Brevet FR2657176A1 — publié le 19910719

L'invention se rapporte à un dispositif de rotation d'une image projetée sur un écran au moyen d'un prisme trapézoïdal destiné à faire tourner l'image et d'un système optique formateur de l'image. Le brevet US 4 529 276 décrit un dispositif de rotation d'image Le dispositif se compose d'un système optique formateur d'image et d'un prisme trapézoïdal destiné à faire tourner l'image, un rideau de lumière étant disposé entre le système formateur d'image et le prisme de rotation de l'image (dénommé par la suite: prisme) Le principe sur lequel est fondé le dispositif selon le brevet US 4 529 276 est la réduction du prisme sans modification de la répartition de la luminance de l'image projetée La solution à ce principe sur lequel est fondé le brevet US 4 529 276 consiste simplement à raccourcir le prisme. L'irrégularité, apparaissant à travers le prisme, de la répartition de la luminance de l'image projetée, ir- régularité qui est due au vignettage de la pupille de sortie du système optique de représentation, est compensée par le rideau de lumière. La réduction, ainsi obtenue, du prisme par rapport à un prisme qui ne vignette juste pas la pupille de sortie du système formateur d'image, est d'environ 50 % en volume et d'environ 25 % sur la marche de la lumière. Les qualités de verre convenant à la fabrica- tion du prisme coûtant très cher et les aberrations du prisme, par exemple l'astigmatisme, la distorsion d'image et l'aberration chromatique transversale, étant proportion- nelles au trajet du faisceau lumineux, il est indispensable de réaliser le prisme de manière qu'il soit aussi petit que possible, en raison des critères élevés de qualité qui sont exigés en même temps qu'est recherché un abaissement du prix de revient. L'invention a donc pour objet la réalisation d'un dispositif de rotation d'une image projetée sur un écran au moyen d'un prisme trapézoïdal destiné à faire tourner l'image et d'un système optique formateur d'image de manière à obtenir une réduction des aberrations ainsi qu'une répartition uniforme de la luminance dans le plan focal et de manière qu'aucune excursion n'apparaisse lors de la rotation de l'image, avec un prisme dont le volume soit le plus faible possible et le coût de fabrication soit minimal. L'invention résout ce problème à l'aide d'un dispositif de rotation d'une image projetée sur un écran au moyen d'un prisme trapézoïdal de rotation d'image et d'un système optique formateur d'image, caractérisé en ce que une surface d'incidence du prisme inscrit un angle p 1 avec une surface de base du prisme qui est différent d'un angle P 2 qu'une surface d'émergence du prisme inscrit avec la surface de base, un faisceau lumineux passant par un axe optique du système optique formateur d'image est décalé sur la surface d'émergence par rapport à l'axe optique et inscrit un angle P 3 qui est différent de 0 avec l'axe optique et un filtre de transmission est disposé entre le prisme et un écran D'autres particularités avantageuses de l'invention font l'objet des sous-revendications. La combinaison des caractéristiques consistant en un prisme asymétrique, en un déport et en un renverse- ment de l'axe optique ainsi qu'en un montage d'un filtre de transmission entre l'écran et le prisme, permet 1 de réduire le volume du prisme d'environ % par rapport au prisme utilisé dans le brevet US 4 529 276 et de raccourcir le trajet de la lumière d'environ 33 %, et 2 de ramener vers l'arrière le prisme jusque dans le plan du diaphragme du système optique de représen- tation, car aucun rideau de lumière n'est interposé entre eux, et 3 d'effectuer de manière exacte à volonté la compensation de la luminosité au moyen du filtre de transmission. Un avantage particulier s'obtient par l'asy- métrie du prisme qui non seulement contribue à la réduction du volume de ce dernier et compense le déport de l'axe optique du système formateur d'image, mais est aussi utilisé pour la compensation des défauts d'image. L'invention permet ainsi la réalisation à bas prix de revient d'un dispositif de rotation d'une image projetée sur un écran, dispositif dont l'encombrement est faible et dont la qualité de l'image est élevée. L'invention va être décrite à titre d'exemple en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention de rotation d'une image projetée sur un écran au moyen d'un prisme trapézoïdal destiné à faire tourner l'image et d'un système optique formateur d'image, dénommé par la suite dispositif de rotation d'image, la figure 2 représente le mode d'exécution d'un filtre de transmission utilisé dans le dispositif de rotation d'image, la figure 3 est une représentation schématique à échelle agrandie d'un dispositif selon l'invention de rotation d'image sans écran, la figure 4 représente la pupille de sortie du dispositif de rotation d'image vue de l'écran sous un champ angulaire de 00, la figure 5 représente la pupille de sortie du dispositif de rotation d'image vue de l'écran sous un champ angulaire de 9 , la figure 6 représente la pupille de sortie du dispositif de rotation d'image vue de l'écran sous un champ angulaire de 15 . La figure 1 représente la structure de principe d'un dispositif de rotation d'image comprenant un plan objet 1, un système optique formateur d'image 2, dénommé aussi par la suite système formateur d'image 2, un prisme trapézoïdal 3 de rotation d'image, dénommé aussi par la suite prisme 3 ou élément de rotation d'image 3, un écran 5 et un filtre de transmission 4 qui est disposé entre l'écran 5 et le prisme 3 Un axe optique du système formateur d'image 2 porte la référence 2 a Le prisme 3 et le filtre de transmission 4 sont disposés dans une position relative fixe et sont rotatifs ensemble autour de l'axe optique 2 a. Un faisceau lumineux longeant l'axe optique 2 a porte la référence la Après avoir passé à travers le prisme 3, il est déporté par rapport à l'axe optique 2 a et incliné sur ce dernier. Un point objet situé dans le plan 1 et ne se trouvant pas sur l'axe optique 2 a porte la référence lb Un faisceau lumineux allant du point objet lb à l'écran 5 porte la référence lc. Une surface d'incidence du prisme 3 porte la référence 3 a, une surface de base porte la référence 3 b et une surface d'émergence porte la référence 3 c. Une arête formée par la surface d'incidence 3 a et la surface de base 3 b et tronquée perpendiculairement à l'axe optique 2 a porte la référence 3 d. La figure 2 représente à titre d'exemple un filtre de transmission 4 constitué d'une plaque de verre 4 a à surfaces planes et parallèles et présentant un point 4 b de densité optique maximale au lieu auquel le faisceau lumineux la la rencontre La plaque de verre 4 a à surfaces planes et parallèles peut aussi être remplacée par une feuille transparente fixée à un support non représenté. La figure 3 représente à échelle agrandie un dispositif de rotation d'image sans l'écran 5, un diaphragme du système 2 formateur d'image portant la référence 2 b Un angle que la surface d'incidence 3 a inscrit avec la surface de base 3 b est désigné par Pl Un angle que la surface d'émergence 3 c inscrit avec la surface de base 3 b est désigné par P 2. Un angle compris entre le faisceau lumineux la et l'axe optique 2 a porte la référence P 3. Le filtre de transmission porte la référence 4 comme sur la figure 2 Il peut s'agir d'une plaque de verre 4 a à surfaces planes et parallèles ou d'une feuille tendue. Chacune des figures 4 à 6 représente une pupille de sortie 6 du dispositif de rotation d'image vue de l'écran 5 sous différents champs angulaires, une surface sur laquelle un objet laisse passer la lumière dans le plan 1 portant la référence 6 a. Le champ angulaire est de O sur la figure 4, de 90 sur la figure 5 et de 15 sur la figure 6. Le mode de fonctionnement du dispositif de rotation d'image représenté sur les figures 1 à 6 est le suivant: le système 2 formateur d'image dirige le faisceau lumineux lc partant du point objet lb situé dans le plan 1 de manière qu'une image inverse du point objet lb devrait apparaître sur l'écran 5 Le faisceau lumineux lc passe à travers le prisme 3 sur son trajet entre le système 2 formateur d'image et l'écran 5 Il est alors réfracté sur la surface d'incidence 3 a et sur la surface d'émergence 3 c et il est totalement réfléchi sur la surface de base 3 b. La réflexion totale sur la surface 3 b redresse l'image En d'autres termes, un point objet (par exemple lb) situé sous l'axe optique 2 a est représenté au moyen du système formateur d'image et du prisme 3 sous forme d'un point image qui est aussi situé sous l'axe optique 2 a Ceci correspond à une rotation de l'image de 1800 par rapport à un dispositif sans prisme 3 de rotation d'image. Donc, lorsque le prisme 3 et le filtre de transmission 4 sont rotatifs ensemble autour de l'axe optique 2 a, comme dans le cas du dispositif selon l'inven- tion de rotation d'image, l'image est amenée à tourner lors de la rotation du prisme 3 et du filtre de transmission 4 autour de l'axe optique 2 a Ainsi, une rotation du prisme 3 de 180 fait tourner l'image de 360 . En partant d'un prisme trapézoïdal symétrique qui ne rogne juste pas la pupille de sortie du système optique formateur d'image 2 et dont le volume mesuré sur la base du dispositif selon l'invention est supérieur d'un facteur égal à 5 et le trajet lumineux, d'un facteur égal à 2, on obtient le dispositif de rotation d'image selon l'invention en cinq étapes: 1 Raccourcissement du prisme 3 dans la direction de l'axe optique 2 a Cette mesure aboutit au dispositif selon le brevet US 4 529 276 avec addition du rideau de lumière Dans ce brevet, la compensation de luminosité est obtenue par un rideau de lumière interposé entre le prisme 3 et le système 2 formateur d'image. 2 Déplacement de la surface de base 3 b vers l'axe optique 2 a Ainsi, le vignettage apparaissant à la première étape est annulé, le prisme pouvant être davantage encore réduit Toutefois, le milieu et le centre de rotation de l'image ne coïncident cependant plus, de sorte que l'image migre pendant la rotation. 3 Troncature de l'arête formée par la surface d'incidence 3 a et la surface de base 3 b, de sorte que l'arête 3 d ainsi produite peut être déplacée jusque dans le diaphragme 2 b Cette mesure aboutit au fait que les rayons lumineux qui ne sont pas parallèles à l'axe optique 2 a, comme par exemple le faisceau lumineux lc, atteignent la surface de base 3 b dans la région de cette dernière qui est proche de l'arête 3 d, ce qui permet de réduire encore davantage le prisme. 4 Modification de l'inclinaison de la surface d'incidence 3 a et de la surface d'émergence 3 c de manière que l'angle f 1 soit différent de l'angle P 2 Cete mesure permet de compenser le déport de l'axe optique 2 a qui est introduit à la seconde étape En d'autres termes, le faisceau lumineux la atteint l'écran 5 au point auquel l'axe optique 2 a coupe l'écran 5 Ainsi, l'image ne migre plus lors d'une rotation De plus, le choix correct des angles Pl et P 2 permet de compenser les défauts d'image. 5 Interposition d'un filtre de transmission 4 immédiatement à la suite du prisme 3, entre ce dernier et l'écran 5, ce filtre compensant la chute de la luminosité dans les bords. Dans le cas du filtre de transmission 4 de la figure 2, le point 4 b de densité optique maximale agit de manière que la surface 6 a de la pupille de sortie 6, vue de l'écran 5, ait des dimensions qui demeurent approximative- ment égales sous les différents champs angulaires Ainsi s'obtient une répartition de la luminance qui est ap- proximativement régulière sur l'image projetée. En plus du mode de réalisation, décrit à titre d'exemple, du filtre de transmission 4, il existe d'autres possibilités: a) le point de densité optique maximale, qui est placé sur la plaque de verre 4 a à surfaces planes et parallèles, peut être remplacé par un point ayant une valeur de gris déterminée et une surface supérieure à la surface du point de la figure 2. b) La plaque de verre 4 a à surfaces planes et parallèles peut subir une vaporisation lui conférant un profil continu de densité de manière à permettre d'obtenir une répartition exacte et régulière de la luminosité sur l'écran 5. c) La plaque de verre 4 a à surfaces planes et parallèles peut être remplacée par une feuille tendue présentant la variation de densité qui est nécessaire à l'équilibrage de la luminosité. d) Le point de densité optique maximale 4 b ou le point ayant une valeur déterminée de gris selon la disposition décrite de la possibilité a) ou le profil continu de densité peuvent être placés directement sur la surface d'émergence 3 c du prisme 3. En faisant concorder les paramètres géométri- ques des étapes 1 à 4 et du filtre de transmission 4 de la cinquième étape, il est possible de constituer un dis- positif selon l'invention de rotation d'image ayant une qualité élevée d'image et un encombrement notablement plus faible que celui des dispositifs de l'art antérieur. REVENDICATIONS 1 Dispositif de rotation d'une image projetée sur un écran au moyen d'un prisme trapézoïdal de rotation d'image et d'un système optique formateur d'image, caractérisé en ce que une surface d'incidence ( 3 a) du prisme ( 3) inscrit un angle (p I 3) avec une surface de base ( 3 b) du prisme ( 3) qui est différent d'un angle (f 2) qu'une surface d'émergence ( 3 c) du prisme ( 3) inscrit avec la surface de base ( 3 b), un faisceau lumineux (la) passant par un axe optique ( 2 a) du système optique formateur d'image ( 2) est décalé sur la surface d'émergence ( 3 c) par rapport à l'axe optique ( 2 a) et inscrit un angle (/33) qui est différent de O' avec l'axe optique ( 2 a) et un filtre de transmission ( 4) est disposé entre le prisme ( 3) et un écran ( 5). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prisme ( 3) et le filtre de transmission ( 4) sont dans une position relative fixe l'un par rapport à l'autre et sont rotatifs ensemble autour d'un axe optique ( 2 a) du système optique formateur d'image ( 2). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une arête ( 3 d) du prisme ( 3) qui est tournée vers le système optique formateur d'image ( 2) et qui est formée par la surface d'incidence ( 3 a) et la surface de base ( 3 b) est tronquée perpendiculairement à l'axe optique ( 2 a). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arête ( 3 d) pénètre dans un diaphragme ( 2 b) du système optique formateur d'image ( 2). Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position du prisme ( 3) par rapport au système optique formateur d'image ( 2) ainsi que les angles (P 1) et (/32) sont déterminés de manière que le faisceau lumineux (la), qui passe par l'axe optique ( 2 a) du système optique formateur d'image ( 2) et qui, après avoir passé à travers le prisme ( 3), ne passe plus par l'axe optique ( 2 a) du système formateur d'image ( 2), atteigne l'écran ( 5) au point auquel l'axe optique ( 2 a) du système optique formateur d'image ( 2) coupe le plan de l'écran ( 5). 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre de transmission ( 4) comprend comme support une plaque de verre à surfaces planes et parallèles ou une feuille transparente tendue qui est disposée perpendiculairement à l'axe optique ( 2 a) ou en ce que le filtre de transmission est placé directement sur la surface d'émergence ( 3 c) du prisme ( 3). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre de transmission ( 4) présente une surface circulaire ou elliptique de densité optique maximale qui est située sur le trajet du faisceau lumineux (la) passant à la sortie du système optique formateur d'image ( 2) par l'axe optique ( 2 a) de ce dernier et dont l'aire est déterminée de manière à compenser une chute de luminosité sur les bords dans le plan image. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le filtre de transmission ( 4) présente une surface circulaire ou elliptique qui est située sur le trajet du faisceau lumineux (la) passant à la sortie du système optique formateur d'image ( 2) par l'axe optique ( 2 a) de ce dernier et dont l'aire et la transparence à la lumière sont déterminées de manière à compenser une chute de luminosité sur les bords dans le plan image. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le filtre de il transmission ( 4) présente une distribution de densité qui est étalée sur la pupille de sortie ( 6) du dispositif de rotation d'image, vue de l'écran ( 5), la répartition de la luminosité étant exactement compensable au moyen de la variation de cette distribution d'intensité.