<Desc/Clms Page number 1>
Système optique
La présente invention concerne des systèmes optiques, et plus particulièrement, quoique non exclusivement, des perfection- nements apportés à des systèmes optiques servant à déplacer un polemnt lumineux, dans un appareil explorateur de fac-similé par exemple, ou à diriger un faisceau lumineux, comme dans les appareils de projec- tion animée.
Suivant l'invention, on crée un élément optique mobile de réfraction ayant un minimum de séparations de réfraction de la lu- mière, qui est exempt des différentes aberrations d'image qui se font normalement remarquer lorsqu'on veut réduire le nombre de ces séparations. L'invention permet donc de réduire le nombre de faces actives ou séparations d'un élément mobile de réfraction tout en évitant en même temps la conséquence normale de cette réduction, ce
<Desc/Clms Page number 2>
qui constitue un notable perfectionnement.
Un élément mobile de réfraction en forme de prisme polygonal s'emploie dans des explorateurs optiques pour certain systèmes de fac-similé bien connus, soit à l'explorateur de transmission, soit à l'explorateur d'enregistrement, soit aux deux. Jusqu'ici, les meilleurs prismes étaient hexagonaux et certains avaient jusque huit faces optiques utiles.
Cependant si l'on emploie un plus grand nombre de faces pour diminuer les difficultés dans l'utilisation d'un prisme rotatif, d'autres difficultés apparaissentPoux augmenter le rendement, on a em- ployé des prismes ayant moins de six faces mais une difficulté plus grande est apparue sous la forme de l'aberration d'image qui a été augmentée. La découverte, qui est une caractéristique majeure de cette invention, consiste à appliquer une qorrection optique aux séparations de réfraction du prisme ou à des surfa- ces de séparation complémentaires.
Les prismes rotatifs réali- sant cette caractéristique sont très utiles dans des systèmes optiques autres que dans un appareil explorateur de fac-similé, par exemple, dans les appareils de projection animée du type dans lequel un négatif sensible à la lumière ou un film posi- tif imprimé se déplace continuellement.
L'invention a encore pour buts de produire: unélément optique mobile servant à diriger un fais- ceau lumineux ou un rayon lumineux dont les séparations de ré- fraction successives reçoivent une correction optique; un prisme rotatif servant à diriger un rayon lumineux et ayant ses faces optiques utiles ou ses séparations optiques formées de façon à présenter pratiquement une surface de révo- lution ; un prisme rotatif servant à diriger un rayon lumineux
<Desc/Clms Page number 3>
et ayant ses faces ou ses séparations optiques utiles en forme de lentilles légèrement positives; un prisme optique d'exploration pour un appareil ex- plorateur de fac-similé ayant ses faces optiques utiles formées de façon à maintenir un point lumineux au foyer lorsqu'il tra- verse la matière présentée à l'exploration.
D'autres buts plus particuliers de l'invention appa- raîtront clairement de la description ci-après et des dessins annexés, dans lesquels:
Les figures 1 et 2 montrent schématiquement les dé- fauts optiques inhérents à la transmission de la lumière par un prismé à quatre faces.
La figure 3 montre, à titre d'exemple, un système de déflexion-de rayons réalisant linvention.
La figure 4 est semblable à la'figure 3 et il en sera fait mention dans l'exposé théorique de l'invention.
La figure 5 donne des courbes de rendement comparati- ves.
Les figures 6 et 7 sont des vues en plan et en élé- vation d'un système explorateur optique réalisant l'invention*
Les figures 1 et 2 peuvent être considérées comme re- présentant en général les dispositifs employés antérieurement pour balayer à l'aide d'un faisceau convergent ou d'un rayon lumineux concentré une surface de forme déterminée: Un rayon ou un faisceau lumineux 10 converge vers un foyer 12 après avoir traversé un prisme carré 14 avec ses faces parallèles perpendi- culaires , l'axe dufalsceau, comme le montre la figure 1. Le foyer 12 se trouve dans un plan 15 qui est le plan d'image Idéal dans lequel le faisceau doit converger pour toutes les positions angulaires du prisme 14 lorsqu'il tourne autour d'un axe 16 per- pendiculaire au plan de la figure 1.
On le fait tourner dans le
<Desc/Clms Page number 4>
sens de la floche. Les dispositifs de la fige 1 et de la fige 2 représentent, comme on. peut le voir, les parties optiques fina- les d'un explorateur de fac-similé dans lequel un faisceau lumi- neux est concentré sur une bande de papier portant des caractè- res et se trouvant et se déplaçant dans le plan d'image 15 à angles droits avec le plan des figures. Le faisceau convergent est balayé de façon répétée sur toute la largeur de la bande par le prisme 14. Les déplacements successifs du faisceau sont espacés par le mouvement de la bande*Un explorateur de fac-si- milé de ce genre est décrit plus en détail dans le brevet amé- ricain N 2.222.937 du 26 novembre 1940 au nom de G.L.Dimmick.
Lorsque le prisme 14 atteint la position montrée à la figure 2, le faisceau lumineux 10 est séparé en deux parties, dont une, désignée par le chiffre 10a, a un angle d'incidence plus petit avec une face du prisme et converge ou se concentre en 12a derrière le plan d'image idéal 12. L'autre partie du faisceau, désignée par le chiffre 10b. coupe sa face de prisme sous un angle d'incidence plus grand et converge ou se concentre en 12b toujoursderrière .Le plan d'image idéal* Un prisme employé de cette manière pour balayer un point lumineux sur un écran ou une surface comme dans un explorateur de fac-similé, fait au'à cha- que balayage 11 y a, un spot lumineux qui n'est pas au point.
La courbe 18 de la, figure 5 montre la quantité de déré- glage ou 'la courbure du déplacement" comparée à la distance par- courue par le spot le long du plan d'image idéal.
Suivant l'invention, on évite le déréglage du spot pen- dant son déplacement leong du plan. d'image idéal en faisant des corrections optiques sur chaque face du prisme. En sereportant à la figure 3, on y voit un prisme 20 réalisant l'invention dont les faces utiles sont convexes vers l'extérieur (dune façon
<Desc/Clms Page number 5>
exagérée dans le dessin) de façon à faire une correction opti- que positive* Chacune des faces utiles 22 à 25 est une surface de révolution; elle peut être sphérique ou cylindrique. La con- vexité des surfaces utiles du prisme est très faible puisqu'il ne faut obtenir qu'une lentille légèrement positive. Le système optique associé ne doit être que peu différent de celui employé avec les prismes antérieurs à faces planes.
Ainsi, les change- ments à apporter à un appareil existant sont minimes, pour reti- rer le bénéfice entier de l'invention lorsqu'elle est appliquée à un tel appareil.
Les prismes réalisant les caractéristiques de cette invention peuvent être moulés en matière plastique transparente convenable ou ils peuvent être caillés. Pour la plupart des appli- cations, un prisme réalisant l'invention aura une plus grande épaisseur entre ses faces utiles qu'un prisme à faces utiles planes. Cette augmentation d'épaisseur supprime la tendance qu'a la courbure de surface ajoutée, de réduire le déplacement du spot pour une rotation donnée du prisme. L'indice de réfraction de la matière du prisme ne peut pas être perdu de vue en réalisant un prisme suivant l'invention* Par exemple, une matière ayant un in- dice de réfraction de 1,5 sera bonne pour un prisme plus grand, tandis que le prisme peut être plus petit pour un indice de ré- fraction'élevé, dans les environs de 1,57.
La structure générale et les dimensions d'un système optique réalisant l'invention se- ront décrites ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux fi- gures 6 et 7 des dessins.
. La courbe 19 de la figure 5 présentée à la même échelle que la courbe 18 montre combien le point focal reste collé au plan d'image idéal pendant la rotation du prisme lorsque l'on suit les enseignements de la présente invention. Les détails d'un
<Desc/Clms Page number 6>
prisme, dont cette courbe est le reflet du fonctionnement, seront discutés plus à fond, en se référant aux figures 6 et des des- sins.
Le ,egré de précision nécessaire dans la construction d'un prisme suivant l'invention ainsi que les écarts permis re- lativement aux données idéales seront maintenant examinés pour autant que la théorie des tolérances admises dans la construction d'un prisme soit intimement liée à l'objet de cette invention. La théorie à étudier s'applique également aux surfaces de séparation cylindriques et sphériques employées pour compenser le prisme.
Sur la figure 3, montrant le prisme 20 qui est une forme d'exé- cution de l'invention avec des surfaces utiles cylindriques 22 à 25, chaque surface utile, dans la forme d'exécution étudiée, est taillée cylindriquement au même rayon de courbure, l'axe de courbure de chaque surface cylindrique étant parallèle à l'axe de rotation 26 du prisme. Il y a donc quatre surfaces optiques utiles de forme cylindrique et le prisme a donc deux axes optiques se trouvant dans des plans comprenant les axes de courbure des faces opposées du prisme. La possibilité de deux premières erreurs ou tolérances réside dans les conditions idéales que les deux axes optiques doivent être à angles droits l'un par rapport à l'autre et qu'ils doivent couper tous les deux l'axe de rotatio 26 du prisme 20.
Les erreurs qui peuvent s'ensuivre sont donc,. en premier lieu, que les axes ne sont pas parfaitement à. angles droits et, ensuite, que les axes ne coupent pas l'axe de rota- tion ou qu'un axe seulement coupe l'axe de rotation.
Si la ligne 29-29 est l'axe du système qui coupe l'axe de rotation 26 et si 31 est le point image lorsque l'axe des -faces 22 et 23 est parallèle à et coïncide avec 29-29, dans le cas où l'axe des faces 22 et 23 est parallèle à. l'axe du système 29-29
<Desc/Clms Page number 7>
mais ne coïncide pas avec lui, le point image tombera en quelque nouvel endroit, 33 par exemple.
Une rotation de 180 du prisme 20 fera glisser l'image en 36. Suivant cette rotation de 180 les pointe 33 et 36 sont équidistants du point 31. La possibilité que l'axe des faces 24 et 25 ne couperait pas -l'axe de rotation 26 à son tour et de plus ne serait pas à angles droits avec l'axe des faces 22 et 23 aurait pour conséquence, en général, que si le prisme a tourné de 90' de la position où le spot focal étant en 33, le point image tom- bera en une certaine position 38, et une nouvelle rotation de 180 aménera le point image en 41, de sorte que les points 38 et 41 soient équidistants du point 31. Les erreurs de déplacement re- .présentées par les points 33, 38, 36 et 41 sont exagérées sur la figure 3 et ces erreurs de déplacement sont symétriques autour de l'axe 29-29 puisque le prisme tourne continuellement.
Ces erreurs seront définies plus tard comme "erreurs I J" de la figure 4.
Dans l'étude de la fige 4, on emploiera des lettres au lieu de chiffres de référence pour simplifier la forme des expressions mathématiques. Sur cette figure, le prisme compensé P, qui est en réalisé une lentille très épaisse, est représenté avec l'objet virtuel au point.2 à une distance l du premier point prin- cipal H, et l'image au point I à une distance V du second plan principal H' de la lentille épaisse. Si l'axe du prisme ou len- tille épaisse est parallèle à l'axe XX du système mais décalé d'une distance P, les points principaux se trouveront dessus en z et Z'où H Z = H'Z' = P.
De même, Z z'= H H'.Le point Q, sur 1,'axe XX se trouve à une distance H H' de o et il résulte de la pro- priété des points principaux par laquelle un rayon dirigé vers le premier point principal comme objectif, émerge parallèle à sa première direction du second point principal comme image, que le
<Desc/Clms Page number 8>
rayon Z 0 d'incidence dans la lentille épaisse apparaîtra, en image sous la forme du rayon parallèle Z' Q. Le déplacement de l'image I dû au déplacement . des points principaux sera I J de façon que J se trouve sur le rayon Z' Q au point où le rayon coupe le plan de I.
Alors, comme I Q, =x-y,
EMI8.1
- ou 1 := .1?41 ,X - Y ou LD = 1 J X x-y X X - Y Si la longueur focale de la entille épaisse est fie alors: fi tlrê forlnule%, z.uêrale lentille: y 1, 1-X (tiré de la formule générale de la lentille: 1 - 2:....=.:::.... w En :re1l.1?laQant par sa valeur dans l'expression de X ¯pax valeur dcuis l'expression on H, fi - 1 mT
L'erreur I J maximum à, admettre, pour une condition d'emploi donnée de l'invention dans un appareil optique à prisme tournant, peut être répartie en trois points. Une partie sera due à ce que les deux axes optiques au prisme compensé ne cou- pent pas l'axe de rotation idéal du prisme.
Une autre partie proviendra de ce que l'axe de rotation idéal du prisme ne coïn- cide pas avec l'axe de rotation du mécanisme qui entraîne le prisme.
Une troisième partie sera due à ce que les deux axes optiques ne se rencontrent pas à angles droits, l'un par rapport à l'autre,,
Le manque de perpendicularité des axes optiques donnera une erreur I J égale au chemin parcouru par le spot pour une ro- tation du prisme d'un angle égal à la, différence entre 90 et l'angle réel existant entre les deux axée. Pour un-prisme de ce type dans l'air, le déplacement du spot sera approximativement:
EMI8.2
- È-I-n e .2 ¯ eln2 8 G , d n Z a lll=9
<Desc/Clms Page number 9>
où d = l'épaisseur, suivant l'axe, du prisme compensé. n = indice de réfraction de la matière du prisme e = angle de rotation du prisme.
EMI9.1
En général g ne pourrait dépasser Jfi1 p.8' l'eI.:lte1:).r l Y %ot<1e' admissible x f'-x ni dépasser de beaucoup trois fois cette va- x leur.,De même en général les deux axes optiques du prisme compensé devraient être à angles droits; le manque de perpendicularité ne pourra pas dépasser une valeur e pour laquelle T (ci-dessus) = 1/3 de l'erreur I J totale admissible ni dépasser de beaucoup trois fois cette valeur.
A titre d'exemple seulement, dans un transmetteur de fac-similé à ruban du type décrit dans le brevet américain
N 2.222,937 déjà mentionné, dont certaines parties sont montrées plus en détail aux figures 6 et 7 ci-annexées, on peut admettre que l'erreur I J admissible ne doit pas dépasser 0.0025". Ces erreurs sont représentées à une plus grande échelle à la figure
3 sous forme de distance entre les points 31 et 33 ou la distance entre les points 31 et 38 respectivement. Pour ce cas admis à titre purement exemplatif, on peut compter que p = 0.011" et e = environ un arc de 10 minutes, en admettant 1/3 de l'erreur I J admissible.
Le système optique d'exploration des figures 6 et ?qui est une forme d'exécution de l'invention sera maintenant décrit en détail. Une bande ou un ruban de papier 33 porte des caractè- res 36 qui doivent être explorés par un faisceau lumineux conver- gent mobile produit pas le système optique comprenant un prisme
38 réalisé de façon à fonctionner suivant les données de l'inven- tion. Le ruban de papier est maintenu d'une manière déjà bien connue dans les dispositifs antérieurs de sorte que la partie explorée se trouve dans le plan image du faisceau lumineux et est
<Desc/Clms Page number 10>
entraînéede préférence dans le sens de la flèche par des disposi- tifs bien connus en matiére de fac-similé.
Par exemple, le support et l'entraînement du ruban peuvent se faire cornue il est montré et décrit dans le brevet américain N 2.222.937 déjà mentionné.
Le prisme 38 est monté de façon qu'il tourne autour d'un axe coïncidant avec l'intersection des axes de ses faces utiles opposées. La rotation du prisme et l'avancement du ruban sont en corrélation de façon à faire balayer la surface du ruban comme il est décrit dans le brevet précité, par exemple.
La lumière d'une lampe excitatrice 41 traverse des len- tilles cylindriques 43 et 44, un groupe de lentilles 46, le prisme 38 et un prisme de direction 48. Un écran 49 avec une ouverture 51 rectangulaire donne un faisceau de section bien définie et l'image de l'ouverture dans un plan et celle du filament de la lampe 41 dans un plan perpendiculaire forment sur le ruban. 33 un spot rectangulaire de lumière concentrée. Une cellule photo-élec- trique (non représentée) est placée de façon à recevoir la lumière réfléchie du spot image sur la surface du ruban.
Vu que les par- ties optiques, le prisme 38 mis à part, ne constituent pas l'in- vention, elles ne seront pas décrites plus amplement.
A titre d'exemple seulement et pour que la description soit complète, voici plusieurs dimensions du prisme 38. Les quatre faces utiles 52 du prisme 38 sont ou peuvent être pratiquement identiques; ce sont des surfaces de révolution ayant un rayon d'environ 19 pouces. La distance entre deux faces opposées 52 est d'environ 0.757 pouce. Le prisme peut très bien avoir une épais- seur de 3/8 pouce dans une direction parallèle à. l'axe de rota- tion, mais peut être en verre d'un indice réfringent = 1.517.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.