Brevet FR2480951A1 — publié le 19811023

La présente invention se rapporte d'une façon générale aux filtres optiques passe-bas et elle concerne, plus particulièrement, un tel filtre qu'on utilise dans un système optique de séparation de couleurs faisant par- tie du tube de prise de vues d'une caméra de télévision, ce filtre étant d'une construction simple et ne nécessitant pas de réglage de position. Dans une caméra de télévision qui utilise un seul tube de prise de vues, on utilise un système optique de séparation de couleurs y compris un filtre de lignes de couleurs. Cependant dans un système optique de ce genre un battement est introduit entre la composante haute frée quence du signal de luminance et le signal de chrominance. En conséquence, afin de réduire la composante haute-fré- quence du signal de luminance pour réduire ainsi le batte- ment, on utilise le plus souvent un filtre optique passe- bas (en général un filtre comprenant un pôle d'atténuation), Un filtre optique classique de ce type utilise, par exemple, un prisme polyèdre. Ce filtre passe-bas classique est formé de façon unitaire d'un prisme polyèdre dans lequel plusieurs surfaces sont disposées radialement à partir d'un sommet du polyèdre sur un mode oblique. Toutefois, la forme d'un tel filtre passe-bas clas- sique est complexe et le dispositif présente des inconvé- nients du fait qu'il est difficile de fabriquer le filtre optique passebas, son prix étant par ailleurs élevé. En outre, l'effet optique passebas diminue si le filtre optique ci-dessus n'est pas monté en position correcte par rapport à un iris dans le système optique. En conséquence, le sommet du filtre optique passe-bas doit être placé et monté de façon que ce sommet coîncide avec précision avec la position centrale de l'iris dans le système optique; une telle installation présente un inconvénient à savoir que l'opération d'assemblage et de réglage est fastidieuse. En outre, dans un autre exemple d'un filtre optique passe-bas de construction classique on utilise une plaque en cristal de quartz. Cependant, dans un filtre optique passe-bas de ce modèle classique, le prix du filtre de- vient élevé par suite du prix du cristal de quartz. En outre, dans l'écart o le faisceau entrant est polarisé sur le mode linéaire ou lorsqu'on utilise plusieurs cris- taux de quartz, des plaques de phases pour un quart de longueur d'onde (plaque /4) et similairessont nécessaires pour obtenir la polarisation circulaire. En conséquence, le système optique devient complexe et il est impossible de fabriquer le filtre optique passe-bas à un prix peu élevé. En conséquence, l'invention a pour objet de créer - un filtre optique passe-bas d'un type nouveau et efficace permettant de surmonter les problèmes indiqués; - plus précisément, un tel filtre qui est construit de façon unitaire à partir d'une série de petits bi-pris- mes qui fonctionnent sur le mode mono-dimensionnel; et - un tel filtre dans lequel une série de bi-prismes sont formés suivant un pas qui est plus petit qu'une dimension prédéterminée d'un iris dans le système optique utilisé. Dans le filtre optique passe-bas selon l'invention, la construction est simple et on peut fabriquer le filtre à un prix modique en utilisant des matières bon marché telles qu'une résine synthétique. En outre, même quand l'iris est dans un état permettant d'arrêter la quantité des faisceaux lumineux admis, l'un de la série des bi- prismes est en regard d'une ouverture de l'iris de sorte que le filtre optique passe-bas peut être assemblé facile- ment sans aucune opération de réglage de la position de montage du filtre optique passe-bas dans le système optique. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est un schéma d'un exemple d'un filtre optique passe-bas qu'on peut utiliser dans le système r..ttA' t Utt'cati- iletéJ evi b i oijexi( oIl i,u. les ifi. 2A. 2B, et 3 sont respectivement des schémas de syst;me optique permettant d'expliquer le principe d'un filtre optique passe-bas qui utilise un prisme composite. La fig. 4 est un schéma pour expliquer le fonction- uement dans le cas o la position de montage du filtre optique passe-bas est déviée. La fig. 5 est une vue en perspective montrant un l0 tpremier mode de réalLsation d'un filtre optique passe-bas se lon l'invention, La fig. b est un schéma pour expliquer le fonction- nement du filtre optique passe-bas représenté par la fig. 5. i"] La fig. 7 est une vue en perspective montrant,in sercnd mode de réalisation d'un filtre optique passe-bas seion i t invention. Les fig. 8 et 9 sont des graphiques montrant res- pectl vement les caractéristiques de fréquence d'un bi- U prisme à chaque surface du filtre optique passe-bas repre- sent-, sur la fig. 7. La fig. 10 est un graphique montrant la caractéris- tique de fréquence d'un filtre optique passe-bas représen- t:e sur la fig. 7. les fig. 11, 12, 13, 14, 15 sont des vues en pers- pective montrant respectivement un troisième, quatrième, cinquième, sixième et septième mode de réalisation du filtre optique passe-bas selon l'finvention. La fig. 16 est un schéma permettant d'expliquer le fonctionnement du filtre optique passe-bas représenté sur la fig. 15. Une partie essentielle d'un système optique d'une camera de télévisi.on en couleur est représentée sur la Fig, 1. IJrUe porlion d'un faisceau provenant d'une image avant traversé un systième ce lenti.'les A focaie variable dite zoom I1 es t refléchie sur un prisme l' e+ est envoyée ver un asyst eme rle- viseur i inri repr(isente La porti on restante du faisceau traverse directement le prisme 12 et passe à travers un filtre optique passe-bas 13, un iris 14 et un système de lentilles principales 15. Le faisceau ayant traversé le système de lentilles principa- les 15 passe ensuite à travers un filtre à lignes de cou- leur 16 comportant sur sa surface antérieure un tube de prise de vues 17, la formation des images étant assurée sur une surface de prise de vues 18 du tube de prise de vues 17. On va maintenant expliquer en se référant aux fig. 2A, 2B, 3 le principe selon lequel le filtre optique passe- bas est construit en utilisant un bi-prisme à fonctionne- ment mono-dimensionnel. Comme on peut le voir sur la fig. 2A le filtre optique comprenant un seul bi-prisme 20 de grande dimension est d'une construction unitaire à partir de deux prismes et est installé dans la position pupillaire du système de lentilles 15. Cependant, comme on peut le voir sur la fig. 2B le principe de fonctionne- ment est le même quand le bi-prisme en question 20 est installé à l'arrière du système de lentilles 15. En consé- quence, pour faciliter les explications, la description sera consacrée à la fig. 2B. Sur la fig. 2B,-des faisceaux lumineux 21 et 22 tendent à former une image en un point A sur la surface de prise de vues 18 en traversant le système de lentilles 15; cependant, par suite de la présence du bi-prisme 20, les faisceaux lumineux 21 et 22 subissent une réfraction et forment respectivement des images en des points mutuelle- ment séparés Bl et B2. Ainsi, étant donné que les fais- ceaux 21 et 22 forment des images à deux positions, l'image optique obtenue devient faible. Quand la largeur dtaffai- blissement entre les points Bl et B2 est indiquée par 4, la fonction de transfert optique (FTO) du système optique peut être caractérisée par une fonction de cosinus dans laquelle la réponse devient zéro quand la largeur d'affaiblissement est égale à, et on peut ainsi obte- nir une caractéristique du filtre optique passe-bas. La valeur de la largeur d'affaiblissement est réglée en fonction de la fréquence d'une onde sous-porteuse de couleurs dans un signal de télévision en couleur par rap- port a la dimension de la surface de prise de vues. L'état réfracté du faisceau dans un prisme du bi- prisme 20, représenté sur la fig. 2B, apparaît à plus grande échelle sur la fig. 3.Un faisceau 25 réfracté par le système de lentilles 15 qu'on voit sur la fig. 2B ceient incident sur une position séparée d'une distance t de l'axe optique de la lentille 26 à l'intérieur du bi- pr'sme, 20, avec un angle d'incidence iA. Ce faisceau subit ensuite une réfraction pour passer à travers le bi- prisme 20 sous forme d'un faisceau réfracté ayant un angle de réfraction iB. Le faisceau réfracté subit alors une nouvelle réfraction suivant un angle i lors de son c passage à travers le bi-prisme 20 et ce faisceau est diri- gé vers la surface 18 de prise de vues. Le faisceau qui progresse vers la surface de prise de vues 18 fait un angle AiA avec le faisceau 25, et un angle ia avec l'axe 0 optique de la lentille 26, L'indice de réfraction (1,0 dans le cas de l!air) de l'air ou d'un gaz similaire, !'indice de réfraction du bi-prisme 20 (1,5 dans le cas d'une résine acrylique), l'angle du bi-prisme 20 est la distance entre la surface 18 de prise de vues et la sur- face marginale du bi-prisme 20 portent respectivement les références na, nb, O, et f. En outre, quand le bi-prisme est dans une position adjacente au système des lentilles , c'est-à-dire dans une position pupillaire de la len- tille, la distance f est égale à la distance de focalisa- tion du système des lentilles 15. En un premier point de réfraction o le faisceau 25 pénètre dans le biprisme 20 et subit une réfraction, l'équation (1) ci-après est valable. n. sin iA = nb. sin iB (1) J a A b a En outre, en un second point de réfraction o le faisceau quitte le bi-prisme 20 et subit une réfraction, les equa- tions (2), (3) et (4) ci-après sont respectivement vala- bles nb. sin (iB + 0) = na sin ic (2) ia = iC - (3) AiA = ia - iA = iC - iA (4) Etant donné que l'angle Q est très petit, sin Q = à' D'autre part, quand le milieu entourant le bi-prisme 20 est supposé être de l'air, l'indice de réfraction n de- a vient égal à l'unité. En considérant ce qui précède on peut réécrire l'équation (1) comme indiqué dans l'équa- tion (5) na - iA = nb iB) iA= 'b 'B En outre l'équation (2) peut être réécrite comme indiqué dans l'équation (6) nb (iB +) = na. iC - iC = nb (iB + O) (6) Lorsque l'équation (5) est substituée dans l'équation (6), l'angle de réfraction iC peut être défini par l'équation (7) ci-après iA iC = n (% + Q) = iA + nb. 0 (7) En conséquence, à partir des équations (4) et (7) l'angle AiA peut être défini par l'équation (8) AiA = iC -iA = iA + nb. - 0 - iA = (nB - 1) (8) En outre, étant donné que (tan iA) et (tan ia) peuvent être décrites respectivement par les équations suivantes, h tan iA = h + A/2 tani = a la largeur d'affaiblissement / peut être caractérisée par l'équation (9) ci-après A\/2 = f(tan ia - tan iA) (9) Etant donné que les angles ia et iA respectivement devien- nent très petits, l'équation (9) ci-dessus peut être approximativement exprimée par A/\2 - f (ia - iA) et ainsi la largeur d'affaiblissement /A peut 8tre carac- térisée par l'équation (10) ci-après en utilisant les équations (4) et (8) 2 2f. iA = 2f (% -1) (10) En conséquence on peut calculer la largeur d'affaiblisse- ment /A à partir de f, nb, et Q. Quand la distance de focalisation du système des lentilles 15 est de 25 mm, l'angle Q du bi-prisme 20 est de 4 mn, c'est-à-dire 1/15 de degré, et le bi-prisme 20 est en rési- ne acrylique ayant un indice de réfraction nb égal à 1,5, par exemple, la largeur d'affaiblissement L devient: 1/15 A = 2 x 2,5 x (1,5 - 1). 2. 1/15 _ 0,058 mm = 58 m >5 En déterminant de façon appropriée la largeur d'af- faiblissement A, on peut choisir arbitrairement la fré- quence spatiale qui est interrompue. Ainsi le bi-prieme 20 Zb lecrilt plus fi-.t, f,'efi I t te t optique- pa bse-bas. Cependdt-, quand un sommet (ligne de délimitation) a du bi-prisme 20 qui forme le filtre optique passe-bas est écarté du centre d'une ouverture 14a de l'iris 14, si le diamètre de l'ouverture est réglé à une faible valeur pour que la quantité d'arrêt soit importante, le faisceau réfracté par l'un des prismes du bi-prisme 20 est interrompu par l'iris 14 et les conditions de forma- tion de deux images sont détruites. En conséquence, dans un tel cas le biprisme ne fonctionne pas comme-un filtre optique passe-bas. Pour utiliser le bi-prisme 20 en tant que filtre optique passe-bas, on doit effectuer un réglage précis de la position lors du montage du bi-prisme 20, de sorte que la position du sommet (ligne de délimitation) 20a coincide de façon précise avec le centre de l'ouver- ture 14a de l'iris 14; cependant les opérations de montage et de réglage sont fastidieuses. En conséquence, la présente invention élimine les problèmes indiqués et on va maintenant étudier chaque mode de réalisation. Sur la fig. 5 on a représenté un premier mode de réalisation du filtre optique passe-bas selon l'invention. Dans un filtre optique passe-bas 30 (fig. 5) plusieurs bi- prismes 32,dont les sommets (lignes de délimitation) 32a s'étendent dans la direction de la flèche z sur une sur- face d'une base 31 en résine acrylique, sont formés sur un mode unitaire et sont agencés d'une façon telle que les bi-prismes successifs 32 sont orientés dans le sens de la flèche x suivant un pas prédéterminé p. On choisit le pas p d'une valeur plus petite que le diamètre de l'ouverture de l'iris 14 qui est dans un état dans lequel la quantité du faisceau lumineux admis interrompu devient maximale avec le réglage utilisé dans la pratique. Quand la valeur maxi- male d'arrêt de l'iris 14 est de 45 et que le diamètre de l'ouverture de l'iris 14 est de 1,7 mm par exemple, on choisit le pas p à une valeur de 0,9 mm. En outre, si l'on utlis3e un filtre de densité neutre (DN) pour réduire la quantité de lumière qui atteint l'iris le diamètre de l'ouverture de l'iris 14 est plus grand que la valeur ci- dessus même quand l'iris est dans un état dtarrêt maximum. En conséquence, dans ce dernier cas, on choisit le pas p en fonction du diamètre indiqué de l'ouverture. L'état de fonction du filtre optique passe-bas 30 qui vient d'être décrit apparaît sur la fiî. 6. Sur cette figure, même dans le cas o l'iris 14estdans son état maximum d'arrêt, dans lequel la quantité de lumière arrêtée eet maximale, le sommet (ligne de délimitation) d'au moins un bi-prisme de la série des bi-prismes est en regard de l'ouverture de l'iris. De ce fait, au moins un bi-prisme est toujours en face de l'ouverture de l'iris 14 indépen- damment de la position de montage du filtre optique passe- bas 30, et ce filtre 30 peut toujours fonctionner en fi- nesse comme un filtre passe-bas. Dans ces conditions, une opération de réglage de position n'est pas nécessaire lors du montage du filtre optique passe-bas 30 et le mon- tage de ce filtre se fait facilement. En outre, le filtre optique passe-bas 30 est moulé à la presse à partir d'une résine synthétique en utilisant dans ce but un moule à presse de sorte qu'un tel filtre optique peut être fabriqué à peu de frais, Un second mode de réalisation du filtre optique passe-bas selon l'invention va maintenant être décrit en se référant à la fig. 7. Un filtre optique passe-bas 40 est formé de façon unitaire sur une surface d'une plaque de base en résine acrylique 41 à partir de plusieurs bi- prismes 42 dont les sommets (lignes de délimitation) 42a respectivement s'étendent dans la direction de la flèche z d'une façon telle que les bi-prismes 42 sont successi- vement montés suivant la direction de la flèche x. En outre, plusieurs bi-prismes 43 sont formés de façon uni- taire sur une autre surface de la plaque de base en résine acrylique 41, les sommets (lignes de délimination) 43a des bi-prismes 43 étant dirigés dans le sens de la flèche x alors que les bi-prismes 43 viennent successivement se placer dans le sens de la flèche y. Quand on suppose que le bi-prisme 42 possède une caractéristique d'un filtre comprenant un pÈle d'atténua- tion à une fréquence spatiale fi comme indiqué sur la figure 8 et que le bi-prisme 43 comporte une caractéris- tique de filtre comprenant un pale d'atténuation à une fréquence spatiale f2 comme on voit sur la fig. 9 par exemple, la caractéristique de filtre optique du filtre passe-bas 40 devient telle que représentée sur la fig. 10. Ce filtre optique passe-bas 40 effectue des opérations d'interruption à des fréquences spatiales différentes par rapport aux directions bidimensionnellescfest-à-dire aux directions des flèches x et v. La fig. 11 représente un troisième mode de réali- sation du filtre optique passe-bas selon l'invention. Sur la fig. 11 le filtre 50 est formé sur le mode unitaire sur une surface d'une plaque de base en résine acrylique 51 à partir de plusieurs bi-prismes 52 dont les sommets (lignes de délimitation) 52a s'étendent respectivement dans le sens de la flèche y d'une façon telle que les bi- prismes 52 sont successivement installés suivant un pas prédéterminé. En outre, plusieurs bi-prismes 53 sont for- més de façon unitaire sur une autre surface de la plaque de base en résine acrylique 51a, les sommets (ligne de délimitation) 53a des bi- prismes 53 s'étendent dans le sens de la flèche y et les bi-prismes 53 sont succe-ssive- ment disposés suivant un pas différent du pas prédéterminé ci-dessus. Les bi-prismes 52 et 53 présentent respecti- vement des caractéristiques différentes d'interruption des fréquences dans l'espace; en conséquence, le filtre opti- que passe-bas 50 possède une caractéristique combinée d'interruption des fréquences dans l'espace, caractéris- tique qui est constituée des deux caractéristiques d'in- terruption ci-dessus. Un quatrième mode de réalisation du filtre optique passe-bas selon l'invention apparaît sur la fig. 12. Ce filtre optique passe-bas 60 est formé d'une seule pièce sur une surface d'une plaque de base on résine acrylique 61 à partir de plusieurs bi-prismes 62 dont les sommets (lignes de délimination) s'étendent respectivement dans une direction inclinée de 45 degrés par rapport aux di- rections des flèches x et y, de telle sorte que les bi- prismes 62 sont successivement amenés en position. En outre, plusieurs bi-prismes 63,dont les sommets (lignes de délimination) sont dirigés dans une direction perpen- diculaire à la direction précitée inclinée de 450, sont formés de façon continue et unitaire sur une autre sur- face de la plaque de base en résine acrylique 61. On voit donc que le mode de réalisation qu'on vient de décrire correspond à celui de la fig. 7 mais ayant subi une rota- tion d'un angle de 45 . Dans le mode de réalisation en question, la caractéristique d'interruption des fréquences dans l'espace, par rapport aux directions x et y, peut être réglée sur un mode avantageux en combinant de façon appropriée et en réglant l'angle par rapport aux direc- tions dans lesquelles les sommets (lignes de délimitation) des bi-prismes 62 et 63 sont didigés. Un cinquième mode de réalisation du filtre optique passe-bas selon l'invention apparaît sur la fig. 13. Un tel filtre optique passe-bas 70 est formé d'une seule pièce à partir de plusieurs bi-prismes en forme de pyra- mides quadrangulaireS74. Les bi-prismes 74 sont formés de la combinaison de plusieurs bi-prismes 72 formés sur une surface d'une plaque de base en résine acrylique 715 les sommets des bi-prismes 72 s'eétendant respectivement dans le sens de la flèche x et plusieurs bi-prismes 73 s'étendant respectivement dans les sens de la flèche y. Ainsi, le bi-prisme 74 présente une caractéristique d'in- terruption des fréquences dans l'espace par rapport aux directions des flèches x et y. Un sixième mode de réalisation d'un filtre optique passe-bas selon l'invention apparaît sur la fig. 14. Sur cette fig. 14, le filtre optique passe-bas 80 est formé d'une seule pièce sur une surface d'une plaque de base en résine aix1ique 81 à partir de plusieurs bi-prismes 82 dont les sommets (lignes de délimitation) 82a s'étendent respectivement dans le sens de la flèche y. En outre, un bi-prisne 83,dont les sommets (lignes de délimitation) 83a s'étendent respectivement suivant le sens de la flè- che x, est formé d'une seule pièce sur une autre surface de la plaque de base en résine acrylique 81. Un septième mode de réalisation d'un filtre optique b passe-bas selon l'invention est représenté sur la fig. 15. Ce filtre optique passe-bas 90 est formé d'une seule pièce à partir d'une plaque de base en résine acrylique 91 dont l'une des surfaces a la forme d'un bi-prisme 92, alors que plusieurs bi-prismes 93 sont formés respective- ment dans la partie centrale du bi-prisme 92 et s'étendent dans une direction parallèle à un sommet imaginaire (li- gne de délimitation) du bi-prisme 92. Le mode de fonctionnement du filtre optique passe- bas qui vient d'être décrit apparaît sur la fig. 16. Comme on peut le voir clairement sur la fig. 16 même lorsque le filtre 90 est monté d'une manière telle que le centre du filtre 90 est dévié par rapport au centre de l'ouverture de l'iris 14 ou lorsque le diamètre de l'ou- verture de l'iris 14 est petit par suite de l'opération d'arrêt de l'iris 14 pour interrompre des parties de la lumière admise, au moins l'un des bi-prismes93estenregerd de l'ouverture de l'iris 14 et le filtre optique passe- bas 90 fait toujours preuve d'une caractéristique d'un filtre optique fin passe-bas. Dans chacun des modes de réalisation qui ont été décrits les pas suivants lesquels les bi-prismes sont mon- tés peuvent être réglés de manière que la valeur du pas soit faible dans la partie centrale du filtre optique au lieu d'avoir toujours une valeur constante. Une erreur de montage du filtre optique passe-bas pose un problème quand le diamètre de l'ouverture de l'iris est petit par suite de l'opération d'arrêt de l'iris pour arrêter une portion de la lumière admise; cependant, à ce point de vue il suffit que le pas des bi-prismes dans la partie centraie du filtre aptique passe-bas soit faible. Il va de soi que l'on peut apporter diverses uo- diflcations aux modes de réalisation qui ont été décrits sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Filtre optique passe-bas utilisé dans une caméra de télévision comportant un système optique qui comprend un iris (14) et un filtre de lignes de couleurs (16), caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs bipris- mes (32, 42, 43, 52, 53, 62, 63, 74, 82, 93) respective- ment formés sur au moins une surface d'une plaque de base (31, 41, 51, 61, 71, 81, 91), s'étendant parallèlement à une direction, lesdits bi- prismes étant agencés suivant un pas plus petit que le diamètre de l'ouverture minimale utilisée de l'iris (14). 2 - Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit également une seconde série de bi-pris- mes (43, 53, 63) formés sur une autre surface de la plaque de base et s'étendant dans une direction différente de celle de la première série des bi-prismes (42, 52, 62) formés sur ladite surface de la plaque de base. 3 - Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première et la seconde série de bi-prismes (42, 43) s'étendent respectivement dans une direction ver- ticale et une direction horizontale. 4 - Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier et le second bi-prisme (62, e3) s'étendent respectivement dans des directions inclinées de 450 par rapport aux directions verticale et horizon- tale, et les directions de la première et de la seconde série des bi-prismes sont mutuellement perpendiculaires. - Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit une seconde série de bi-prismes (53) sur une autre surface de ladite plaque de base, ayant un pas différent de celui de la première série de bi- prismes (52) sur ladite surface de cette plaque de base. 6 - Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit un second prisme (83) sur une autre surface de la plaque de base et s'étendant dans une di- rection différente de celle suivie par la première série de bi-prismes (82) sur la même surface de la plaque de base. i 5 F7rll-e seonII la revendication 1, cara(-lérsc en,e que les b.prismes (93) sont formés sur la partie centLrale ou au voisinage immédiat d'un seul bi-prisme (92) formé sur une surface de la plaque de base. 8 - Filtre selon la revendication 1, caractérisé en re que Jes prismes sont disposés suivant un pas qui est plus petit que celui à l'autre partie de la zone central.e de la plaque de base.