par rapport au plan de l'écran, peut varier pro- gressivement du centre aux bords de l'écran. Ceci est réalisé pendant la fabrication de l'écran, par exemple, lors de l'exécu- tion des moules lorsque les écrans doivent être obtenus par moulage.
(3) La profondeur de la partie courbée de l'élément et l'écartement entre les éléments adjacents peuvent varier progres- sivement du centre aux bords de l'écran.
(4) On peut employer une combinaison appropriée des procédés ci-dessus exposés. Comme les lenticulations ne doivent pas altérer la netteté de l'image projetée sur les écrans sui- vant cette invention, les lenticulations doivent être établies sur une échelle suffisamment faible. Par exemple, lorsque les écrans doivent être employés pour la projection de la télévision, il faudra différents éléments réfracteurs pour chaque point de l'image de la télévision. Des écrans de ce type destinés à être vus à une distance de 6 pieds (1,80 m) approximativement portent de préférence environ 100 lenticulations par pouce (0,025 m) de lenticulation tant verticale qu'horizontale.
Tout espace de vision peut être couvert par l'emploi des écrans préférés suivant cette invention, une série d'élé- ments réfracteurs produisant l'étalement dans un plan et la seconde série dans un plan approximativement perpendiculaire au premier. Les jeux d'éléments peuvent être disposés de manière à donner un espace de vision de n'importe quelle section, par @ exemple, rectangulaire ou circulaire.
<Desc/Clms Page number 7>
Toute matière transparente peut être utilisée dans la fabrication des écrans suivant l'invention, mais pour la facilité de la fabrication les matières plastiques comme le polyméthyl- méthacrylate, le polystyrène, le polythène et le chlorure de polyvinyle sont préférables.
Les écrans sont préparés dans les meilleures conditions par moulage sous pression, ou par coulée entre des moules de contour approprié, en employant de préférence des moules en métal. Le moulage de matières thermoplastiques est de préféren- ce exécuté par emboutissage d'une feuille de matière, qui a d'a- bord été ramollie par la chaleur, dans un moule chaud. On a trou- vé que pour obtenir un moulage satisfaisant la température de la feuille thermostatique est habituellement beaucoup plus critique que la pression employée pendant l'opération de repoussage, et qu'au-dessus d'une certaine valeur minimum, la pression réelle est sans importance.
Par exemple, une feuille de "Perspex" peut être avantageusement moulée en chauffant la feuille à 130 C appro- ximativement et en l'emboutissant dans un moule métallique chauffé à une température de 90 C approximativement, sous une pression de 1 tonne par pouce carré ou davantage.
On peut exécuter les moules en usinant le contour com- plémentaire de l'écran directement dans un métal approprié, par exemple de l'acier doux ou du bronze, au moyen d'outils exacte- ment profilés. Suivant une variante, on peut les exécuter en usinant le contour désiré sur une plaque de cire au moyen d'ou- tils exactement profilés, et en formant le moule nécessaire par galvanoplastie d'un métal approprié, par exemple, le chrome.
Les écrans qui sont trop grands pour être moulés conve- nablement au moyen d'une seule feuille de matière, par exemple les écrans cinématographiques, peuvent être fabriqués en assem- blant entre elles un certain nombre de feuilles moulées ou cou- lées séparément.
<Desc/Clms Page number 8>
Si on le désire, par exemple lorsqu'il est fait usage de projecteurs à faible ouverture, on peut introduire un élément diffuseur dans l'écran pour masquer la diffraction. Cet élément peut avoir la forme d'une mince feuille séparée de matière diffu- sante, par exemple une feuille de chlorure de polyvinyle, ou bien une matière diffusante peut être introduite dans la matière dont est fait l'écran, par exemple du polystyrène introduit dans un sirop de méthylméthacrylate avant la polymérisation.
L'exemple suivant est donné pour illustrer le mode de détermination du contour des éléments réfracteurs pour obtenir un grand angle d'étalement horizontal, mais ne limite pas l'in- vention.
EXEMPLE
Un écran de 15 pouces de large sur 12 pouces de haut, donnant 90 d'angle de vision d'étalement horizontale, devait être fourni pour un projecteur dont la moitié de l'angle de champ était de 15 .
Les valeurs dx ont été déterminées par un diagramme vec- dy toriel de manière que l'étalement résultant pour la lumière nor- malement incidente soit uniforme et ces valeurs ont été données pour des valeurs estimées de y. Les constantes ont été calculées par une série d'approximations. On a constaté que la courbe se rapprochait intimement d'une parabole et les constantes ont été obtenues d'emblée avec une exactitude suffisante.
L'équation de la courbe qui, pour une lumière incidente frappantnormalement le plan de l'écran a donné une répartition uniforme dans l'espace de vision et aussi un étalement suffisant au bord de l'écran, déterminé par la valeur de dx/dy lorsque y = 1.0 (y unités =1/2 largeur de l'élément) était: . dy x = - 0,8741 y2 - 0,4719 y4 + 0,411 y6 - 0,1622 y8.
D'une manière semblable le contour idéal pour tout angle d'incidence (jusqu'à 15 dans le cas de l'exemple ci-dessus) peut être déterminé, de même que la variation nécessaire du contour par
<Desc/Clms Page number 9>
rapport à celui de l'incidence normale admise, par l'un des procédés indiqués ci-dessus.
Les dessins annexés, qui ne sont pas à l'échelle, illus- trent l'exemple et l'invention, sans limiter celle-ci.
Fig.l montre la disposition d'un projecteur 1 et d'un écran lenticulaire 2, comme décrit dans l'exemple. L'image formée par le projecteur est mise au point sur l'écran qui transmet toute la lumière (en négligeant les faibles pertes par réflexion) et la redirige de telle façon que dans l'espace de vision limité par des angles de 45 ,de part et d'autre de l'axe, la répartition angulaire est sensiblement uniforme.
Fig.2 est une vue à plus grande échelle de la section transversale de l'écran montrant la forme générale des lenticu- les. Un faisceau parallèle uniforme de lumière incidente frappant normalement la lenticule 3 est représenté comme divergeant de l'autre surface 4 de l'écran sous forme d'un cône de lumière uni- forme d'un demi-angle de 50 . On peut supposer que la lumière est un faisceau parallèle de rayons, pour les besoins de la. représen- tation et des calculs.
Fig.3 est un diagramme polaire montrant la répartition de l'éclat relatif d'un écran suivant cette invention. Dans ce diagramme, l'éclat sous différents angles de visée est propor- tionnel au rayon vecteur de la courbe XY. Ainsi, l'écran appa- rait avec un éclat uniforme lorsqu'on le regarde suivant un angle quelconque entre les limites de + 50 et est obscur à l'extérieur de cet angle.
Fig. 4 est un diagramme similaire donné à titre de compa- raison pour un écran à lenticules cylindriques de section pure- ment circulaire. Ainsi qu'on peut le voir, la répartition de l'éclat est loin d'être idéale, car à des angles supérieurs à 30 l'éclat est réduit à un niveau sans utilité et même à 30 l'éclat , n'est que d'environ le quart de l'éclat normal de l'écran.