Brevet FR2977946A1 — publié le 20130118

B10584 - Obturateur 1 OBTURATEUR POUR CAMERA NUMERIQUE Domaine de l'invention L'invention concerne de façon générale la photographie et, plus particulièrement, la réalisation d'un obturateur pour une caméra ou un appareil photographique numérique. Exposé de l'art antérieur On connaît trois façons de régler l'exposition de photogrammes, que ce soit en photographie ou en cinématographie. Une première technique consiste à jouer sur la sensibilité du capteur. En argentique, des pellicules peuvent être fabriquées avec plusieurs sensibilités ce qui permet à l'opérateur de changer de pellicule et de sensibilité en fonction des conditions d'illumination. En numérique, les capteurs actuels ont un rendement de conversion photonique constant. Des capteurs numériques à sensibilité variable afin d'éviter l'éblouissement sous forte lumière ne sont pas encore disponibles. Une deuxième technique consiste à jouer sur le système optique véhiculant la lumière jusqu'au capteur. On peut soit jouer sur l'ouverture du diaphragme de l'objectif, soit jouer sur la transparence du système optique en ajoutant des filtres gris-neutre. Dans le premier cas, on modifie la profondeur de champ en fonction du diamètre du diaphragme, ce qui n'est pas B10584 - Obturateur 2 souhaitable. En effet, la profondeur de champ est souvent utilisée par les opérateurs pour donner des effets particuliers aux images, mais il est préjudiciable qu'elle soit imposée par l'environnement lumineux. Dans le second cas, les filtres de densité neutre nuisent à la définition des images, captent des poussières enregistrées sur l'image, introduisent des réflexions parasites, et sont susceptibles de décaler l'échelle de mise au point des objectifs. Une troisième technique à laquelle s'apparente la présente invention consiste à réduire le temps d'exposition du capteur à l'aide d'un obturateur masquant le capteur pendant une durée variable. Cette technique, largement répandue en photographie d'images fixes, ne modifie pas la profondeur de champ et ne dégrade pas la qualité de l'image. Mais elle pose problème pour la capture d'images cinématographiques car elle induit un effet stroboscopique marqué sur les sujets en mouvement et lors des prises de vues "panoramiques". La figure 1 représente, de façon très schématique et partielle, un dispositif de prise de vue équipé d'un obturateur 1 dans un système réflex. Le système optique est symbolisé par un objectif 12 à l'avant d'une bague de montage 13 délimitant la chambre d'exposition. Un capteur numérique 14 est placé au fond de la chambre d'exposition, généralement dans l'axe du système optique. Dans le cas d'un système reflex, un obturateur 1 à miroir 22 est, hors des périodes d'exposition, intercalé sur le trajet lumineux t et renvoie l'image vers un viseur symbolisé par un verre de visée 11. En figure 1, l'obturateur 1 est à ouverture variable. Il est formé d'un disque mu en rotation autour de son axe et pourvu d'une ouverture 23 dont la largeur conditionne la durée d'exposition. L'obturateur comporte une partie de disque (par exemple, un demi-disque) définissant un premier secteur miroir 22 pour renvoyer les images vers le viseur, et un deuxième secteur 24 dans un plan parallèle pour régler la largeur de l'ouverture 23. Selon l'importance du chevauchement entre le B10584 - Obturateur 3 miroir obturateur 22 et le secteur 24, la taille de l'ouverture 23 est plus ou moins importante. Dans l'exemple de la figure 1, les axes optiques du capteur 14 et du viseur 11 sont perpendiculaires. L'axe de l'obturateur est alors incliné de 45 degrés par rapport à chacun de ces axes pour renvoyer les images vers le viseur. Pour les prises de vue, l'obturateur est entraîné en rotation au rythme des prises d'image et la taille de l'ouverture 23 conditionne la durée d'exposition du capteur 14 à chaque prise d'image. Un problème est que, pour la capture d'images cinématographiques comportant des sujets en mouvement, le temps de capture devient très court, ce qui produit une succession de photogrammes très nets. Il en découle un effet stroboscopique lors de la visualisation du film dans la mesure où le cerveau du spectateur ne parvient plus à fusionner les images projetées. Ce phénomène est d'autant plus important que l'ouverture 23 est petite, la durée d'exposition devenant très faible devant la fréquence des images. Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients des obturateurs connus pour appareil photographique ou cinématographique numérique. Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de proposer un obturateur faisant diminuer le temps d'exposition, donc la quantité de lumière atteignant le capteur photonique, sans engendrer d'effet stroboscopique. Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, on prévoit un obturateur de prise de vue pour dispositif à capteur numérique, entraîné en rotation au rythme de prises d'image, dans lequel l'obturateur comporte au moins un tronçon de disque pourvu d'une pluralité de fentes régulièrement espacées. B10584 - Obturateur 4 Selon un mode de réalisation de la présente invention, les fentes sont régulièrement réparties sur la totalité ou la quasi-totalité d'un disque, adapté à être placé devant le trajet optique du capteur pour diminuer la quantité de lumière atteignant ce dernier. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les fentes sont réparties sur un tronçon de disque. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit tronçon de disque à fentes est coaxial à un tronçon de 10 disque formant un obturateur plein. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les fentes sont de largeur variable. On prévoit également un dispositif de prise de vue comportant un tel obturateur. 15 On prévoit également une caméra numérique équipé d'un tel dispositif de prise de vue. On prévoit également un appareil photographique numérique équipé d'un tel dispositif de prise de vue. Brève description des dessins 20 Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 décrite précédemment représente de façon 25 très schématique un système de prise de vue classique à obturateur à ouverture variable ; les figures 2A et 2B représentent, de façon très schématique et en perspective, un mode de réalisation d'un appareil de prise de vue, respectivement hors et pendant la 30 durée d'exposition ; la figure 3 est une vue en perspective schématique et partielle illustrant une variante de réglage de l'obturateur des figures 2A et 2B ; B10584 - Obturateur les figures 4A et 4B représentent de façon partielle un autre mode de réalisation, respectivement hors et pendant la durée d'exposition ; et les figures 5A et 5B représentent de façon partielle 5 encore un autre mode de réalisation, respectivement hors et pendant la durée d'exposition. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension de l'invention ont été représentés et seront décrits. En particulier, les constituants du dispositif de prise de vue autres que l'obturateur n'ont pas été détaillés, l'invention étant compatible avec les systèmes optiques, systèmes de visée, capteurs numériques, etc. usuels. Les figures 2A et 2B sont des représentations schématiques d'un mode de réalisation d'un dispositif de prise de vue, respectivement dans une position de renvoi de l'image vers un viseur 11 et d'exposition d'un capteur numérique 14. Ces figures sont à rapprocher de la figure 1 décrite précédemment. Les rayons lumineux (symbolisés par un pointillé t) traversent un système optique d'un objectif 12 monté sur une bague 13 pour arriver dans la chambre de prise de vue. Selon le mode de réalisation des figures 2A et 2B, un obturateur 2 en forme de disque est entraîné en rotation autour de son axe. Dans cet exemple, cet axe est incliné à 45° par rapport à l'axe d'un viseur 11 perpendiculaire à l'axe du système optique 12, et par rapport à l'axe optique d'un capteur 14 aligné avec l'axe du système optique 12. Toute autre inclinaison pourra être prévue en fonction des axes respectifs du capteur et du viseur par rapport à l'axe du système optique. On prendra par la suite l'exemple d'un capteur numérique, mais l'obturateur décrit s'applique aussi aux appareils traitant des films photographiques, même si les avantages sont moins flagrants qu'en photographie numérique. B10584 - Obturateur 6 Pour une caméra, l'obturateur est entraîné en rotation au rythme des prises d'image. S'agissant d'un système reflex, approximativement la moitié du disque de l'obturateur est un miroir 22 de façon à réfléchir les rayons lumineux vers le viseur 11 (figure 2A). L'autre moitié 26 du disque comporte une pluralité de fentes radiales 28, régulièrement réparties dans le demi-disque 26. Ainsi, lorsque la partie 26 de l'obturateur 2 se trouve sur le trajet optique t (figure 2B), le capteur 14 est exposé plusieurs fois dans une durée globale complémentaire sur un tour de celle occupée par le passage de l'obturateur-miroir 22. La vitesse de rotation de l'obturateur est choisie en fonction de la fréquence d'image. A titre d'exemple particulier, la cadence la plus utilisée en cinématographie est de 24 photogrammes par seconde. La période de rotation est alors de 40 millisecondes. Une partie de cette période est utilisée pour transférer les charges du capteur numérique 14 vers une mémoire qui lui est associée. L'autre partie de la période est utilisée pour exposer les éléments photosensibles (photosites) du capteur. Dans l'exemple des figures 2A et 2B, on suppose que ces périodes d'exposition et d'interprétation correspondent chacune à la moitié de la période d'image. D'autres durées sont envisageables en adaptant les plages angulaires respectives des parties 22 et 26. Pendant la période d'exposition, les mouvements des objets photographiques provoquent, sur l'image enregistrée, un flou de bougé qui permet au cerveau de l'observateur de fusionner les images successives et de reconstruire un mouvement continu malgré la période d'interprétation pendant laquelle aucune image n'est prise. Cela permet d'exposer le capteur sur la totalité de la période disponible afin qu'il enregistre le flou de bougé de l'objet tout en réduisant la quantité de lumière qui atteint le capteur. Le nombre et la largeur des fentes 28 conditionnent la 35 durée d'exposition cumulée du capteur. Le nombre de fentes est B10584 - Obturateur 7 de préférence compris entre 10 et 50 pour distribuer uniformément l'exposition sur le demi-disque. La largeur d'ouverture des fentes 28 est choisie pour que le rapport opacité/transparence corresponde à la réduction d'exposition souhaitée pour la prise d'image sous forte luminosité. La figure 3 est une vue en perspective, partielle et schématique, illustrant un mode de fonctionnement de l'obturateur 2 des figures 2A et 2B. Pour préserver un fonctionnement en pleine sensibilité du capteur 14, le demi-disque 26 est escamotable derrière le demi-disque miroir 22. Ainsi, selon que ce demi-disque est ou non rétracté, la sensibilité du capteur est pleine ou réduite. On pourra également prévoir un escamotage partiel du demi-disque 26 comme l'illustre la figure 3 pour conférer au dispositif une sensibilité intermédiaire, au prix d'une légère dégradation vers un effet stroboscopique. Selon une variante non représentée, le réglage de la transmission de lumière est obtenu par la superposition de deux disques à fentes, ou parties de disques, ayant des fentes de même taille, de préférence avec un rapport de moitié entre surface opaque et surface vide. Le décalage angulaire entre les deux disques règle le taux de transmission de lumière. On notera que l'on a pris l'exemple d'un système réflex où la période d'interprétation de l'exposition du capteur est mise à profit pour renvoyer l'image vers le viseur. Cela n'est toutefois pas indispensable, le secteur 22 de l'obturateur pouvant ne pas porter de miroir pour simplement occulter la transmission de lumière vers le capteur. Selon une autre variante où le capteur 14 n'a pas besoin d'une période de noir pour transférer les charges, la partie pleine 22 peut être omise. Les figures 4A et 4B représentent un autre mode de réalisation selon lequel un obturateur rotatif multi-fente 3 est déplacé par translation entre une position (figure 4A) où il obture le trajet t provenant de l'objectif de prise de vue vers B10584 - Obturateur 8 le capteur numérique 14 et une position (figure 4B) où il libère le capteur 14. Cette dernière position permet de conserver la sensibilité maximale du capteur numérique 14 pour des prises de vues sous faible luminosité. Dans le mode de réalisation des figures 4A et 4B, un obturateur 2 rotatif à miroir reste prévu. Pour le cas où le capteur 14 requiert d'être dans le noir pendant la période d'interprétation (transfert des charges) de ses photosites, et si le système de visée n'est pas reflex, l'obturateur-miroir 2 peut être omis et remplacé par un secteur opaque 31 sur le disque obturateur 3. Par rapport au mode de réalisation des figures précédentes, le mode de réalisation des figures 4A et 4B nécessite un moteur électrique ou un dispositif manuel de translation de l'obturateur 3 en plus d'un moteur de rotation sur son axe pendant les prises d'image. Les figures 5A et 5B représentent encore un autre mode de réalisation selon lequel un obturateur à fentes 4 est placé selon un axe fixe parallèle à l'axe optique du capteur et un obturateur 2 reste présent. L'obturateur 4 comporte un tronçon de disque 46 vide, c'est-à-dire complètement ouvert. Selon que la sensibilité doive être maximale ou réduite, l'obturateur 4 est soit bloqué dans une position (figure 5B) où le tronçon 46 est face au capteur 14, soit entraîné en rotation de façon synchronisée avec l'obturateur 2 (figure 5A) pour que les fentes passent devant le capteur 14 à chaque période où l'obturateur 2 libère le trajet optique provenant du système optique de l'objectif de prise de vue. Là encore, un réglage de largeur des fentes peut être obtenu avec deux disques à fentes 4 ayant tous les deux des 30 tronçons ouverts pour la pleine sensibilité. En variante, plusieurs sensibilités peuvent être obtenues avec un disque ayant des fentes de tailles variables sur des tronçons différents, chaque tronçon ayant une taille suffisante pour passer devant le capteur dans un mouvement de va 35 et vient. B10584 - Obturateur 9 Divers modes de réalisation ont été décrits, diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le choix parmi les différents modes de réalisation dépend de la taille disponible dans le dispositif de prise de vue et de la complexité souhaitée pour le système. La mise en oeuvre pratique de l'invention est à la portée de l'homme du métier à partir de la description fonctionnelle ci-dessus. En particulier, la réalisation des pièces mécaniques et des éléments de motorisation, de même que celle des systèmes électroniques de synchronisation sont à la portée de l'homme du métier en utilisant des techniques d'usinage et de commande en elles-mêmes usuelles. En outre la répartition des fentes pourra être sur la totalité ou sur la quasi-totalité du disque. 5 10 20 REVENDICATIONS1. Obturateur de prise de vue, entraîné en rotation au rythme de prises d'image, dans lequel l'obturateur (2, 3, 4) comporte au moins un tronçon de disque (26) pourvu d'une pluralité de fentes (28) régulièrement espacées. 2. Obturateur selon la revendication 1, dans lequel les fentes (28) sont régulièrement réparties sur la totalité ou la quasi-totalité d'un disque, adapté à être placé devant le trajet optique du capteur (14) pour diminuer la quantité de lumière atteignant ce dernier. 3. Obturateur selon la revendication 1, dans lequel les fentes (28) sont réparties sur un tronçon de disque. 4. Obturateur selon la revendication 3, dans lequel ledit tronçon de disque à fentes (28) est coaxial à un tronçon de disque formant un obturateur plein (22). 5. Obturateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les fentes (28) sont de largeur variable. 6. Dispositif de prise de vue comportant un obturateur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 7. Caméra numérique équipée d'un dispositif conforme à la revendication 6. 8. Appareil photographique numérique équipé d'un dispositif conforme à la revendication 6.