Système optique anamorphotique L'invention se réfère à un système optique pour la production d'images anamorphotiques, dans lequel le rapport entre les dimensions longitudinales et les dimensions latérales est différent de celui qui existe entre les dimen sions de l'objet lui-même. Des systèmes opti ques semblables sont déjà connus et consistent en combinaisons avec des lentilles cylindriques positives et négatives qui sont difficiles à fabri quer.
Pour que l'image soit aussi impeccable que possible, ces lentilles cylindriques sont compo sées de plusieurs éléments qui rendent leur production et leur ajustement d'autant plus difficile. D'ailleurs, jusqu'à présent, les cons tructeurs n'ont pas réussi à réaliser un système optique anamorphotique composé de lentilles, de façon telle que toutes les aberrations soient éliminées à un degré satisfaisant.
Le but de la présente invention est a) de diminuer les difficultés de production; et b) d'améliorer la qualité de l'image.
Ceci peut être réalisé par un système optique anamorphotique comprenant au moins un miroir cylindrique convexe et un miroir cylindrique concave, les axes de ces miroirs cylindriques étant sensiblement parallèles, ca ractérisé en ce que lesdits miroirs sont placés de façon qu'un faisceau lumineux parallèle, tombant sur l'un desdits miroirs, est réfléchi dans la direction de l'autre desdits miroirs et est reconverti par ce dernier en un faisceau approximativement parallèle, les lignes focales desdits miroirs étant sensiblement coïncidentes. Par cet arrangement, un faisceau parallèle de section transversale circulaire tombant sur ce système est converti en un faisceau pratique ment parallèle de section transversale elliptique.
Cependant, il n'est pas indispensable d'obtenir un parallélisme absolu du faisceau émergent conjugué avec un faisceau parallèle incident. On entend par coïncidence de lignes focales que la ligne focale produite par le premier miroir pour un faisceau parallèle ou conver gent ou divergent coïncide à peu près avec celle du second miroir, de façon que les fais ceaux émergents du second miroir soient pra tiquement anastigmatiques.
L'effet anamorphotique est obtenu dans le système selon l'invention par des moyens extrê mement simples. D'ailleurs, ce système est exempt de toute aberration chromatique parce que pratiquement il n'y a que des miroirs.
Les axes parallèles des deux miroirs cylin driques peuvent être situés de différentes ma nières par rapport à l'axe optique de l'objectif de la caméra ou de l'appareil de projection. Des formes d'exécution particulièrement favô- rables seront brièvement décrits dans ce qui suit.
Une première forme d'exécution montre la particularité que les axes des deux miroirs cylindriques sont pratiquement perpendiculaires à l'axe optique de l'objectif de la caméra ou de l'appareil de projection. La caractéristique la plus importante de cette forme d'exécution consiste en ce que l'image est exempte de dé formation, c'est-à-dire des lignes droites hori zontales de l'objet sont représentées dans l'image comme des lignes droites et non comme des lignes courbes, ce qui est le cas dans la seconde forme d'exécution mentionnée ci-des sous.
C'est pour cette raison que la première forme d'exécution est utilisée de préférence en combinaison avec un objectif de caméra de prise de vues.
Une autre forme d'exécution très favorable est celle dans laquelle les axes des deux miroirs et l'axe optique de l'objectif de caméra ou de la lentille de projection sont situés pratique ment dans un seul plan. L'avantage ainsi réa lisé est qu'on obtient un champ de vision très étendu, notamment dans le sens de la plus grande longueur de l'image. En outre, l'aber ration sphérique introduite par le système anamorphotique est considérablement corrigée, et de plus les autres aberrations sont favorable ment influencées à cause des petits angles d'in cidence sur les miroirs. Ce point sera expliqué en détail ci-après avec des références aux des sins.
Un autre avantage de cette forme d'exé cution est qu'elle produit une déformation de l'image telle que, lorsqu'on l'emploie pour la projection, des lignes droites horizontales dans l'objet sont projetées comme les lignes cour bes ayant le côté concave vers le bas. Cette déformation étant à l'opposé de ce qui se passe naturellement quand la projection est donnée dans une salle où la cabine est plus haute que le centre de l'écran concave de projection, cette deuxième forme d'exécution offre une possibi lité de compensation de cette dernière défor mation.
Ces formes d'exécution de l'invention, ainsi que d'autres, sont représentées, schématique- ment et à titre d'exemple, dans le dessin an nexé.
La fig. 1 représente la première forme d'exécution avec deux miroirs cylindriques. La fig. 2 représente la deuxième forme d'exécution.
La fig. 3 représente une forme d'exécution à 4 miroirs.
La fig. 4 représente une variante à deux miroirs, selon la fig. 1, le miroir concave étant formé par une surface d'un ménisque cylin drique ; et la fig. 5 représente une variante à deux miroirs selon la fig. 2, comprenant deux pris mes.
1 en fig. 1 est un objectif, 2 un miroir cylindrique concave et 3 un miroir cylindrique convexe. Les axes et donc les génératrices de ces deux miroirs cylindriques 2 et 3 sont per pendiculaires au plan du dessin. Un faisceau parallèle émergeant de l'objectif 1 convergera, lors de sa réflexion par le miroir concave 2 dans la coupe transversale du dessin, vers la ligne P qui est située près de la ligne focale du miroir concave. Ce faisceau elliptique convergent est reconverti par la réflexion du miroir convexe 3 en un faisceau parallèle dirigé vers le centre de l'écran, étant donné que la ligne focale de ce miroir convexe est égale ment située dans le voisinage de la ligne P.
Par ce montage, on obtient comme résultat que la hauteur dans le plan du dessin du fais ceau émergent est réduite dans une certaine proportion. Supposons dans le cas de la fig. 1 que le facteur de réduction soit égal à 2, tandis que dans la direction perpendiculaire au plan du dessin la section transversale du faisceau reste inchangée. Ceci a pour effet que le champ visuel et, par conséquent, l'image sont agrandis du facteur 2 dans la direction située dans le plan du dessin. Dans le cas de l'application pour la projection cinématographique, le plan du dessin sera donc horizontal.
La forme d'exécution de la fig. 2a se compose de la lentille de projection 4, du mi- roir cylindrique concave 5 et du miroir cylin drique convexe 6. La fig. 2b représente la section de ces miroirs avec le plan XY qui est perpendiculaire au plan du dessin dans la fig. 2a. Les axes et donc les génératrices des deux miroirs sont parallèles au plan du dessin dans la fig. 2a.
Un faisceau parallèle de section transversale circulaire qui tombe sur le miroir 5 aura une section transversale elliptique après émergence du miroir 6, le grand axe se trou vant dans le plan du dessin de la fig. 2a et le petit axe étant perpendiculaire à celui-ci. Par suite, l'image est allongée dans le sens perpen diculaire au plan du dessin dans la fig. 2a, plan qui est vertical dans le cas de la projection cinématographique.
Les aberrations sphériques ainsi que la plupart des autres aberrations sont d'autant plus grandes que l'angle d'incidence a (voir fig. I) des rayons lumineux sur les surfaces réfléchissantes des miroirs est plus grand.
Par exemple, l'aberration sphérique longi tudinale d'un seul miroir cylindrique s'élève à Aberr. long. sphér. = f (1 - 1/Cos. a), où f = distance focale, et a = angle d'inci dence du rayon en question. Il ressort de cette formule que pour de petites valeurs de a et, par conséquent, pour des valeurs de cos a qui tendent rapidement vers 1, l'aberration sphérique longitudinale devient négligeable.
Or, on voit dans la fig. 2 que le système représenté a l'avantage sur celui de la fig. 1 que l'angle d'incidence a est particulièrement petit.
Les systèmes selon les fig. 1 et 2 causent un déplacement parallèle du faisceau émergent par rapport à l'axe optique de la lentille de projection, c'est-à-dire un déplacement hori zontal dans la fig. 1 et un déplacement vertical dans la fig. 2. L'élimination de ce déplacement parallèle peut être désirable dans certains cas. Elle est particulièrement importante dans le cas de l'application à la projection cinémato graphique, parce que, avec les modèles exis tants de cabines et de projecteurs, on n'a sou vent pas la possibilité de déplacer suffisam- ment le projecteur vers le haut ou vers. le bas pour permettre aux faisceaux émergents de pas ser entièrement par la fenêtre de la cabine.
Il faudrait donc agrandir la fenêtre de la cabine, ce qui serait un handicap à cause des lourdes dépenses que cela entraînerait étant donné les exigences techniques rigoureuses stipulées par les règlements de protection contre l'incendie pour les fenêtres de ce genre.
Le déplacement parallèle de faisceaux lu mineux peut en premier lieu être éliminé par l'application d'un système de deux miroirs plans parallèles, situés sous un angle oblique par rapport aux faisceaux lumineux.
Ces miroirs plans doivent de préférence être situés dans le chemin des rayons entre la lentille de projection (ou l'objectif de la ca méra cinématographique) et le système de miroirs cylindriques, de sorte que les rayons émergeant de la lentille soient réfléchis deux fois par les miroirs plans avant qu'ils entrent le système anamorphotique.
Les deux miroirs plans peuvent, si on le désire, être formés par deux faces latérales d'un prisme rhombohédral, ce qui offre des avan tages du point de vue de la fabrication et de l'ajustage.
Une méthode alternative pour éviter ou diminuer le déplacement parallèle consiste à ajouter aux systèmes de deux miroirs cylin driques déjà décrits un deuxième système d'un modèle analogue. En outre, de cette façon on obtient deux avantages supplémentaires Premièrement, la déformation des lignes droites horizontales causée par un seul système de miroirs est partiellement compensée par le second système, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas où l'angle de projection est relativement petit, car dans le cas d'angles de projection considérables il est préférable de mettre à profit la grande déformation d'un seul système, pour la compensation de la distorsion des lignes droites horizontales, causée par des écrans concaves.
Deuxièmement, on obtient l'avantage que l'effet anamorphotique désiré est distribué sur deux systèmes, et ainsi chaque système effec tue moins de travail, ce qui veut dire que l'on peut utiliser des miroirs de courbure plus fai ble. Il en résulte que les aberrations sont réduites et que l'image possède une plus grande netteté.
Une forme d'exécution de ce genre à 4 mi roirs est représentée à la fig. 3. Le plan du dessin est considéré comme étant vertical. En face de l'objectif 26 d'une distance focale f = 50 mm, appartenant à une caméra ou à un projecteur de 16 mm, les miroirs cylin driques 27, 28, 29 et 30 sont placés de la ma nière indiquée dans la fig. 3. Les axes de ces miroirs sont situés pratiquement dans le même plan que l'axé optique de l'objectif. Les miroirs 27 et 29 sont concaves et ont un rayon de courbure de 280 mm, tandis que les miroirs convexes 28 et 30 ont un rayon de courbure de 200 mm.
La distance entre les miroirs 27 et 28 et entre les miroirs 29 et 30 est' de 40 mm, mesurée sur le rayon principal du faisceau qui correspond au point axial de l'ob jet. Chacun des groupes de miroirs 27, 28 et 29, 30 donne un allongement de l'image dans le sens horizontal d'un facteur 1,4, de sorte qu'au total on obtient un allongement ap- proximativement doublé.
Le système à 4 miroirs représenté com pense la déformation résultant de la projection vers le bas sous un angle de 120. De plus, la netteté d'image est très bonne, parce que l'effet anamorphotique de chaque système seul est minime (facteur 1,4), tandis que la combi naison possède un facteur anamorphotique de 2.
Les miroirs 27, 28, 29 et 30 montrés dans le dessin peuvent être, si on le désire, rempla cés entièrement ou partiellement par des pris mes dont la section droite est un triangle rec tangle isocèle et dont les faces-hypoténuses, qui sont totalement réfléchissantes pour le faisceau incident ont été meulées cylindrique- ment de manière à posséder les rayons de cour bure mentionnés ci-dessus.
Quoique les systèmes décrits jusqu'ici aient été déjà bien corrigés, la sous-correction pour l'aberration sphérique qui est effectuée par le miroir concave est souvent trop prononcée pour être entièrement corrigée par le miroir convexe, ceci est le cas particulièrement dans le mode d'exécution représenté en fig. 1, dans laquelle les axes parallèles des deux miroirs cylindriques font avec la normale à l'axe op tique de l'objectif un angle inférieur à 200 en viron.
On peut éliminer cet inconvénient par ad jonction d'un ménisque cylindrique qui donne une surcorrection de l'aberration sphérique.
L'adjonction de cette lentille additionnelle peut se faire de trois façons ; on peut la placer dans le chemin du faisceau entre l'objectif et le premier miroir cylindrique, entre les deux miroirs ou, si on le désire, après le deuxième miroir.
La place préférable pour cette lentille cy lindrique, qui, en variante, peut être remplacée par un système de lentilles cylindriques, dé pendra des conditions de chaque cas particu lier.
Une forme d'exécution avec un ménisque cylindrique est montrée, à titre d'exemple, dans la fig. 4. Le plan du dessin est horizontal. Devant l'objectif 31 de distance focale f = 75 mm, ouverture relative 1 : 1,9, d'une ca méra ou d'un projecteur de 35 mm, est disposé le miroir cylindrique concave 33 avec un rayon de courbure de 602 mm et le miroir cylin drique convexe 34 avec un rayon de courbure de 331 mm. Les axes de ces deux miroirs sont parallèles l'un à l'autre et approximativement perpendiculaires à l'axe optique de l'objectif 31. Le miroir 33 est formé par la surface convexe réfléchissante du ménisque cylindrique dont la surface concave 32 est cylindrique et a un rayon de courbure de 500 mm.
L'épaisseur de cette lentille est de 11 mm et le verre dont elle est faite a un indice de réfraction de 1,52 pour la raie D du spectre et un coefficient de dispersion de v = 60. La distance entre les surfaces des miroirs convexe et concave 34 et 33 est de 166 mm, mesurée sur le rayon principal du faisceau montré dans le dessin. Le système entier a un effet anamorphotique tel que la largeur des faisceaux dans le plan horizontal du dessin est réduite d'un facteur de 2, ce qui signifie que l'image projetée dans le plan horizontal est élargie d'un facteur de 2.
Le ménisque 32, 33 aura une puissance relativement faible puisqu'il est traversé deux fois par le faisceau. La puissance effective est suffisante pour introduire une surcorrection qui compensera la sous-correction résiduelle du système formé par les deux miroirs 34 et 33. D'autre part, sa puissance est si faible qu'il n'introduit pas, dans une proportion gênante, d'autre aberration.
Une forme d'exécution qui ne produit au cune déformation et qui ne cause aucun dépla cement parallèle du faisceau est représenté dans la fig. 5. Elle comprend, en dehors des miroirs cylindriques convexe et concave, deux prismes triangulaires approximativement semblables qui sont placés entre lesdits miroirs, de telle façon que les deux surfaces hypoténuses des prismes soient pratiquement parallèles et situées à une petite distance l'une de l'autre. De plus, le montage est tel que chacune desdites surfaces hypoténuses agisse à la fois comme surface totalement réfléchissante et transmettrice.
Le système est construit pour la projection ana- morphotique d'un film de 35 mm avec un facteur anamorphotique de 2 et comprend les prismes approximativement semblables<I>ABC</I> et DEF. La surface<I>BC</I> du premier prisme est meulée et polie en forme cylindrique convexe et rendue ensuite réfléchissante, de façon à obtenir un miroir cylindrique concave, dont le rayon de courbure est de 332 mm. La surface EF du second prisme est meulée et polie en forme cylindrique concave et rendue ensuite réfléchissante de façon à obtenir un miroir cylindrique convexe d'un rayon de 166 mm.
Les axes de ces deux surfaces-miroirs sont parallèles l'un à l'autre, au plan du dessin et au rayon principal du faisceau lumineux qui tombe de la gauche sur la face d'entrée<I>AB</I> du premier prisme.
Les angles<I>A</I> et<I>D</I> sont de 47 , les angles B et E sont de 93,5o et les angles C et F de 39,511. Les prismes sont faits d'un verre dont l'indice de réfraction est 1,52 pour la raie D du spectre, de façon que l'angle critique de réflexion totale s'élève approximativement à 41o.
On voit dans la fig. 5, en suivant le rayon principal du faisceau qui tombe sur la surface <I>AB</I> à travers le système, que ce rayon principal traverse la surface<I>AB</I> perpendiculairement et tombe sur la surface<I>AC</I> sous un angle a=470. Cette valeur est plus grande que celle de l'angle critique, et ainsi le rayon est totalement ré fléchi.
Ensuite, le rayon est réfléchi par la surface réfléchissante cylindrique<I>BC</I> et tombe pour la deuxième fois sur<I>AC.</I> L'angle d'inci dence (3 = 320 étant maintenant inférieur à l'angle critique, le rayon est transmis et entre dans le second prisme à travers la surface DF. Là, le rayon est d'abord réfléchi par la surface réfléchissante, convexe, cylindrique EF et en suite totalement réfléchi par la surface DF, l'angle d'incidence a = 47o étant de nouveau plus grand que l'angle critique,
et il sort fina lement du second prisme par la surface<I>DE.</I>
La distance entre le miroir<I>BC</I> et EF est réglable, ce qui peut être fait d'une façon très simple, en déplaçant un prisme par rapport à l'autre le long des surfaces<I>AC</I> et DF.
La forme d'exécution qui vient d'être dé crite ne comprend que deux éléments optiques avec seulement deux surfaces cylindriques et les autres planes. Par conséquent, la fabrica tion est très simple. De plus, la qualité de l'image est excellente et la déformation négli geable, à cause des petits angles d'incidence des rayons lumineux sur les deux miroirs.