Brevet FR2552559A1 — publié le 19850329

La présente invention se rapporte à des diviseurs des faisceaux de couleur comme pour des caméras de télévision. Une caméra couleur standard selon l'art antérieur utilise un diviseur des faisceaux, comme des miroirs dichroîques ou un prisme, pour produire respectivement des faisceaux lumineux de sortie de couleurs R (rouge), B (bleu) et G (vert) appliqués à trois imageurs, comme des vidicons ou des imageurs à CCD (dispositif à couplage de charge). 10 Pour une meilleure colorimétrie, les filtres R, G et B idéals nécessitent des lobes négatifs à certaines longueurs d'onde, lesquels lobes ne sont pas physiquement réalisables Par suite, les caméras pratiques emploient des caractéristiques de prise (réponses spectrales) qui sont 15 conçues pour ne pas nécessiter de lobes négatifs Le processus de conception des filtres est un processus d'optimisation pour diminuer les erreurs de couleur Une plus ample réduction des erreurs de couleur est possible par matriçage; cependant, cela abaisse le rapport signal/ 20 bruit, lequel abaissement est proportionnellement plus important pour le canal B étant donné la faible luminosité du bleu et la sensibilité généralement basse du capteur B. Il est par conséquent souhaitable d'avoir un diviseur pouvant à la fois améliorer la colorimétrie et 25 améliorer le rapport signal/bruit. Selon la présente invention, un diviseur des faisceaux de couleur comprend un premier moyen partiellement réfléchissant ayant des premières surfaces pour transmettre ladite lumière le long d'un trajet et des 30 secondes surfaces pour réfléchir une première couleur complémentaire; et un second moyen partiellement réfléchissant disposé dans ledit trajet, ayant des premières surfacestransmettant une seconde couleur complémentaire et des secondes surfaces pour réfléchir une troisième 35 couleur complémentaire. Comme on le décrira mieux ci-après, un tel diviseur des faisceaux permet esentiellement à toute la lumière dans la lumière incidente d'être utilisée, c'està-dire qu'aucun filtrage par absorption ou par dissipation n'est nécessaire, avec pour résultat un rapport S/N (signal/ bruit) élevé. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple 10 illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 montre un premier mode de réalisation de l'invention utilisant des miroirs; la figure 2 montre des détails des miroirs de 15 la figure 1; et la figure 3 montre un second mode de réalisation utilisant un prisme. La figure 1 montre un objet 10 (indiqué par une flèche) que l'on supposera réfléchir la lumière blanche d'un éclairage ambiant Da lentille 12 focalise la lumière selon l'équation: 1 I I 7 = à + dans laquelle f = longueur focale de la lentille 12, 25 a = distance entre l'objet 10 et la lentille 12 et b = distance entre la lentille 12 et le capteur de Ye (jaune) (que l'on décrira ci-après). Après avoir émergé de la lentille 12, la lumière est partiellement transmise par le miroir 14 au miroir 16 30 et la composante magenta (M) est partiellement réfléchie par le miroir 14 vers le miroir 18 Le miroir 18 est du type totalement réfléchissant et il est utilisé pour bien orienter l'image sur l'imageur 20 de M étant donné l'inversion provoquée par le miroir 14 La lumière transmise par 35 le miroir 14, d'o manque la composante M, a sa composante cyan (C) qui est réfléchie par le miroir 16 vers le miroir inverseur 22 et de là à l'imageur 24 de C La composante jaune (Y) restante est transmise par le miroir 16 et est reproduite sur l'imageur 26 de Y Les signaux des imageurs 20, 24 et 26 sont traités, c'est-àdire bloqués, matrices et autres d'une manière semblable à ce qui est bien connu. La figure 2 montre des détails des miroirs 14 et 16 Le miroir 14 est orienté à un angle de 45 par rapport à la lumière incidente 30, que l'on suppose être blanche ( 1 R + l B + 1 G) Le miroir 14 comprend un substrat transpa10 rent 31 ayant une série de raies parallèles peu espacées 32 ayant un "coefficient d'utilisation" de 50 %, c'est-à-dire que les raies 32 couvrent la moitié de la surface du miroir 14 Les raies 32 transmettent les longueurs d'onde du vert d'environ 520 à 580 nm et réfléchissent le magenta (R+B) de 400 à 520 nmet de 580 à 700 nm Le faisceau 34 ainsi réfléchi comprend un faisceau magenta d'amplitude 0,5 R + 0,5 B du fait du coefficient d'utilisation de 50 % tandis que le faisceau transmis 36 comprend la lumière restante d'amplitude 1 G + 0,5 R + 0,5 B. Le miroir 16 est orienté à un angle de 45 par rapport au faisceau 36 et de 90 par rapport au miroir 14. Le miroir 16 comprend un substrat transparent 38 ayant une couche 40 réfléchissant le bleu (longueurs d'onde plus faibles qu'environ 490 nm), transmettant le rouge et le vert qui y est disposée Des raies 42 sont disposées au sommet de la couche 40 et ont un coefficient d'utilisation de 50 % Les raies 32 et 42 peuvent avoir la même fréquence des raies et la même orientation angulaire par rapport au centre des faisceaux 30 et 36 Les raies 42 réfléchissent la lumière verte (environ 520 à 580 nm) et transmettent la lumière bleue et rouge Le pas ou la fréquence des raies 32 et 42 doit être suffisamment précis pour ne pas provoquer d'erreur dans le canal transmis. Par exemple, une fréquence des raies d'au moins 540 paires 35 de lignes pour 2,54 cm est suffisante pour un capteur de 2,54 cm ayant une largeur de l'image de 1,27 cm et un rapport d'aspect de 4:3 pour une largeur de bande de 5 M Hz. La fréquence des raies n'a, en elle-même, pas d'effet sur la conception de base du filtre dichrolque Le faisceau réfléchi de lumière 44 comprend ainsi la totalité de la composante du bleu du faisceau 36 ( 0,5 B) et la moitié (du fait du coefficient d'utilisation de 50 %) de sa composante du vert (G) Ainsi, le faisceau 44 se compose de 0,5 B + 0,5 G ou du cyan Le faisceau transmis 46 comprend la totalité de la composante du rouge du faisceau 36 ( 0,5 R) et la moitié de la composante du vert 10 qui n'est pas réfléchie par les raies 42 Ainsi, le faisceau 46 comprend 0,5 R et 0,5 G ou le jaune. On peut voir qu'essentiellement toute la lumière dans le faisceau incident 30 est utilisée, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un filtrage par 15 absorption ou par dissipation, ce qui a pour résultat un rapport S/N élevé. Un décalage de la caractéristique de transmission spectrale du filtre peut être présent dans le mode de réalisation de la figure 2 lorsque le faisceau incident 20 est polarisé du fait des angles importants d'incidence. Le mode de réalisation de la figure 3, dans lequel des éléments correspondants ont reçu des chiffres correspondants de référence, permet d'éviter ce problème possible. Sur la figure 3, les miroirs 14 et 16 sont montés entre les prismes 50 et 52, et 52 et 54 respectivement On peut voir que le faisceau reçu 30 forme un angle qui n'est que de 24 avec la surface 14 et que le faisceau transmis 36 forme un angle qui n'est que de 10 avec la surface 16, diminuant ainsi les décalages des caractéristiques de transmission du filtre De même, des plaques quart d'onde peuvent être utilisées sur la face avant du prisme 50 pour diminuer les décalages ou glissements des longueurs d'onde du fait de la lumière polarisée comme on le sait. Les imageurs 20, 24 et 26 sont montés sur les prismes 50, 35 52 et 54 respectivement, par exemple comme cela est indiqué dans le brevet US N 4 323 918 Des filtres de correction des couleurs peuvent être utilisés comme on 255 559 le sait. On notera que d'autres modes de réalisation sont possibles dans le cadre de l'invention Par exemple, au lieu des raies d'autres motifs divisant l'espace, comme 5 un motif en damier#peuvent être utilisés De même, on peut employer des coefficients d'utilisation autres que 50 %. De plus encore une couleur complémentaire autre que le magenta peut être séparée d'abord du faisceau incident 30 et le jaune ne doit pas nécessairement être la couleur complémentaire résiduelle dans le faisceau 46 En général, il y a six modes possibles de division du faisceau 30 en trois couleurs complémentaires jaune, cyan et magenta, lesquelles couleurs sont complémentaires des couleurs bleue, rouge et verte de l'art antérieur respectivement. 15 Le terme "complémentaire" signifie que deux couleurs, lorsqu'elles sont ajoutées donnent du blanc, en effet le rouge et le cyan donnent du blanc comme le font le vert et le magenta et également le bleu et le jaune. R E V E N D I C A T I O N S 1. Diviseur des couleurs à utiliser avec une lumière incidente composée de proportions variables des trois couleurs primaires, caractérisé par un premier 5 réflecteur partiel ( 14) ayant des premières surfaces pour transmettre ladite lumière le long d'un premier trajet ( 36) et des secondes surfaces ( 32) pour réfléchir une première couleur complémentaire le long d'un second trajet ( 34) et un second réflecteur partiel ( 16) disposé 10 dans ledit premier trajet ( 36) et ayant des premières surfaces transmettant une seconde couleur complémentaire le long d'un troisième trajet ( 44) et des secondes surfaces ( 42) pour réfléchir une troisième couleur complémentaire le long d'un quatrième trajet ( 46). 2 Diviseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des premier et second réflecteurs ( 14, 16) comprend un miroir ayant un motif de partage de l'espace. 3. Diviseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des premier et second réflecteurs comprend un motif de partage de l'espace sur une face d'un prisme. 4. Diviseur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le motif 25 précité comprend des raies ( 32, 42). 5. Diviseur selon l'une quelconque des revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le motif précité a un coefficient d'utilisation de 50 %. 6. Diviseur selon l'une quelconque des o 30 revendications précédentes, caractérisé en ce que les première, seconde et troisième couleurs complémentaires comprennent respectivement du magenta, du jaune et du cyan. 7. Diviseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est incorporé dans un dispositif de formation de l'image comprenant un certain nombre d'imageurs ( 20, 24, 26) disposés à proximité des réflecteurs précités dans les second, troisième et quatrième trajets ( 34, 44, 46).