Brevet FR3032040A1 — publié le 20160729

Zoom anamorphique modulaire Le domaine de l'invention est celui des zooms optiques et plus spécifiquement des zooms réalisant une anamorphose de l'objet, c'est-à-dire que la focale du zoom est différente selon deux directions perpendiculaires. Ces zooms sont appelés anamorphiques dans la suite de la description. Ces zooms sont utilisés soit avec des capteurs numériques, soit avec des films argentiques. Ces zooms anamorphiques ont plusieurs intérêts. Ils permettent d'adapter le format de la prise de vue au format du détecteur, pour utiliser toute sa surface afin de ne pas perdre en résolution et en sensibilité. Ainsi, il est possible de faire une image au format 16/9 sur un capteur au format 4/3 ou une image au format cinémascope de rapport 2,35 sur un capteur au format 16/9. Le changement de format donne le rapport d'anamorphose. Ainsi, dans ce dernier exemple, le rapport d'anamorphose est de 1.33. On peut également réaliser une image en cinémascope sur un film 35 mm directement au format de projection égal à 22x18,6 pour gagner en résolution au moment de la prise de vue, et éviter l'opération dite de « gonflage », chère et dégradant la qualité, nécessaire en cas de prise de vue au format Super 35 pour étirer l' image verticalement d'un facteur 2 lors de la création des copies destinées aux salles de projection. Enfin, l'anamorphose permet d'obtenir des effets artistiques. La prise de vue anamorphique donne un sentiment de longue focale sur un plan large et un sentiment de proximité des plans en profondeur dû à la différence de focale selon les directions. Comparativement aux optiques de révolution, la profondeur de champ réduite de ces combinaisons anamorphiques et l'effet de Bokeh associé contribuent à l'esthétique particulière des prises de vue anamorphiques, l'effet de Bokeh correspondant au flou des arrières plans qui se trouvent en dehors de la profondeur de champ. Cependant, un zoom anamorphique est un objectif optique 30 complexe. Par essence, le zoom comporte nécessairement des systèmes mécaniques de déplacement de lentilles ou de groupes de lentille mobiles pour obtenir les variations de focale souhaitées. C'est une première difficulté. 3032040 2 Par ailleurs, la réalisation d'un objectif optique anamorphique n'est pas simple. Historiquement, trois configurations d'objectifs à base de lentilles pour la prise de vue anamorphique ont été proposées. Ces configurations dépendent de la position dans la combinaison optique des éléments réalisant 5 l'anamorphose, classiquement constitués de composants cylindriques ou toriques qui peuvent se trouver: - en position frontale de l'objectif ; - en situation afocale au centre de l'objectif ; - en situation d'adaptateur sur la monture de l'objectif. 10 Il existe également des solutions optiques à base de conducteurs d'images à fibres optiques, connus également sous le terme de « tapers » telles que celles décrites dans le brevet CA 2088004 intitulé « System and method for using an anamorphic fiber optic taper to extend the application of solid-state image sensors ». 15 En position frontale, les lentilles cylindriques sont lourdes et imposantes. C'est une configuration qui peut offrir des ouvertures importantes mais qui présente les handicaps suivants : - une qualité optique souvent médiocre à courte distance. 20 L'optique anamorphique apporte des aberrations pour les champs ou rayons d'ouverture diagonaux par rapport aux axes principaux des cylindres ; - une lumière parasite importante ; - la présence d'aberration de coma ; - un encombrement important ; 25 - un poids important qui peut atteindre 5 à 7 kg ; - un prix excessif. A titre d'exemple, le brevet US4362366 intitulé « Focal Lenght Extender » met en oeuvre un système anamorphique séparés en deux parties : - Une partie frontale à base de cylindres. - Une partie arrière anamorphique, devant le plan film. Les deux modules cylindriques encadrent un objectif à focale fixe conventionnel présentant une symétrie de révolution. 3032040 3 Il est également possible de réaliser l'anamorphose à l'aide d'un système à prismes, comme le propose le brevet GB795001 intitulé « Improvements in or relating to anamorphosing systems ». Les anamorphoseurs à prismes, fonctionnant généralement en faisceaux 5 parallèles sont bien connus de l'art antérieur, qu'ils soient de type Brewster ou Amici. Ils présentent généralement des chromatismes latéraux difficiles à corriger sur des champs importants, de la distorsion et de la courbure sur les lignes perpendiculaires à la direction de l'anamorphose. On peut cependant citer le brevet FR2726916 intitulé « Oculaire anamorphoseur et dispositif 10 d'imagerie infrarouge équipé d'un tel oculaire» qui décrit une solution combinant un prisme réalisant toute l'anamorphose et un prisme utilisé au minimum de déviation pour compenser les chromatismes, les courbures et lignes et les dérives thermiques. Par contre, le champ vertical de l'application décrite, avec une barrette détectrice linéaire, reste faible. 15 Les configurations anamorphoseurs dites « arrières » sont décrites dans l'art antérieur. On citera, à titre d'exemple de réalisation, le brevet US2006/0050403 intitulé « Anamorphic imaging system ». Il existe également des solutions dans lesquelles l'anamorphose est produite à l'intérieur de l'objectif. On citera, comme exemple de 20 réalisation, le brevet US2007/0081257 intitulé « Optical system including an anamorphic lens »/ Les zooms anamorphoseurs sont relativement rares. Ils comportent tous des lentilles cylindriques situées uniquement dans la partie 25 avant, servant à la mise au point en amont du variateur. Celui-ci est composé de deux groupes mobiles assurant la variation de focale et la conservation de la netteté de l'image. Cette configuration impose des lentilles cylindriques de grandes dimensions, lourdes, chères et délicates à réaliser car leurs spécifications de forme et d'alignement dans la mécanique sont tendues. La 30 présence de lentilles cylindriques dans l'élément servant à la mise au point crée des variations du coefficient d'anamorphose avec la mise au point, c'est-à-dire avec la distance de l'objet dont on veut former l'image. Il existe aussi des compléments optiques ou « attachment » à intercaler entre un zoom sphérique et la caméra pour étirer l'image 35 verticalement, afin de couvrir l'intégralité du format de prise de projection. 3032040 4 Cela permet de faire des prises de vue anamorphiques avec un objectif standard et à faible coût, mais la qualité optique obtenue est médiocre en raison des contraintes optiques et mécaniques inhérentes à ce type de solution. 5 Bien entendu, compte-tenu de ce qui précède, réaliser un «zoom anamorphique » à rapport d'anamorphose variable n'est pas envisageable. Actuellement, pour modifier le rapport d'anamorphose du zoom, la seule solution est de changer de zoom anamorphique, ce qui est une solution très 10 couteuse. Le zoom anamorphique selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Il comprend deux ensembles modulaires. Le premier assure la fonction zoom et le second la fonction anamorphose. Ainsi, en changeant 15 uniquement la partie arrière, on obtient un nouveau rapport d'anamorphose. Plus précisément, l'invention a pour objet un système optique modulaire de type zoom, caractérisé en ce que ledit système optique modulaire comporte un premier dispositif optique à focale réglable, chaque focale donnant une position d'image invariante dans le plan de focalisation et au moins un 20 second dispositif optique anamorphoseur et un troisième dispositif optique, ledit second dispositif optique et ledit troisième dispositif optique comprenant chacun des moyens d'accouplement avec ledit premier dispositif optique à focale variable, l'ensemble formé par l'accouplement du premier dispositif optique et du second dispositif optique formant un premier zoom 25 anamorphoseur, ledit premier dispositif étant placé à l'avant dudit premier zoom, l'ensemble formé par l'accouplement du premier dispositif optique et du troisième dispositif optique formant un second zoom, ledit premier dispositif étant placé à l'avant dudit second zoom. Avantageusement, le troisième dispositif optique est également un 30 dispositif anamorphoseur de rapport d'anamorphose différent de celui du second dispositif optique, l'ensemble formé par l'accouplement du premier dispositif optique et du troisième dispositif optique formant un second zoom anamorphoseur. Avantageusement, le troisième dispositif optique est un dispositif 35 de révolution, l'ensemble formé par l'accouplement du premier dispositif 3032040 5 optique et du troisième dispositif optique formant un troisième zoom sans anamorphose. Avantageusement, le second dispositif optique anamorphoseur comporte des lentilles cylindriques ou sphéro-cylindriques.. 5 Avantageusement, le second dispositif optique comporte, dans cet ordre, une pluralité de lentilles sphériques ou sphéro-cylindriques suivi d'un groupe comportant lesdites lentilles cylindriques ou sphéro-cylindriques, lesdites lentilles cylindriques ou sphéro-cylindriques étant au plus près de la sortie du second dispositif optique anamorphoseur. 10 Avantageusement, le second dispositif optique comporte, dans cet ordre, un premier groupe de lentilles cylindriques ou sphéro-cylindriques, une pluralité de lentilles sphériques suivies d'un second groupe de lentilles cylindriques ou sphéro-cylindriques. Avantageusement, le second dispositif optique anamorphoseur 15 comporte un dispositif anamorphoseur à prismes. Avantageusement, le second dispositif optique anamorphoseur comporte, dans cet ordre, un premier groupe de lentilles sphériques agencés de façon que l'ensemble du système formé par le premier dispositif optique et ledit premier 20 groupe de lentilles sphériques soit approximativement afocal ; les prismes du dispositif anamorphoseur ; un second groupe de lentilles sphériques de focalisation. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 25 apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles La figure 1 représente une vue en demi-coupe d'un zoom selon l'art antérieur ; La figure 2 représente un système optique modulaire selon 30 l'invention ; La figure 3 représente une première combinaison optique d'un zoom anamorphique selon l'invention comportant un premier module anamorphoseur ; 3032040 6 La figure 4 représente une seconde combinaison optique d'un zoom anamorphique selon l'invention comportant un second module anamorphoseur ; La figure 5 représente une troisième combinaison optique d'un 5 zoom anamorphique selon l'invention comportant un troisième module anamorphoseur ; La figure 6 représente une quatrième combinaison optique d'un zoom anamorphique selon l'invention comportant un quatrième module anamorphoseur. 10 La figure 1 représente une vue en demi-coupe d'un zoom selon l'art antérieur. Il comporte des lentilles simples 1 et des doublets optiques 2. Ce zoom comprend une partie avant 10 et une partie arrière 20. La partie avant 10 comporte les groupes de lentilles mobiles appelés variateurs 15 permettant d'obtenir les variations de focale souhaitées. La partie arrière ne comporte que des lentilles fixes, éventuellement réglables en usine. L'ensemble des optiques se loge dans une unique mécanique 30 qui comporte les organes permettant d'assurer les variations de grandissement, la mise au point et le réglage de l'ouverture de l'iris 3. 20 Dans le dispositif selon l'invention, la partie arrière 20A du zoom peut se désolidariser de la partie avant 10. On obtient, comme on le voit sur la figure 2, un système modulaire dans lequel la partie arrière 20A peut être remplacée par une autre partie arrière 20B ayant des caractéristiques optiques différentes. Nécessairement, ces parties 20A et 20B comportent 25 des moyens d'accouplement mécanique identiques avec la partie avant 10. Ces moyens d'accouplement ne posent pas de problèmes particuliers pour l'homme du métier, le changement de partie arrière nécessitant les moyens mécaniques et les méthodologies usuelles de montage-démontage des optiques. 30 La partie arrière 20 peut être un objectif à symétrie radiale. Mais, la modularité est particulièrement intéressante lorsque la partie arrière est un dispositif optique anamorphoseur. En effet, on peut ainsi facilement, par cette technique, changer le rapport d'anamorphose pour l'adapter à la prise de vues. On obtient ainsi un zoom modulaire anamorphoseur. 3032040 7 Dans le cas d'un zoom optique anamorphoseur, plusieurs variantes de réalisation du dispositif optique anamorphoseur sont possibles. Dans un premier mode de réalisation, l'anamorphose est réalisée par des lentilles cylindriques. Dans une première variante, les cylindres se 5 situent uniquement vers la sortie du zoom, proche du plan film ou du capteur comme dans un complément optique. En intégrant les surfaces cylindriques directement dans le groupe arrière, la qualité optique peut être améliorée par rapport à un complément amovible, mais reste néanmoins assez limitée si l'on n'introduit pas de surface cylindrique proche de la pupille, iris 3 de la 10 figure 1. Dans une seconde variante de réalisation, les cylindres sont répartis dans tout le groupe arrière, y compris sur les surfaces optiques proches de l'iris. La qualité optique nominale peut être très notablement améliorée par rapport à la solution précédente, mais par contre la réalisation 15 des surfaces cylindrique proches de la pupille est plus difficile. De plus, leur sensibilité de positionnement rend cette construction plus délicate mécaniquement. Dans les deux cas, on obtient une meilleure correction des aberrations géométriques en associant des cylindres orientés horizontalement et verticalement, contrairement aux compléments optiques 20 qui laissent l'une des directions complètement inchangée, et ne comportent donc que des cylindres tous parallèles. Dans une variante, il est également possible de réaliser un anamorphoseur à partir de lentilles toriques. Dans un second mode de réalisation, l'anamorphose est réalisée grâce à des prismes, et non plus des 25 cylindres. On évite ainsi la réalisation délicate des surfaces cylindriques. Par contre, ces solutions sont plus longues et encombrantes, et nécessitent plusieurs prismes pour avoir une image de sortie dans l'axe de prise de vues. Les angles au sommet des prismes, leurs basculements par rapport à l'axe optique et la séquence de matériaux du train de prisme sont optimisés pour 30 réduire les distorsions et les chromatismes. On peut bien entendu associer prismes et cylindres. En particulier des prismes proches de l'iris pour la facilité de réalisation des surfaces planes avec des tolérances élevées, et des cylindres vers la sortie dans une zone moins critique pour leur faible encombrement. 35 3032040 8 Les figures 3, 4, 5 et 6 représentent différents modules anamorphoseurs réalisés selon l'un des principes précédents pouvant se coupler avec un premier module 10 de type zoom. Ce premier module 10 est identique sur les quatre figures 3, 4, 5 et 6. Il correspond également au 5 module avant 10 de la figure 1. Chaque figure comporte deux représentations selon un premier plan de coupe vertical correspondant au schéma du bas de la figure et un second plan de coupe horizontal correspondant au schéma du haut de la figure. Dans ces plans de coupe, les composants optiques sont représentés 10 en traits gras continus, l'axe optique en tirets cadratin-point et les limites mécaniques du premier module 10 et du second module 20 en tirets. Les lentilles et doublets cylindriques ou sphéro-cylindriques sont notées indifféremment LC. Les prismes sont notés PR. Le plan de focalisation ou plan film est noté P. 15 Les systèmes des figures 3, 4 et 5 comportent tous des lentilles cylindriques ou sphéro-cylindriques à axes croisés. Les axes sont contenus dans les plans de coupe. Le système optique modulaire de la figure 3 comporte un module 20C où l'anamorphose est réalisée par un kit à base de lentilles cylindriques LC. Ce groupe arrière 20C est disposé entre l'iris 3 et le 20 plan film P. Les axes des cylindres des lentilles cylindriques sont tous parallèles à l'un des plans de coupe. La figure 4 représente un système optique modulaire comportant un kit anamorphique 20D dans lequel les lentilles cylindriques ou sphérocylindriques LC sont proches du plan film P. 25 La figure 5 représente un système optique modulaire comportant un kit anamorphique 20E dans lequel les premières lentilles cylindriques ou sphéro-cylindriques LC sont à l'avant du module 20E, vers l'iris 3. La figure 6 représente un système optique modulaire comportant 30 un kit anamorphique 20F dans lequel l'anamorphose est réalisée par un système de prismes PR et de lentilles. REVENDICATIONS1. Système optique modulaire de type zoom, caractérisé en ce que ledit système optique modulaire comporte un premier dispositif optique (10) à focale variable, la position axiale de l'image correspondant à chaque focale étant invariante dans le plan de focalisation (P) et au moins un second 5 dispositif optique anamorphoseur (20B, 20C, 20D, 20E, 20F) et un troisième dispositif optique (20A), ledit second dispositif optique et ledit troisième dispositif optique comprenant chacun des moyens d'accouplement avec ledit premier dispositif optique à focale variable, l'ensemble formé par l'accouplement du premier dispositif optique et du second dispositif optique 10 formant un premier zoom anamorphoseur, ledit premier dispositif étant placé à l'avant dudit premier zoom, l'ensemble formé par l'accouplement du premier dispositif optique et du troisième dispositif optique formant un second zoom, ledit premier dispositif étant placé à l'avant dudit second zoom. 15 2. Système optique modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième dispositif optique (20A) est également un dispositif anamorphoseur de rapport d'anamorphose différent de celui du second dispositif optique, l'ensemble formé par l'accouplement du premier dispositif optique et du troisième dispositif optique formant un second zoom 20 anamorphoseur. 3. Système optique modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième dispositif optique (20A) est un dispositif de révolution, l'ensemble formé par l'accouplement du premier dispositif optique et du 25 troisième dispositif optique formant un troisième zoom. 4. Système optique modulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second dispositif optique (20B, 20C, 20D, 20E, 20F) anamorphoseur comporte des lentilles (LC) cylindriques ou 30 sphéro-cylindriques. 5. Système optique modulaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second dispositif optique comporte, dans cet ordre, une pluralité 3032040 10 de lentilles sphériques suivi d'un groupe comportant lesdites lentilles cylindriques ou sphéro-cylindriques, lesdites lentilles cylindriques ou sphérocylindriques étant au plus près de la sortie du second dispositif optique anamorphoseur. 6. Système optique modulaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second dispositif optique comporte, dans cet ordre, un premier groupe de lentilles cylindriques ou sphéro-cylindriques, une pluralité de lentilles sphériques suivies d'un second groupe de lentilles cylindriques ou sphéro-cylindriques. 7. Système optique modulaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second dispositif optique anamorphoseur comporte un dispositif anamorphoseur à prismes (PR). 8. Système optique modulaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que le second dispositif optique anamorphoseur comporte, dans cet ordre, un premier groupe de lentilles sphériques agencés de façon que 20 l'ensemble du système formé par le premier dispositif optique et ledit premier groupe de lentilles sphériques soit sensiblement afocal ; les prismes du dispositif anamorphoseur ; un second groupe de lentilles sphériques de focalisation.