Brevet FR2081781A1 — publié le 19711210

Actuellement on obtient les meilleures images de télévision lumineuses en projetant sur un écran de visualisation la lumière modulée par une valve de lumière ou relais optique pour représenter un sujet. Une telle valve de lumière ou relais 5 optique peut être constitué par un film ou pellicule réfléchissant la lumière, à faces multiples, qui est utilisé dans un système de projection optique strioscopique. On peut utiliser, dans un tel système, deux montages généraux. Dans l'un de ces montages on utilise une lentille unique pour assurer 1 (3a forction 10 de collimation de la lumière venant d'une source qui est dirigée sur le film portant le sujet, lequel est déformé à un faible degré en des quantités différentes pour dévier par réflexion les rayons lumineux incidents de façon à représenter le sujet et (2) la fonction de projeter la lumière réfléchie vers l'écran 15 de visualisation. Dans un tel montage on place un diaphragme au point focal de la lentille de façon à empêcher que l'un quelconque des rayons lumineux réfléchi et non dévié reçu du film portant le sujet, n'atteigne l'écran de visualisation. Bien que, dans ce montage, les rayons lumineux réfléchis principaux 20 sont sensiblement perpendiculaires au plan principal de la lentille • et à l'écran et que la définition de l'image projetée soit satisfaisante, le contraste de l'image tend à diminuer de façon indésirable par l'effet' de la lumière indésirable ou parasite qui est réfléchie en direction de l'écran par la lentille unique 25 servant à la fois de collimateur et de projecteur. Dans l'autre montage antérieur on utilise des- lentilles de collimation et de projection séparées- Dans ce type de montage les faisceaux lumineux collimaté et projeté sont nécessairement orientés selon certains angles par rapport à la surface réfléchis-30 santé qui est déformée pour représenter le sujet. Bien qu'un tel montage puisse donner une image projetée ayant un contraste relativement élevé, c'est un montage dans lequel le champ d'image s'écarte de façon indésirable de la perpendicularité par rapport à l'axe du faisceau lumineux ce qui pcdxLt une erreur 35 de profondeur de champ. Une telle erreur se manifeste par l'impossibilité de projeter, sur l'écran, une image dont toutes les parties sont au point. C'est ainsi par exemple que de tels 71 06102 2 2081781 systèmes peuvent être réglés ûs telle façon qu'une bande centrale de l'image projetée soit au point sur l'écran .de visualisation mais les parties supérieure et inférieure de l'image ne sont pas au point. Par conséquent, l'obligation 5 simultanée d'avoir une image satisfaisante de la source lumineuse sur le diaphragme strioseopique et d'avoir, sur l'écran de visualisation, une image projetée qui soit de bonne qualité (c'est-à-dire ayant de faibles aberrations), ne peut être obtenue que pour des ouvertures optiques relativement faibles et 10 par conséquent l'image projetée a une brillance trop faible pour donner satisfaction. L'utilisation d'ouverturesoptiques/relativement importantes dans un système à deux lentilles provoque une déviation, par rapport à la direction orthogonale, des rayons lumineux 15 réfléchis sur l'écran ce qui entraîne une distorsion de l'image due à l'inclinaison excessive sur l'axe et une dégradation que varie de • la résolution de l'image projetée. Jusqu'ici on a adopté différentes mesures pour tempérer, jusqu'à un certain degré, l'un de ces défauts ou les deux à la fois. Un expédient a consisté 20 à introduire une prédistorsion des dimensions de l'image à projeter de façon à compenser la distorsion attendue due à l'inclinaison excessive. Une telle solution exige des modifications -. du circuit qui non seulement augmentent le coût de l'équipement mais entraînent égaletnarfc d'autres dégradations d'image non désirées. 25 Une autre technique qui a été utilisée consiste à effectuer la compensation au moyen d'un prisme à combinaison de fibres optiques. Un tel appareil est nécessairement très compliqué et incommode, outre qu'il est coûteux. Un troisième dispositif de compensation qui a été suggérés et celui qui est décrit par le 30 brevet délivré aux Etats-Unis d'Amérique sous le S0 3 249 004 qui comporte deux blocs ou éléments de verre situés sur la trajectoire des rayons lumineux projetés'et dont la fonction est de donner une compensation approximative de la profondeur, .de champ. Bon seulement la compensation donnée par un tel moyen est 35 trop grossière pour le degré relativement élevé de résolution qui est nécessaire pour la projection d'imagesde télévision de bonne qualité,mais il peut apparaître également des lignes non 71 06102 3 2081781 désirables, produites par la jonction d'un "bloc ou élément avec l'autre, ces lignes apparaissant dans l'image projetée sur l'écran de visualisation. la présente invention a pour objet de prévoir des moyens simples 5 et peu coûteux pour obtenir une correction de la profondeur de champ dans un système de projection optique non centré qui n'entraînent pas les inconvénients-des compensateurs de l'art antérieur du type décrit précédemment, ces moyens étant en outre sensiblement achromatiques. 10 la présente invention a pour objet un dispositif optique incorporant le concept général d'une correction de profondeur de champ décrit dans une demande de brevet déposée sous le ÎT° 71 06104 du 23 Février 1971 et ayant pour titre: "Dispositif optique pour rendre orthogonal le champ d'image d'un objectif de projection ou 15 analogue". Dans ce dispositif la correction de profondeur de champ est obtenue en appliquant le concept général qui consiste à placer un prisme sur le trajet de la lumière réfléchie venant du sujet, l'application particulière envisagée, dans la demande de brevet précitée, de ce concept général, consiste à placer un prisme au 20 voisinage immédiat du plan principal de la lentille formant objectif de projection de façon à n'affecter sensiblement que la. lumière réfléchie par le sujet. Pour une illumination monochromatique du sujet réfléchissant, un prisme simple, relativement peu coûteux, placé au voisinage de la lentille de projection, fonctionne de 25 façon satisfaisante. Pour une illumination du sujet au moyen d'une lumière polydaromatique telle que la lumière blanche, la demande de brevet susmentionnée enseigne que le prisme situé au voisinage de la lentille de projection doit être capable de corriger les erreurs chromatiques. Un tel prisme est nécessairement complexe et par 30 conséquent coûteux, le système de projection optique non centré ou désaxé conforme à la présente invention et selon les. enseignements de la demande de brevet précitée, comporte des moyens pour diriger, selon un certain angle, un faisceau de lumière blanche non modulée, collimatée, sur "une surface réfléchissante sur laquelle le sujet 35 est enregistré, une image dudit sujet étant produite sur un écran de visualisation par des moyens de projection dont le plan principal est sensiblement parallèle à l'écran et qui reçoivent la lumière modulée par le sujet, réfléchie sous un certain angle par la surface portant le sujet, le système de projection comporte 71 06102 4 2081781 également un prisme situé au voisinage immédiat de la surface portant le sujet, de sorte que ledit prisme se trouve à la fois sur le trajet du faisceau lumineux modulé et collimaté et du faisceau lumineux réfléchi et modulé par le sujet, 5 ledit prisme ayant une configuration telle, un indice de réfraction tel et une orientation telle par rapport à la surface porteuse du sujet rééle qu'il rend la surface porteuse-dû sujet virtuelle parallèle, et la lumière qu'elle réfléchit orthogonale,au plan principal des moyens de projection ei^a 10 1' ésrati de visualisation et permettant en outre de diminuer toute dispersion chromatique- de la lumière réfléchie de façon à obtenir une résolution satisfaisante de l'image du sujet projeté sur l'écran. L'invention peut être mise en oeuvre, dans un but illustratif, 15 bien qu'elle ne soit pas nécessairement limitée à cela, dans un système de projection de type strioscopique dans lequel la lumière blanche collimatée est dirigée," par des moyens comportant une lentille collimatrice, vers une surface réfléchissante sur laquelle le sujet est enregistré 20 sous forme de déformations de la surface. La lumière modulée par le sujet réfléchi par la surface déformable est dirigée, par une lentille de projection, vers l'écran de visualisation et le prisme d'orthogonalisation et de correction de profondeur de champ est monté suffisamment près de la surface réfléchissante 25 porteuse du sujet pour que toute dispersion chromatique pouvant être produite par ledit prisme soit si faible que la résolution de l'image projetée ne soit pas affectée de façon néfaste dans une mesure appréciable. L'invention sera mieux comprise,et son mode de fonctionnement 30 apparaîtra plus clairement, en se référant à la description détaillée qui suit d'.un mode de réalisation donné à titre illustratif en se référant aux dessinsannexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un 35 type de système de projection d'image dans lequel on peut utiliser le dispositif selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle, à échelle agrandie^ 71 06102 5 2081781 d'une électrode du système de la figure 1 sur laquelle peut être enregistré le sujet dont l'image doit être projetée. -la figure 3 est une représentation schématique du fonctionnement du système optique selon l'invention; 5 -la figure 4 est une représentation schématique, à échelle agrandie, du fonctionnement du système optique selon 1'invention pour les rayons colorés composants typiques de la lumière blanche utilisée dans le système, montrant la très faible dispersion chromatique que tend à introduire le prisme 10 d'orthogonalisatbn. La figure 1 montre un type général de système de formation d'image et de projection dans lequel l'invention peut être utilisée. Dans ce cas le sujet, représentant l'image à projeter, est formé sur une électrode- aibLe 11, réfléchissant- la 15 lumière»d'un tube à rayons cathodiques 12, par un faisceau d'électrons vidéo modulé' produit'par un canon 13 et dévié'sur l'électrode cjble par des moyens comportant une bobine de déviation 14 alimentée de façon connue pour balayer une trame de l'électrode 11. La lumière blanche venant d'une source 15 est 20 dirigée, par des moyens comportant une lentille collimatrice 16, vers la surface de l'électrode cible 11 >en faisait un certain angle par rapport à cette surface, et par laquelle elle est réfléchie sous forme représentative d'image et dirigée, par des moyens comportant une. lentille de projection 17, vers un écran 25 de visualisation 18. Le système de projection d'image particulier représenté pour illustrer l'invention est du type strioscopique comportant un diaphragme ou analogue 19 placé sensiblement au foyer de la lentille de projection 17. TJn prisme 21 d'orthogonalisation et de correction de profondeur 30 de champ est monté au voisinage immédiat de l'électrode cible 11 en avant de la plaque frontale du tube à rayons cathodiques 12 de façon à se trouver à la fois sur le trajet de la lumière collimatée et sur le trajet de la lumière modulée par le sujet, réfléchie par l'électrode cible. 35 L'électrode..cable 11 du tube à rayons cathodiques 12 constitue de façon effective une partie d'une valve de lumière ou relais optique du "type décrit dans une demande de brevet déposée aux 71 06102 6 2081781 Ifcats -IMs d'Amérique sous le H°861592 1s 29 Septembre' 1969 erb syarjt peur titre : "Intelligence-HandJirg De vice Hasnog Means for Trimitmg 3i4uoe Slecfcx>3-tatic Polmtial" comme représenté à la figure 2. l'élsetro- cible 11 conporfce essentiellement un substrat isolant 22 tel que du verre 5 (qui- peut avantageusement être constitué par la plaque frontale du tube à rayons cathodiques) sur une surface plane duquel se trouve une pluralité de conducteurs de supportage 23 qui sont reliés électriquement les uns aux autres (non représenté), l'espace compris entre deux conducteurs adjacents correspond aux 10 dimensions d'une aire élémentaire du sujet qui doit être enregistrée de façon effective.sur 1'électrode.•les conducteurs 23 supportent, en le maintenant à une certaine distance du substrat 22, un film métallique 24 réfléchissant la lumière, électrostatiquement déformable et normalement plat, ce film 15 pouvant être fait d'alliage de métaux tels que le nickel, le cuivre ou l'aluminium par- exemple, le film 24 est suffisamment fin pour être perméable au faisceau d'électrons 25 de telle sorte qu'-il puisse se former une image ou modèle de charges électriques 26 sur le substrat isolant 22, l'image ou modèle 20 particulier formé étant déterminé _par l'intensité de la modulation du faisceau d'électrons par le signâL vidéo, le potentiel électrostatique ainsi produit entre le film 24 et le substrat 22 provoque une déformation locale d'une aire élémentaire 27 du film 24. Une aire élémentaire 28 du film 24 25 derrière laquelle il ne se produit pas de charges électriques sur le substrat isolant 22 reste plane et non déformée. En se référant.à nouveau à la figure 1, toute lumière qui est réfléchie par une aire élémentaire non déformée du film métallique 24 de 1'électro-cible 11 du tube à rayons cathodiques 30 12 est interceptée par le diaphragme strioscopique 19 et par conséquent n'atteint pas l'écran 18, ce qui produit un point sombre ou noir en cette partie de l'image, projetée dont le positionnement correspond à celui de la partie non déformée du film de 1'électro-cible. Une partie au moins de la lumière 35 qui est réfléchie par l'aire déformée du film de l'électrode cependant n'est pas interceptée par le diaphragme 19 et par conséquent atteint l'écran 18 donnant une lumière dont 71 06102 7 2081781 l'intensité dépend du degré de déformation du film à l'endroit de l'image projetée qui correspond au positionnement de l'aire déformée du film dans le sujet enregistré. Plus le faisceau d'électrons est intense en une aire élémentaire donnée du film 5 plus la déformation dudit film est importante et plus important est la quantité de lumièrg'Venant de la source 15 qui est réfléchie vers l'écran 18. On peut, de cette façon, projeter sur l'écran de visualisation 18 une reproduction du sujet enregistré sur l'électrode-cible 11 du tube à rayons cathodiques 12. Comme il 10 a été indiqué précédemment une telle reproduction est cependant sujette à des inconvénients tels qu'une brillance ou luminosité trop faible, une distorsion due à un angle d'inclinaison excessif et autres inconvénients semblables à moins que l'on prenne des précautions, tel que l'emploi du prisme 21, pour compenser 15 la non perpendiculaàté nécessaire des rayons lumineux réfléchis relativement au plan principal de la lentille de projection 17. la représentation schématique à la figure 3 des axes optiques du "système conforme à l'invention montre la façon selon laquelle fonctionne le prisme 21 pour donner la correction de 20 profondeur de champ désirée. Sur cette figure, Ifes lentilles 16 et 17 de la figure 1 sont représentées comme ayant des plansprincipaux 16a et 17a respectivement et des axes optiques 29 et 30. L'axe optique 29 de la lentille collimatrice 16 est celui selon lequel la lumière blanche non modulée venant de la source 15 pénètre 25 par la surface frontale 31 du prisme 21, duquel elle émerge, après réfraction, par sa surface postérieure 32 en suivant la ligne axiale 29a. la lumière modulée par le sujet et réfléchi-par le film de cible 24 suit la ligne axiale 30a et pénètre dans le prisme 21 par sa surface postérieure 32 pour émerger par sa 30 surface frontale 31 » après réfraction, le long de l'axe optique 30 de la lentille de projection 17. la lumière modulée par le sujet est ainsi dirigée sensiblement perpendiculairement au plan principal 17a de la lentille de projection et perpendiculairement à l'écran 18 comme si elle avait été réfléchie par une surface 35 de film^cdlie apparente sur un prolongement de l'axe optique 30 se trouvant derrière la surface de prisme 31 et perpendiculaire à ce prolongement. Dans un mode de réalisation de l'invention 71 06102 8 2081781 utilisé avec succès, le prisme 21 avait une forme trapézoïdale son angle au sommet Y. ayant une valeur de 15 degrés environ tandis que l'angle JOA entre les axes optiques 29 et 30 avait, une valeur de 30 degrés approximativement. Dans le 5 système de correction de profondeur de champ selon l'invention cependant la lumière blanche modulée par le suj et dirigée selon l'axe optique 30 de la lentille de projection 17 est soumise à une légère dispersion chromatique dûe au prisme d1orthogonalisation 21 . 10 La figure 4 montre une telle dispersion chromatique et la façon permettant de la réduire de jàçon telle, en plaçant le prisme 21 au voisinage immédiat du film réfléchissant 24, qu'il n'en résulte pratiquement aucun effet néfaste sur la résolution de l'image projetée sur l'écran de visualisation 18. Dans la 15 description qui suit les composants rouge et bleu des rayons typiques de la lumière blanche collimatée dirigée en direction du prisme et du film sont considérés comme représentant les extrémités opposées du spectre de lumière blanche visible. Les rayons composants rouge et bleu 33 et 34 respectivement 20 qui sont sensiblement parallèles lorsqu'ils arrivent sur la surface frontale 31 du prisme 21 émergent de la sirface postérieure 32 du prisme sous forme de composants rouge et bleu 33a et 34a et convergent en un même point 35&u film 24 en raison du fait que la réfraction par le prisme est moindre pour le rayon composant 25 rouge 33 que pour le rayon composant bleu 34-Les composants réfléchis rouge et bleu 33b et 34b émergent de la surface frontale 31 du prisme 21 sous forme de rayons composants divergents rouge et bleu 33c et 34c respectivement en raison de la dispersion chromatique du prisme pour de tels rayons ayant 30 . des longueurs d'ondes différentes. En prolongeant les trajectoires des rayons composants rouge et bleu 33c et 34c vers l'arrière en direction du film réfléchissant 24 sous forme de rayons composants imaginaires 33d et 34d. °n voit que ces rayons convergent virtuellement en un point 36 35 qui se trouve dans la surface postérieure 32 du prisme 21 au voisinage immédiat de cette surface. Deux autres rayons composants rouge et bleu 37 et 38 qui rencontrent la surface frontale 31 du 71 06102 9 2081781 prisme 21 émergent de la surface postérieure 32 en donnant les rayons composants 37a et 38a et convergent en un point 39 sur le film 24 à partir duquel ils sont réfléchis selon 37b et 38b et émergent de la surface frontale 31 du prisme selon les 5 rayons composants divergents rouge et bleu 37c et 38c respectivement. En prolongeant vers l'arrière, en direction du film 24, ces deux rayons composants divergents sous forme de rayons composants virtuels 37d et 38d, on voit que la convergence virtuelle se fait en un point 41 extérieur au prisme 21 et voisin 10 de sa surface postérieure 32. Les deux points 36 et 41 définissent de façon effective, le plan 42 de "divergence chromatique" du prisme à partir duquel les rayons composants de toute les couleurs émergeant de la surface frontale du prisme 21 paraissent diverger. L'importance d'une telle divergence 15 dépend de la couleur (c'est-à-dire de la longueur d'onde ) du rayon composant, les rayons composants rouge et bleu décrits représentant la divergence maximale-que l'on rencontre dans la pratique. Il est évident, en-Prenant en considération la figure 4, que le plan de divergence chromatique 42 et par 20 conséquent le prisme 21,doivent se trouver aussi près que possible du film 24 afin de ramener à un degré négligeable tous les défauts chromatiques de l'image projetée dus à la dispersion chromatique produite par le prisme 21. Bien que le but principal recherché lorsque l'on place le .25 prisme 21 au voisinage de la surface 24 porteuse du sujet soit d'effectuer la correction de profondeur de champ désirée en rendant la lumière modulée par le sujet perpendiculaire à la lentille de projection 17, ceci avec une dispersion chromatique négligeable, on a constaté qu'une telle disposition 30 du prisme améliore également la résolution de l'image projetée sur l'écran de visualisation 18. On obtient la meilleure résolution d'image en orientant le prisme 21 de telle façon que sa surface postérieure 32 soit sensiblement parallèle à la surface porteuse du sujet 24. Une telle orientation peut 35 - cependant entraîner une certaine.perte de contraste de l'image projetée due à des réflexions non désirées mais on peut diminuer cet effet en plaçant le prisme 21 de telle façon que sa 71 06102 10 2081781 surface postérieure 32 fasse un angle faible (par exemple 2 ou 3 degrés) par rapport à la surface 24 porteuse du sujet, Le fait de placer le prisme 21 au voisinage immédiat de la surface 24 porteuse du sujet conformément à la présente invention permet 5 d'utilisé^ pour le prisme,des matières simples, faciles à obtenir et relativement peu coûteuses telles que la lucite. le crown ordinaire ou matériaux identiques ayant un indice de réfraction de 1,5 environ, bien que de telles matières ont des constantes de dispersion chromatiques relativement élevées. 10 La présente invention est applicable à tout système de projection optique non centré,mais lorsqu'il est utilisé avec une valve de lumière du type tube à rayons cathodiquesr tel que cëLui représenté aux figures 1 et 2, le prisme 21 peut être avantageusement scellé à la plaque frontale du tube, particulière-15 ment lorsque ladite plaque frontale sert de substrat de la valve de lumière. On obtient de cette façon un positionnement suffisamment proche du plan 42 de divergence chromatique (figure 4) du prisme- relativement au film porteur d1 image 24 pour réduire encore toute dispersion chromatique jusqu'à une valeur 20 absolue minimale. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrit et représenté qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Eh particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalénts techniques des moyens décrits 25 ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 71 06102 n 2081781 REVENDICATIONS 1Dispositif optique pour projeter une image d'un sujet, ledit système réfléchissant un faisceau de lumière polychromatique sensiblement collimaté vers un dispositif de projection et sur un écran de visualisation, caractérisé en ce que le sujet (24) 5 a un positionnement autre qu'un positionnement perpendiculaire à l'axe (30) du dispositif de projection (17, 19) et à l'écran (18) et en ce qu'il comporte un élément réfracteur (21) d'épaisseur variable mais présentant une dispersion chromatique qui intercepte la lumière venant du sujet (24) psur la rendre 10 orthogonale (c'est-à-dire la faire se propager le long de l'axe) avant la projection, ledit élément (21) étant disposé également pour intercepter le faisceau collimaté incident illuminant le sujet (24), ledit élément (21) ayant en outre une configuration telle, un indice de réfraction tel et une 15 orientation par rapport au sujet "teUe que la lumière qui en est issie est orthogonalisée-d'une façon moins dispersiv^ pour des longueurs d'ondes différentes. . 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément réfracteur (21) est tel qu'il présente un plan 20 de dispersion chromatique (42) situé au voisinage de sa surface postérieure (32) voisine dudit sujet (24). 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le sujet (24) est un enregistrement par déformation sélective de certaines-aires élémentaires (27) d'un 25 film réflecteur (24) et en ce que le dispositif de projection précité est du type strioscopique comportant une lentille de projection (17) et un diaphragme (19) situé en son foyer. 4.- Dispositif selon la revendication 3> caractérisé en ce que le film réfléchissant précité est constitué par une feuille 30 métallique mince maintenue par des supports (23) disposés à une certaine distance d'un substrat isolant (22) et constituant un élément d'une valve de lumière. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valve de lumière précitée comporte un tube à rayons cathodi- 55 ques (12) muni d'une plaque frontale transparente formant ledit 71 06102 12 2081781 substrat et situé au voisinage de ladite feuille déformable (24), constituant ainsi une électrode-cible pour les électrons. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce 5 que l'élément réfracteur (21) est un prisme, par exemple trapézoïdal et qui est scellé à ladite plaque frontale. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface postérieure (32) de l'organe réfracteur précité (21) qui est voisine du sujet (24) n'est 10 inclinée que d'un angle faible (par exemple 2 ou- 3 degrés) par rapport au plan du sujet.