Brevet FR2018681A1 — publié le 19700626

La présente invention concerne des systèmes à prismes pour séparer la lumière blanche en trois couleurs. Le système à prismes conforme à l'invention est essentiellement caractérisé par-le fait qu'il comprend deux prismes droits ayant chacun une hypoténuse et deux faces latérales, les deux prismes étant montés de façon que l'hypoténuse de l'un des prismes se situe sur l'hypoténuse de llautre prisme, un diviseur optique ayant une sensibilité spectrale déterminée, disposé entre les hypoténuses, un revêtement dichroque ayant une sensibilité spectrale prédéterminée disposé sur une face latérale de l'un des prismes, et trois filtres absorbant de sensibilité spectrale différente et dont l'un est situé dans le voisinage de ladite couche dichroSque alors que les deux autres sont disposés respectivement dans le voisinage des faces latérales desdits prismes,- voisines de la couche dichrotque, la réalisation étant telle qu'un faisceau lumineux qui pénètre dans le dispositif par la quatrième face latérale est divisé en trois faisceaux monochromatique. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté schématiquement au dessin annexé différentes formes d'exécution de l'objet de l'invention. La figure 1 est une coupe transversale-d'un système à prismes conforme à l'invention et pourvu d'un seul revêtement dichrotque La figure 2 est une coupe transversale d'une-variante du dispositif, comportant deux couches dichroiques. Dans la figure 1, le système à prismes conforme à la présente invention comprend deux prismes droits 11,- 12, un diviseur optique 13, un revêtement dichroSque 14 et des filtres absorbant 15, 16 et 17. Le prisme 11 comporte-une face hypoténuse et deux faces latérales 18, 19, et le prisme 12 a une face hypoténuse et deux faces latérales-21, 22. Les autres faces des prismes 11, 12, c'est-à-dire les faces extrêmes qui sont situées dans des plans parallèles au plan de la figure, ne sont pas représentées. Les prismes 11, 12 sont collés entre/le long de portions superposées de leurs faces hypoténuses, de manière à maintenir en place entre les prismes Il et 12 le diviseur optique 13. Le diviseur optique 13 qui est formé par une pellicule mince d'un matériau diélectrique ayant des propriétés semiréflé chissantes, est déposé sur lune des faces hypoténuses, et le revêtement dichroSque est situé sur la face latérale 20 du prisme 12. Le revêtement dichroSque 14 a une sensibilité spectrale qui lui permet de réfleéchir la lumière verte et de transmettre toutes les autres, couleurs de la lumière. Les filtres absorbant 15', 16 et 17 sont des filtres à bandes passantes étroites et ces filtres laissent passer respectivement uniquement la lumière rouge, la lumière bleue et la lumière verte, absorbant tputes les autres couleurs de la lumière, Lorsqu'un faisceau de lumière blanche penetre dans le système, normalement à la face 18 du prisme 11, il est transmis au diviseur optique 13 qui divise le faisceau incident en deux faisceaux de lumière blanche dont l'un est transmis en direction du revêtement 14 et dont l'autre est réfléchi en direction de la face 19 du prisme 11. Le composant vert du faisceau lumineux blanc est réfléchi par le revêtement dichroique 14, et les autres composants de la lumière blanche sont transmis au filtre 15 qui empêche la trans- mission de toutes les couleurs, à l'exception de la couleur roux. Ainsi, la lumière rouge du faisceau incident de lumière blanche est obtenue par le filtre 15. La lumière verte réfléchie par le revêtement 14 est en partie transmise et en partie réfléchie par le diviseur optique 13, le faisceau réfléchi étant transmis par la face 21 du prisme 12 et par le filtre 17 ; le faisceau transmis sort du système par la face 18. La lumière bleue est sélectionnée à l'aide du filtre 16 à partir de l'autre faisceau lumineux blanc qui est réfléchi par le diviseur optique 13 en direction de la face 19 du prisme 11. De la manière qui vient d'être décrite, on séparc, d'un faisceau incident de lumière blanche, les trois couleurs fondamentales. Dans la forme de réalisation décrite, l'intensité de la lumière verte obtenue est à peu près égale à la moitié de celle des lumières rouge et bleue que l'on obtient (en supposant que le diviseur optique 13 transmet 50tO de la lumière reçue et en réfléchit 50%), mais on peut compenser cela par des moyens extérieurs au système. Par exemple,-pour des applications en télévision, la sensibilité effective de la caméra peut être rendue supérieure pour la lumière verte que pour l'une ou l'autre des deux autres couleurs rouge et bleue. Suivant une variante, le revêtement dichroeque 14 est déposé sur un substrat en verre qui est scellé à la face du prisme, et les filtres 15, 16 et 17 sont scellés aux faces des prismes ou au substrat de verre, selon le cas. Dans la forme de réalisation représentée dans la figure 2, on a montré les prismes 11 et 12 comportant les faces latérales 18, 19, 20, 21, le diviseur optique 13 et les trois filtres absorbant 15, 16 et 17, mais il convient de noter que le filtre 15 est associé à la face 21 alors que le filtre 17 est associé à la face 20. Les faces 20 et 19 sont chacune pourvue d'un revêtement dichrotque identique, désigné respectivement par les références 14 et 14A, lesdits revêtements dichroîques ayant une sensibilité spectrale qui leur permet de réfléchir la lumière rouge et de transmettre les autres couleurs de la lumière. Lorsqu'un faisceau incident de lumière blanche pénètre dans le système par la face 18, il est scindé-en deux faisceaux de lumière blanche par le diviseur optique 13. Le faisceau réfléchi de lumière blanche est filtré, d'abord par le revêtement dichroïque 14A et ensuite par le filtre absorbant 16 pour fournir une lumière bleue, en provenance de la face 19) et en raison de l'existence du revêtement 14A ; la lumière rouge est réfléchie en direction du diviseur optique où il est partiellement transmis pour fournir une lumière rouge sortant de la face 21 et où il est partiellement réfléchi pour quitter le système par la face 18. Le faisceau de lumière blanche transmis par le diviseur optique 13 est également filtré5 d'abord par le reS8tenent di chrotque 14 et ensuite par le filtre absorbant 17 pour fournir une lumière verte sortant par la face 20, et en raison de l'existence du revêtement dichroSque 14, la lumière rouge est réfléchie en direction du diviseur optique 13 où elle est partiellement réfléchie vers le filtre absorbant t5 et partiellement transmise pour quitter le système par la face 18. Ainsi, on a séparé d'un faisceau incident de lumière blanche les trois couleurs fondamentales. Il convient de noter que dans cette forme d t exécution deux faisceaux de lumière rouge sont superposés pour obtenir un seul faisceau émergeant rouge, et afin d'être certain que ces deux faisceaux de lumière rouge sont en phase entre eux, le chemin optique traversé par les faisceaux doivent être identiques tant en ce qui concerne la longueur que la direction. Cela veut dire que la longueur de la trajectoire entre les points d'incidence sur le diviseur optique 13 et le revêtement dichroSque 14A doit etre égale à la longueur de trajectoire entre les points d'incidence sur le diviseur optique 13 et le revêtement 14, et que les revêtements 14, 14A doivent faire entre eux un angle précis de 900 et se situer suivant un angle précis de 45" par rapport au diviseur optique 13. Ceci peut être réalisé dans le cas où les revêtements 14, 14A ne sont pas montés sur les prismes 11, 12, à l'aide de dispositifs de réglage. Différentes variantes peuvent être conçues par exemple à partir du système représenté dans la figure 2, dans laquelle on peut intervertir les filtres 16 et 17 pour que la lumière verte soit obtenue à partir de la face 19 et la. lumière bleue à partir de la face 20, ou bien encore les revêtements 14, 14A peuvent avoir une sensibilité spectrale telle qu'ils réfléchissent soit la lumière bleue soit la lumière verte et dans ce cas la lumière bleue ou la lumière verte sera obtenue å la sortie de la face 21 et la lumière rouge et verte ou rouge et bleue sera obtenue t la sorte des faces 19, 20, les filtres 15, 16 et 17 étant associés avec les surfaces appropriées pour fournir finalement les couleurs voulues. Le système à prismes suivant la présente invention est compact et de construction simple. Bien qu'il ait une trans- mission de l'ordre de 60% par rapport aux systèmes connus à prismes multiples ou à réflecteurs multiples, il peut, en raison de sa compacité, être utilisé sans dispositif intermédiaire pour reconformer l'image. L'augmentation de l'ouverture par rapport aux systèmes classiques représente une augmentation d'une valeur du diaphragme. Par rapport au système représenté dans la figure 2, le dispositif représenté dans la figure 1 évite la nécessité de superposer deux faisceaux pour fouinir à la sortie une seule couleur, et de ce fait le dispositif de la figure 1 permet une construction plus simple en ce sens que les prismes 11, 12 ntont pas besoin dvavoir toutes leurs dimensions identiques,- et il n'est pas non plus besoin, dans le cas où le revêtement dichroïque n'est pas monté directement sur le prisme, de prévoir -un dispositif de réglage pour aligner le revêtement avec le prisme. R E V É N D I C A T I o N S 1 -Dispositif à prismes, comprenant deux prismes droits présentant chacun une face hypoténuse et deux faces latérales et montés de façon que la face hypoténuse de l'un des prismes se situe sur la face hypoténuse de l'autre prisme un diviseur optique ayant une sensibilité spectrale prédérminée, située entre les faces hypoténuses, un revêtement dichroique de sensibilité spectrale prédérminée situe du côté de l'une des faces latérales de l'un des prismes, et trois filtres absorbant ayant des sensibilités spectraldes différentes et dont l'un est situé dans le voisinage dudit revêtement dichroique et les deux autres, respectivement dans le voisinage des faces latérales desdits prismes, qui sont voisines du revêtement dichroique, l'agencement étant tel qu'un faisceau de lumière pénétrant dans le système par la quatrième face latérale est divisé en trois faisceaux nonochromatiques. 2]- Dispositif à prismes suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un second revêtement dichroique ayant la même sensibilité spectrale que le dit premiert revêtement dichroique, ledit second revêtement dichroique étant situé sur l'une des faces latérales voisines, située entre le prisme et le filtre absorbant córrespcndant. 30 Dispositif à prismes suivant la revendication 2, dans laquel u moins l'un des revêtements dichrotques est un revêtement apposé sur la face du prisme. 4 -Dispositif à prismes suivant la revendication 3, dans lequel au moins un revêtement dichroique est réalisé sur un substrat de transmission qui est scellé à la face du prisme. 50 = Dispositif à prismes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel au moins l'un des filtres absorbant est scellé à la face correspondante du prisme ou au revêtement dichroique correspondant, suivant le cas. 6 -Dispositif à prismes suivant l'une quelconque des revendications 1 ss 4, dans lequel les filtres absorbant ne sont pas fixés aux prismes