Brevet FR2454638A1 — publié le 19801114

La présente invention a pour objet un diaphragme à ouverture variable pour des instruments optiques tels que caméras et appareils photographiques, notant caméras de télévision. Dans de nombreux instruments optiques, il est nécessaire de faire varier l'intensité lumineuse de l'image. Ceci est notamment le cas pour les objectifs de prise de vues destinés à équiper les appareils photographiques, les caméras cinématographiques, les caméras de télévision.... Cn y parvient généralement en faisant varier le diamètre de la pupille d'entrée. En effet, l'éclairement en chaque point de l'image étant proportionnel à la surface de la section du faisceau lumineux, on fait varier cet éclairement en augmentant ou en diminuant le diamètre desdits faisceaux. Dans d'autres cas, on est amené à faire varier la dimension d'un ou plusieurs diaphragmes dans un système optique pour faire varier la dimension du faisceau dans le but de corriger les aberrations optiques du système. Ceci est particulièrement fréquent dans le cas des systèmes à puissance variable. Dans ce cas, la dimension du ou des diaphragmes doit être variable en fonction de la puissance. Le dispositif couramment employé pour provoquer cet effet est un diaphragme à iris. Ce type de diaphragme est composé de lamelles minces en matière opaque à la lumière, disposées en couronne centrée sur l'axe optique de l'objectif. Le cercle intérieur constitue un trou limitant le passage des rayons lumineux, une extrémité de chacune de ses pales pivotant autour d'un axe situé sur le cercle médian de la couronne. Le pivotement simultané des pales autour de cet axe permet de rapprocher ou d'ecarter du centre de la couronne l'autre extrémité de la pale, provoquant ainsi une augmentation ou une diminution du diamètre du cercle intérieur de la couronne, c'est-à-dire de la dimension du trou limitant les faisceaux lumineux. Ce pivotement est obtenu à l'aide d'une série de rampes taillées dans une bague métallique centrée sur le corps de l'objectif et dans lesquelles s'engage un pion fixé sur chaque pale à l'extremite opposée au pion. La rotation autour de l'axe optique de cette bague permet ainsi de faire varier la dimension du faisceau lumineux. Cependant, les dispositifs de ce genre présentent de noXbL-eux inconvénients, notamment dans le cas très fréquent où le diaphragme doit être asservi à un signal électro-optique, par exemple dans tous les appareils photographiques, de cinéma ou de télévision à réglage automatique de diaphragme ou d'une conr mande à distance, ou asservis à une autre fonction du système optique comme la distance focale d'un objectif à distance focale variable. Ce type de dispositif nécessite un moteur ou un galvanomètre susceptible d'entraîner les pales. Cr, ces organes sont relativement lourds, encombrants et bruyants et consomment une quantité importante d'énergie électrique. Ce dernier point est particulièrement préjudiciable dans le cas des instruments portables où l'alimentation électrique est assurée par une pile ou un accumulateur. De plus, la présence d'un très grand nombre de pièces mécaniques en mouvement entra me la nécessité de révisions fréquentes, par suite de l'usure, une fiabilité faible et des limitations sévères pour l'environnement climatique. La présente invention a donc pour bat de réaliser un dispositif ne présentant pas les inconvénients ci-dessus. Conforméent à l'invention, le diaphragme à ouverture variable pour des instruments optiques tels que caméras et appareils photographiques, est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cellule à cristaux liquides, reliée à une source d'excitation électromagnétique de façon à pouvoir être rendue alternativement opaque ou transparente à la lumière en rétrécissant ou au contraire en élargissant corrélativement l'ouverture du diaphragme. On peut ainsi placer une cellule de géométrie quelconque en bordure d'une ouverture de section miTliinLirn, réalisant de la sorte un diaphragWeà deux positions possibles en fonction de l'état optique de la cellule. Suivant une forme de réalisation, le diaphragme comprend plusieurs cellules à cristaux liquides disposées côte à côte sensiblement dans un même plan, de façon à délimiter entre elles l'ouverture du diaphragme, et ces cellules sont reliées à une source d'excitation électromagnétique de leurs cristaux liquides par des connexions réalisées de façon à pouvoir exciter successivement lesdites cellules afin de rendre opaques ou au contraire transparentes à la lumière successivement ces cellules, en rétrécissant ou au contraire en élargissant corrélativement l'ouverture du diaphragme. Les cellules à cristaux liquides étant ainsi disposées côte-à-côte et par exemple par paires, de façon que les éléments constitutifs d'une mère paire puissent être excités simaltanément, on comprend que la section de l'ouverture du diaphragme puisse être corrélativement augmentée ou réduite, selon que les cellules bordant l'ouverture sont rendues transparentes ou au contaire opaques. Un tel diaphragme constitué de cellules à cristaux liquides est particulièrement avantageux en regard de la consommation d'énergie électrique nécessaire, qui est considérablement réduite par rapport à l'énergie électrique consommée dans les réalisations connues. Suivant un mode de réalisation del'invention, le diaphragme comprend au moins un module constitué de deux paires de cellules à cristaux liquides placées côte-à-côte et pouvant être simultanément excitées, de façon à etre rendues simultanément opaques ou transparentes. Dans une forme de réalisation possible, le diaphragme comprend trois modules superposés dans des plans parallèles, constitués chacun d'au moins deux paires de cellules rectilignes et décalés angulairement autour de l'axe optique de façon à délimiter une ouverture de contour polygonale de section variable en fonction de l'état d'excitation des cellules à cristaux liquides délimitant le pourtour de l'ouverture, les connexions électriques étant réalisées de façon que les paires correspondantes des cellules de chaque module puissent simultanément être rendues opaques ou transparentes, pour faire varier la section de l'ouverture hexagonale. Les cellules correspondantes des différents modules sont décalées angulairement de 1200 autour de l'axe optique, de façon que la superposition des trois modules ou groupes de cellules du diaphragme ainsi constitué détermine une ouverture de passage hexagonale dont la section peut effectivement varier en fonction de l'état d'excitation des cristaux liquides des cellules correspondantes des trois modules. Ainsi dans le cas où chaque module comprend seulement deux paires de cellules rectilignes, la section de l'ouverture sera minimale lorsque toutes les cellules sont opaques, et au contraire maximale lorsque les cellules seront transparentes, avec une section interrdiaire lorsque les cellules extérieures sont opaques, tandis que les cellules bordant l'ouverture hexagonale minimum sont transparentes. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante. Au dessin annexé donnEs simple titre d' exemples non limitatifs, on a représente plusieurs formes de réalisation du diaphragme selon l'invention. La figure 1 est une vue en élévation de face d'un module comprenant deux paires de cellules à cristaux liquides La figure 2 est une vue en élévation latérale du module de la figure 1 La figure 3 est une vue en élévation de face d'une seconde forme de réalisation du diaphragme. comprenant trois modules de cellules à cristaux liquides La figure 4 est une vue en élévation latérale des modules de la figure 3 Les figures 5, 6 et 7 sont des schémas simplifiés de systèmes d'asservisse ment pouvant être équipe, suivant trois variantes de réa lisation, d'un diaphragme conforme à l'invention. En se reportant aux figures 1 et 2, on voit un module ou groupe 1 de cellules à cristaux liquides constitue de deux paires (2a,2b) et (3a,3b) de cellules ou segments rectilignes, les deux cellules d'une paire (2a,2b) ou (3a,3b) étant placées symétriquement 1 'une de 1 'autre par rapport au centre O de l'ouverture 4, et les cellules 2a,3a d'une part et 2b,3b d'autre part étant disposées côte-à-côte dans un mère plan. De plus, les cellules d'une mère paire 2a,2b ou 3a,3b peuvent être excitées simultanément par des connexions électriques 5a,5b et 6a,6b de façon identique, afin d'être rendues simultanément opaques ou transparentes. De façon connue en soi, les cellules ou segments 2a,2b sont cons tituées de deux lames de verre parallèles 7, 8 enserrant des cloisons 9, de façon à délimiter ainsi des cuves contenant les cristaux liquides excités par 1' intermédiaire des connexions électriques précitées. Lorsque l'excitation électrique deux paires de cellules est telle que toutes ces cellules 2a,2b - 3a,3b sont opaques, la section de l'ouverture de passage 4 est minimum. Lorsqu'on modifie l'excitation de la paire de cellules 2a,2b qui borde les deux côtés de l'ouverture 4, de façon que ces cellules deviennent transparentes, on augmente la section de l'ouverture de passage de la surface des deux cellules 2a,2b. Cette section peut être enCore augmentée en rendant opaques de la mère façon les cellules 3a,3b. On voit ainsi qu'on peut faire varier la section de l'ouverture de passage du diaphragme en rendant opaques ou transparentes l'ensemble des cellules ou une partie seulement de celles-ci, en fonction de la section voulue pour laisser passer le faisceau lumineux dans l'ouverture 4. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, le diaphragme comprend trois groupes élémentaires ou modules 11, 12, 13 semblables au module 1, et qui sont superposés dans des plans parallèles en étant décalés angulairement autour de l'axe optique, de 1200 l'un par rapport à 1 'autre. Dans ces conditions, on comprend que la superposition de ces trois modules détermine une ouverture de passage pour le faisceau lumineux, dont le contour est hexagonal, et présente une section variable en fonction de 1 'état optique des paires de cellules correspondantes des différents modules 11, 12, 13. En effet, si l'on suppose que toutes les cellules de ces trois modules sont rendues opaques en mère temps, l'ouverture de passage du faisceau lumineux est minimum, et circonscrite dans un hexagone intérieur ABCDEF, dont les côtes sont tangents à un cercle K dont le centre est situé sur l'axe optique du diaphragme.Si l'on excite simultanément les paires correspondantes de cellules des trois modules qui delimitent l'ouverture de passage minimum correspondant à l'hexagone ABCDE /'est-à-dire les cellules (11c,11d), (12c,12d), (13c,13d), on rend ces cellules transparentes à la lumière, de sorte que l'ouverture de passage du faisceau lumineux s'agrandit et s'inscrit à l'intérieur d'un nouvel hexagone A'B'C'D'E'F' semblable au précé dent, mais de section superieure. Les sommets des hexagones A,B....A',B',C'... sont déterminés par les intersections des parois des cellules correspondantes, corme on le voit clairement sur la figure 3. La figure 5 représente le schéma de l'ensemble d'un système d'asservissement du diaphragme, dans le cas d'un objectif de caméra de télévision. Dans une telle caméra, l'amplitude du signal vidéo est fonction de l'éclairement et on doit régler celai-ci, par l'intermédiaire du diaphragme de l'objectif. Ce schéma montre un objectif 110 dans lequel est placé un diaphragme 111 constitué de cellules à cristaux liquides. Ces cellules sont excitées à partir d'un oommutateur - codeur 12 alimenté par une pile ou une batterie 50, et commande par les signaux issus d'un comparateur 13. Ce comparateur compare le signal vidéo émis par un tube vidéo 15 amplifié par un amplificateur 14 à une tension de référence déterminée pour fournir un signal vidéo correct.Si par exemple, à l'origine, les cellules (11a,11b), (12a,12b), (13a,13b) sont dans l'état d'excitation rendant les cristaux opaques, et que le courant vidéo est trop élevé, le comparateur 13 donne l'instruction, par l'intermédiaire du codeur-comnitateur 12, de placer un groupe de cellules (11c,11d), (12c,12d), (13c,13d) dans l'état d'excitation opaque, ces cellules étant préalablement transparentes, et diminue en conséquence l'éclai- rement de l'image. Si, à l'inverse, le courant vidéo est trop faible, le comparateur 13 fait placer les cellules (11a,11b), (12a,12b), (13a,13b) dans l'état d'excitation rendant les cristaux liquides transparents en dUg- mentant ainsi l'éclairement.On a ainsi constitué un servo d'asservissement du signal vidéo en boucle fermée à travers le tube réception vidéo 15. On peut placer, comme représenté sur la figure 6, une cellule photo sensible 116 dans le plan du récepteur dans le cas où celui-ci est un film photographique 117. Dans le cas (voir figure 7), où le but de la limitation du faisceau n'est plus de régler l'éclairement de l'image, mais de faire varier la correction de l'imagerie en fonction de la variation focale de la distance focale dans un objectif à distance/variaBS > e 118, le codeur-commutateur 12 reçoit directement l'information électrique fournie par un potentiomètre 119 associé à l'organe de commande 120 de la focale, excitant les cellules du diaphragme 111 suivant un programme mémoire dans le codeur 12. L'invention n ' est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et peut comporter de nombreuses variantes d'exécution. Dans l'exemple précédent, le nombre de cellules par chaque groupe ou module élémentaire a été limité à quatre pour rendre plus simple 1 'explica- tion. Mais on peut bien entendu prévoir un nombre plus élevé de cellules en relation avec la dimension géométrique du faisceau et la résolution de l'asservissement. Il va de soi que l'on peut diminuer ou augmenter le nombre de cellules par groupe élémentaire ou le nombre de groupes élémentaires, modifier la forme des cellules et réaliser l'excitation des cellules dans un ordre quelconque sans sortir du domaine de l'invention. Dans le cas d'un appareil photographique, la commande des cellules pourra être réalisée de façon appropriée par une bague. La géométrie des cellules à cristaux liquides pouvant être quelconque, en particulier on peut réaliser un diaphragme avec une ou plusieurs cellules annulaires, ou semi-annulaires, coaxiales à 1' axe optique. REVENDICATIONS 1. Diaphragme à ouverture variable pour des instruments optiques tels que cameras et appareils photographiques, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cellule à cristaux liquides, reliée à une source d'excitation électromagnétique de façon à pouvoir être rendue alternativement opaque ou transparente à la lumière en rétrécissant ou au contraire en élargissant corrélativement l'ouverture du diaphragme. 2. Diaphragme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux cellules à cristaux liquides disposées cote-à-côte et sensiblement dans un même plan, de façon à délimiter entre elles l'ouverture du diaphragme. 3. Diaphragme selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module constitué d'au moins deux paires de cellules à cristaux liquides placées côte-à-côte et dans un mère plan, les cellules d'une mère paire pouvant être simultanément excitées de façon à être rendues simaltanément opaques ou transparentes. 4. Diaphragme selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux groupes ou modules de cellules disposés dans des plans differents. 5. Diaphragme selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs modules et de préférence trois, superposés dans des plans parallèles, constitués chacun d'au moins deux paires de cellules rectilignes, et décalés angulairement autour de l'axe optique de façon à de limiter une ouverture de contour polygonal de section variable en fonction de 1 'état d'excitation des cellules à cristaux liquides délimitant le pourtour de l'ouverture, les connexions électriques étant réalisées de façon que les paires correspondantes des cellules de chaque module puissent être sinultanément rendues opaques ou transparentes pour faire varier la section de l'ouverture polygonale. 6. Dispositif d'asservissement de l'ouverture d'un diaphragme à un signal de commande prédéterminé en fonction d'une tension de référence, caractérisé en ce qye le diaphragme est réalisé conforméent à l'une des revendications 1 à 5. 7. Dispositif d'asservissement selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un objectif d'une caméra de télévision associé à un tube vidéo fournissant de façon connue, un signal dont l'amplitude est fonction de 1 'éclairement et dans lequel les cellules à cristaux liquides du diaphragme sont commandées en fonction de 1' intensité du courant vidéo par 1' intermédiaire d'un comparateur