Brevet FR2370291A1 — publié le 19780602

La présente invention concerne une lentille de condenseur pour projecteur de service avec des zones de révolution de constitutions différentes Les lentilles de condenseur servent de façon connue dans des projecteurs) par exemple des projecteurs de diapositives; des épiscopes et des projecteurs de services etdans des appareils agrandisseurs pour augmenter le coefficient d'efficacité lumineuse de l'éclai- rage par concentration sévère et orientation de la lumière. En d'autres termes, les lentilles de condenseur doivent collecter le flux lumineux (la plupart du temps en association avec un miroir concave au-delè de la source lumineuse) issu de la source lumineuse sous un angle solide important (la plupart du temps demi sphere ou sphère complete) et le faire passer au travers de diaphragmes relative ment étroits selon le trajet de la projection avec des pertes aussi faibles que possible. Les lentilles de condenseur connues jusqu'S présent pour des projecteurs de service ou projecteurs verticaux qui sont utilisés pour souligner visuellement les paroles d'un présentateur par projection simultanée du texte écrit par celui ci 2 par exemple des fo-rmules, ne peuvent strie satisfaisantes parce qu'elles n'assurent pas un éclairage uniforme du champ de l'image ou une répartition uniforme de l'éclairement (répartition de luminosité) sur l'écran de projection (dans le plan image).En effet, toutes les partes du modèle d projeter devraient autre discernables sans gêne spéciale, notamment dans des- locaux relativement clairs, afin que les auditeurs puissent prendre des notes (par e2Ì1pl5 amphithéâtres). Avec les lentilles de condenseur utilises normale ment dans les proJecteurs de service et qui sont par exemple des lentilles sphériques plan-convexes, on obtient au bord de l'écran de projection un maximum de 50 % seulement de l'éclairement maximal du centre de l'écran 14me avec des condenseurs sphériques spéciaux, ce rapport est difficile à améliorer ; en effet, la grosse chute d'éclairement vers les bords est due à la perte importante de lumière vers les bords de la lentille de rresnel. Des condenseurs asphériques, comme ceux qui pro- duisent un certain éclairage plus uniforme dans les projecteurs de diapositives; ne peuvent pas être placés dans les projecteurs de service parce qu'ils possèdent une focale trop courte et qu'ils concentrent si fortement la lumière que les bords de la surface utile du projecteur de service ne sont absolument plus éclairés. Des condenseurs asphériques à longue focale n'apportent pas non plus d'améliorations sensibles de l'éclairage parce qu'à cause de leur longue focale, leur surface est analogue à celle d'un condenseur sphérique. Pour obtenir cependant un éclairement plus uniforme de l'image, on a déjà signalé des projecteurs de service spéciaux (voir prospectus "Proki 1004't) qui n'atteignent qu'un éclairage d'environ 70 /0$ c'est-à-dire que l'éclairement au bord de l'écran de projection représente 70 7. de l'éclairement au centre de l'écran, bien qu'ils soient très motteux et construitssous la forme de ce qu'on appelle des appareils à deux chambres dans lesquels on maintient a une valeur très élevée la distance entre la source lumineuse d'une part et une lentille de Fresnel d'autre part, audessus de laquelle se trouve directement une glace servant de support au modèle à projeter.Cela signifie que la distance focale de la lentille de Presnel est très grande. Les rayons marginaux tombent donc sur la lentille de Fresnel sous un angle notablement plus petit par rapport à l'axe optique, et la pente des différentes axones de la lentille sur les bords peut Autre maintenue beaucoup plus petite. Par suite, il se produit dans la lentille beaucoup moins de réflexions gênantes et les pertes de lumière peuvent ttre maintenues plus faibles. Toutefois, les différents projecteurs de service à deux chambres préaentent les inconvénients suivants a) Pour obtenir cette grande distance entre la source lumineuse et la lentille de Presnel, la lumière provenant de la source doit > à aide d'un miroir coûteux qui est réglé avec précisions venir d'une première chambre et être déviée dans une deuxième chambre sur la lentille de Fresnel. b) En outre, les dimensions sont visiblement plus importantes que dans les projecteurs de service à une seule chambre. c) Par ailleurs, de nouveaux projecteurs de service indépendants ne peuvent pas autre montés ultérieurement sur un système à deux chambres Par suite, un but de l'invention est de fournir une lentille de condenseur qui, malgré un montage relativement simple3 permette un éclairage très uniforme du champ de l'imagea c'est-à-dire une répartition uniforme de l'éclairement pouvant meme entre meilleure que dans les projecteurs de service à deux chambres, et puisse mme être montée dans des projecteurs indépendants, surtout des projecteurs de service à une chambre, pour améliorer l'éclairage, à la place de la lentille de condenseur existante, Le moyen selon l'invention d'atteindre ce but consiste en ce qu'il existe une zone centrale divergente et au moins une zone convergente tellesque la répartition radiale de l'éclairement soit aussi uniforme que possible dans le plain image. il est donc essentiel qu'au contraire des lentilles de condenseur habituelles, notamment des lentilles asphériques, la lentille de condenseur de l'invention ne soit pas exclusivement convergente, mais présente également des zones de révolution dans lesquelles la lentille est divergente ou éventuellement n'exerce absolument aucune influence sur la marche des rayons. Ainsi, au moment où ils quittent la lentille du conden seur, les rayons lumineux sont, par rapport au rayonnement incident, déviés vers l'extérieur au centre de la lentille et vers l'intérieur sur les bords de la lentille. De cette façon, l'éclairement peut etre abaissé au centre de l'image et relevé sur les bords. La lumière est ainsi transférée du centre de l'image vers le bord de celle-ci. Si l'on réalise la lentille du condenseur de façon que le côté tourné vers la source lumineuse comporte l'effet divergent au centre, la source peut Autre approchée davantage de la lentille que dans les condenseurs utilisés jusqu'à présent et, en meme temps, l'effet convergent est augmenté sur les bords de la lentille. Ainsi, l'angle solide (q sur la figure 2) issu de la source lumineuse (3 sur la figure 2) et s'appuyant sur le bord de la lentille peut entre augmenté et par conséquent le flux lumineux utile qu'il contient est augmenté, ce qui augmente au total la luminosité dans le plan de l'image. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'inventison, on obtient une lentille de condenseur facile à fabriquer en gonstituant la méridienne de la surface de la lentille à l'aide d'arcs de parabole. Dans une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, pour adapter de façon optimale à la lentille la répartitiou de l'éclairement de ltécran; répartition complexe dans un projecteur de service, on choisit la pente en chaque point de la méridienne de la surface de la lentille en fonction d'une répartition uniforme de la luminosité dans le plan image. En effets comme la répartition complexe de l'éclairement (relatif) est la somme de plusieurs influences et comme elle est la meme dans la plupart des projecteurs de service, il est avantageux pour une égalisation optimale de cette répartition de l'éclairement, de munir la méridienne de la surface de révolution de la lentille de zones qui condensent plus ou moins la lumière en fonction du rayon.Ainsi, il peut arriver par exemple que la méridienne -de la surface de la lentille présente plusieurs points d'inflexion. La lentille de condenseur de l'invention peut être réalisée en particulier sous la forme d'une lentille de Fresnel (appelée également lentille à échelons), D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se reportant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente le montage de base d'un projecteur de service connu en soi avec la lentille de condenseur de l'invention indiquée seulement de façon schématique ; - la figure 2 représente une méridienne de la lentille du condenseur constitutée de deux arcs de parabole et d'un segment de droite ;; - la figure 3 représente dans la répartition relative E de l'éclairement sur un écran de projection en fonction de la distance radiale d au centre de l'écran, - la figure 4représente une réalisation de la lentille du condenseur avec différentes zones, sous la forme d'une lentille à échelons de Fresnel. Selon la figure 1 qui représente un projecteur de service connu en soi, la lumière produite dans un bottier 1 par une lampe 3 est envoy b l'aide d'un miroir concave 2, d'une lentille de condenseur 43 d'une lentille de Fresnel 5 et d'une vitre 6, qui porte un modèle à projeter (non représenté), sur une tête de projection 7 et, de là, sur un écran de projection non représenté. Une lentille de condenseur selon l'invention, de construction particulièrement simple, est représentée sur la figure 2, la méridienne de la surface de la lentille se composant de deux arcs de parabole, selon les formules suivantes 2 z = ar + z0 oq rX r5 rg r = Rayon z = Coordonnée sur l'axe a, rs, Vl, R, zO = Constantes Le coefficient de (r-r1)2 est choisi.de façon que les deux arcs de parabole aient la m8me pente au point r8, alors que le terme constant dans l'équation du deuxième arc de parabole est choisi de façon que les arcs de parabole aient au point rg la mEme valeur de z. Selon la figure 2, les rayons lumineux S1 et S2 sont rendus plus divergents, par contre les rayons S4, S5 et S6 sont rendus moins. divergents, alors que le rayon S3 n'est pas influencé par la lentille du condenseur (au point de vue angle d'inclinaison). Dès que les rayons lumineux ont quitté la lentille 4, ils arrivent à la lentille de Fresnel 5 etde là dans la tette de projection 7, au travers de la glace 6. De préférence, quand on choisit les dimensions des lentilles, on veille à ce que les rayons S6 les plus extérieurs traversant la lentille parviennent avec certitude au bord le plus extérieur de la lentille de Fresnel. De cette façon, la lentille n'est pas surdimensionnée. Dans le choix des dimensions de la lentille, il est également avantageux que le rayon extérieur R de la lentille soit égal à celui des lentilles de condenseur utilisées jusqu'à présent pour que la lentille de llinVention puisse entre échangée sans difficulté contre les lentilles habituelles. La figure 3 représente la répartition complexe de l'éclairement E sur un écran de projection en fonction de la distance au centre d de l'image projetée. Pour égaliser cet éclairage irrégulier de l'image, la pente de la méridienne K de la surface de la lentille du condenseur est déterminée, selon la figure4, en fonction justement de la répartition de cet éclairement sur l'écran de la figure 3, en un grand nombre de points isolés r. I1 peut en résulter que la lentille de condenseur comporte des zones plus ou moins convergentes, comme sur la figure 4. Sur cette figure, la lettre F désigne le profil radial d'une lentille de Fresnel qui est associée à la méridienne K (profil radial) de la lentille du condenseur. De cette façon, on peut obtenir pour la première fois un éclairage à peu près uniforme malgré une répartition complexe de l'éclairement nécessité par la lentille de Fresnel. Jusqu'à present, ce n'était pas possible, m8me dans les projecteurs de service à deux chambres. Bien entendu diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'etre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Lentille de condenseur pour projecteur de service avec zones de révolution de constitutions différentes, caractérisée en ce qufil existe une zone centrale divergente et au moins une zone conver gente, de façon que la répartition radiale de l'éclairement soit aussi uniforme que possible dans le plan image. 2. Lentille selon la revendication l, caractérisée en ce qu'il existe au moins une zone qui n'est ni divergente, ni convergente. 3. Lentille selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la pente en chaque point de la méridienne de la surface de la lentille est choisie en fonction de la répartition uniforme de la luminosité dans le plan image. 4. Lentille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la méridienne de la lentille z(r) est composée de courbes d'équations z = ar2 + Zo 0# r #rS rS # r # R avec r = rayon, z = ordonnée sur l'axe, a, r8, rl, R, z0 = constantes. 5. Lentille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface de la lentille, côte source, est plane. 6. Lentille selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une lentille de Fresnel. 7. Lentille selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour un projecteur de travail dans lequel on a placé une lentille - de Fresnel immédiatement en dessous de la vitre portant le modèles caractérisée en ce que le rayon extérieur de la lentille du condenseur est choisi de façon que le rayon lumineux le plus extérieur traversant la lentille du condenseur parvienne au bord le plus extérieur de la lentille de Fresnel immédiatement en dessous de la vitre.