FR2572192A1

FR2572192A1 - Dispositif collecteur de lumiere a grossissement constant

Info

Publication number: FR2572192A1
Application number: FR8515398A
Authority: FR
Inventors: Thomas Threlked True
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1985-10-17
Publication date: 1986-04-25
Also published as: JPS61100712A; GB2165960B; DE3536550A1; GB2165960A; FR2572192B1; US4642740A; GB8524559D0

Abstract

UN DISPOSITIF COLLECTEUR DE LUMIERE DE RENDEMENT ELEVE POUR PROJECTEUR TEL QU'UN PROJECTEUR A VALVE DE LUMIERE FOURNIT UN GRANDISSEMENT TANGENTIEL CONSTANT POUR TOUTES LES ZONES DE SORTE QUE LES IMAGES DE LA SOURCE REMPLISSENT JUSTE LA PUPILLE DU DISPOSITIF DE PROJECTION, D'OU L'UTILISATION LA MEILLEURE POSSIBLE DELA SOURCE DANS TOUTES LES ZONES. LE DISPOSITIF COMPREND UN REFLECTEUR 60 A L'ARRIERE DE LA SOURCE ET UN REFRACTEUR DE CORRECTION 61 A L'AVANT DE CELLE-CI. LE MODE DE REALISATION RECOMMANDE UTILISE UN REFLECTEUR NON CONIQUE PRESENTANT UNE FOCALE VARIABLE AVEC UNE UNIQUE LENTILLE ASPHERIQUE DE CORRECTION QUI PRESENTE DES CARACTERISTIQUES DE COMPENSATION EXACTE DE LA FOCALE VARIABLE. IL EST EGALEMENT POSSIBLE D'UTILISER UN REFLECTEUR CONIQUE, MAIS CELA NECESSITE DEUX LENTILLES ASPHERIQUES DE CORRECTION DE MANIERE A CONFERER LA CARACTERISTIQUE DE GRANDISSEMENT TANGENTIEL CONSTANT. APPLICATION AUX PROJECTEURS DE LUMIERE, EN PARTICULIER AUX PROJECTEURS DE CINEMA.

Description

La présente invention concerne des perfectionne-

ments apportés aux dispositifs collecteurs de lumière four-

nissant des faisceaux lumineux pour projecteurs et, plus particulièrement, un dispositif collecteur de lumière à grossissement constant présentant un meilleur rendement pour

utilisation dans des projecteurs à valve de lumière.

Les dispositifs typiques de projection en couleur de l'art antérieur du type à valve de lumière, tels que ceux décrits dans les brevets des EtatsUnis n 3 290 436 et 3 325 592, comportent un dispositif collecteur de lumière

ayant une lampe à arc montée au foyer contigu d'un réflec-

teur ellipsoïdal simple. Le faisceau lumineux est réfléchi

par le réflecteur ellipsoYdal et traverse une paire de pla-

ques espacées formant lentilles, qui comportent plusieurs

éléments lenticulaires correspondants, de forme rectangulai-

re disposés en rangées horizontales et colonnes verticales.

La seconde plaque formant lentille sert de support au masque

de la lumière d'entrée d'un dispositif optique à stries.

Avec cet agencement, une utilisation efficace est faite de la lumière provenant de la lampe à arc, et on obtient une répartition uniforme de la lumière sur le moyen modulateur

de lumière.

On a amélioré le dispositif collecteur de lumière

de base décrit dans les brevets mentionnés ci-dessus en uti-

lisant un réflecteur composé tel qu'il est décrit dans le 2-

brevet des Etats-Unis 4 305 099. Dans le dispositif collec-

teur de lumière de ce brevet, le réflecteur composé comprend des surfaces de révolution complètes, ininterrompues, en combinaison avec des plaques espacées formant lentilles, chaque plaque comportant plusieurs éléments lenticulaires, de manière à obtenir un plus grand rendement de réceptionde la lumière tout en maintenant une densité uniforme du flux lumineux. Dans le mode de réalisation recommandé de cette invention, un réflecteur ellipsoidal est placé à l'arrière de l'arc, et un réflecteur sphérique est situé à l'avant de l'arc et en dehors de la limite de réception extérieure du

faisceau. D'autres combinaisons sont décrites, qui compren-

nent le positionnement du réflecteur sphérique antérieur dans la limite de réception intérieure du faisceau et le placement du réflecteur ellipsoidal à l'avant de l'arc avec

le réflecteur sphérique à l'arrière de cet arc.

Le système de réflecteur composé décrit dans le brevet n 4 305 099 présente un bon rendement lumineux mais souffre de l'inconvénient d'avoir un coût de fabrication

élevé et de nécessiter un alignement très précis des compo-

sants du miroir multiple. Ce dont on a besoin, c'est un dis-

positif collecteur de lumière pour projecteurs à valve de lumière qui présente un rendement lumineux semblable mais

soit moins difficile à fabriquer et à aligner et soit poten-

tiellement moins coûteux.

La présente invention a, par conséquent, pour objet un dispositif collecteur de lumière perfectionné qui

ait un coût de fabrication économique.

La présente invention a pour autre et plus spéci-

fique objet un dispositif collecteur de lumière pour proje-

teur à valve de lumière qui utilise un dispositif collecteur plus simple à miroir unique tout en permettant d'obtenir un rendement équivalent à celui d'un dispositif collecteur à

miroir composé.

Pour atteindre les objets précédents, la présente - 3 - invention fait appel à un miroir non-conique unique et à une

lentille de réfraction asphérique unique. Le mode de réali-

sation préféré de l'invention combine une source de lumière concentrée à un miroir concave ayant une focale variable et à une lentille de réfraction présentant des caractéristiques de compensation exacte de la focale variable. Le réflecteur a une longue distance focale à l'arrière, avec la puissance

positive de lentille requise pour focaliser le rayon au cen-

tre du réseau sur l'axe. Comme l'angle de sortie de la sour-

ce augmente entre l'angle arrière limite et l'angle avant limite, la distance focale du r6flecteur est raccourcie et la correction de la lentille à la périphérie passe d'une

puissance positive à une puissance négative avec comme in-

termédiaire une puissance neutre. Le dispositif collecteur de lumière de la présente invention est non seulement d'un coût de fabrication moins élevé que le dispositif collecteur de lumière a réflecteur composé, mais encore plus efficace

comme l'on montré des essais effectués sur des prototypes.

Grâce au rendement lumineux global du dispositif de la pré-

sente invention, on peut obtenir un dispositif de projection

plus économique pour une puissance lumineuse de sortie don-

nee.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement:

- figure 1, une représentation graphique du gran-

dissement zonal dans un dispositif collecteur classique uti-

lisant un miroir collecteur conique;

- figure 2, une représentation graphique des para-

mètres d'un dispositif collecteur de lumière à grandissement constant;

- figure 3, une vue en coupe d'un mode de réalisa-

tion recommandé du dispositif collecteur de lumière selon la présente invention; - figure 3A, une vue partielle à grande échelle du dispositif optique à éléments lenticulaires de la figure 3, - 4 - - figure 4, une vue partielle en coupe illustrant les paramètres de la surface du miroir ou non conique et de

la lentille de correction asphérique de la présente inven-

tion; - figure 5, un organigramme du programme itératif

d'ordinateur utilisé pour produire les surfaces réfléchis-

sante et de réfraction du dispositif collecteur de lumière représenté en figure 3; - figures 6 et 7, des vues en coupe d'autres modes de réalisation du dispositif collecteur de lumière de la présente invention, qui furent développés en utilisant une

configuration plane - asphérique pour la lentille de correc-

tion; - figure 8, une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de l'invention utilisant un parabololde comme réflecteur; et - figure 9, une vue en coupe d'un autre mode de

réalisation de l'invention utilisant un ellipsoïde comme ré-

flecteur.

Dans certains agencements de l'art antérieur com-

portant des valves de lumière, le canon à électrons est pla-

cé sur l'axe optique, le canon étant entouré par la lumière pénétrant dans la valve. A cause de la valeur finie de

f/nombre du dispositif optique et de l'occultation de la lu-

mière par le canon d'électrons, la lumière ne peut être ac-

ceptée qu'à l'intérieur d'angles de cône intérieur et exté-

rieur discrets autour de l'axe. Des valves de lumière typi-

ques acceptent un cône extérieur de 9,6 , correspondant à

une optique de f/3, et un cône intérieur de + 3 . En géné-

ral, un dispositif collecteur de lumière devant être utilisé avec une valve de lumière doit répondre aux caractéristiques suivantes:

1) la proportion de la lumière de la source pou-

vant être utilisée par la valve de lumière doit être maxima-

lisée. La valve de lumière ne peut transmettre que la lumiè-

-5- re contenue dans les angles des cônes intérieur et extérieur

discrets du dispositif optique.

2) la variation de la densité du flux lumineux en-

tre la zone intérieure et la zone extérieure de la pupille d'entrée doit être minimalisée.

3) la variation du grandissement de la source en-

tre zones intérieure et extérieure doit être minimisée.

4) le coût et la complexité du système collecteur

de lumière doivent être minimisés.

On a traditionnellement conçu les dispositifs col-

lecteurs de lumière avec des réflecteurs à cône unique de

forme ellipsoïdale ou parabolique. Cependant, ces disposi-

tifs sont limités en ce qui concerne la quantité de lumière

pouvant être recueillie et focalisée dans les cônes de ré-

ception intérieur et extérieur de la valve de lumière.

L'analyse montre que la lumière pouvant être recueillie est maximum lorsque les angles extrêmes antérieur et postérieur autour du latus rectum sont symétriques. Pour un angle de zone intérieure po, et un angle de zone extérieure fm' la lumière recueillie se trouvera dans une zone autour de la source, comprise entre un angle postérieur, 90 -, et un angle antérieur, 90 + W. La lumière recueillie sera sini

pour une source au rayonnement uniforme dans toutes les di-

rections, o = sin-1 {ccos, Jsin(,m-,o) - (sinm - sinp0)J sin(4m -) [coscj [sin. - sinfj Pour une valve de lumière avec un cône intérieur de + 3 et un cône extérieur de + 9,6, la lumière peut être recueillie dans une zone de 31,6 autour du lactus rectum du cône. Cela signifie qu'on ne peut recueillir qu'environ 52% de la lumière totale et qu'environ la moitié de cette

lumière est transmise par l'intermédiaire des fentes de ré-

ception d'entrée de la valve de lumière.

6-

On augmente considérablement le rendement de re-

cueil relativement faible du réflecteur conique unique en utilisant un agencement composite à deux réflecteurs comme

décrit dans le brevet américain n 4 305 099 cité ci-dessus.

On augmente les zones de réception de la lumière au-delà de

celle de l'ellipse unique en recueillant la moitié de la lu-

mière par réflexion directe sur l'ellipse et l'autre moitié

par une sphère qui refocalise sa lumière réfléchie par l'in-

termédiaire du tube à arc pour qu'elle tombe sur l'ellipse.

Bien que des pertes soient introduites par les multiples ré-

flexions et trajets dus à l'enveloppe du tube à arc, le dis-

positif donne encore un rendement supérieur d'environ 50 % à

celui du réflecteur conique unique. Bien que la solution ap-

portée par un réflecteur composite donne le rendement le

plus élevé des dispositifs collecteurs connus de l'art anté-

rieur, elle souffre de certains inconvénients dans le cas des dispositifs à valve de lumière de faible coût. Tout d'abord, le dispositif composite est par nature plus cher qu'un système à réflecteur unique. Pour bénéficier de

l'avantage que présente un rendement élevé, il est nécessai-

re que deux réflecteurs précis de grandes dimensions, soient

orientés de manière à se trouver en un parfait alignement.

Cela débouche sur la nécessité d'utiliser des miroirs réali-

sés par électroformage au lieu de composants moins coûteux.

En second lieu, comme la moitié de la lumière reçue doit su-

bir des réflexions sur deux miroirs et traverser trois pa-

rois d'enveloppe, le rendement devient sensible au coeffi-

cient de réflexion des miroirs et à l'absorption de l'enve-

loppe. Cela entraîne une diminution plus rapide de la lumiè-

re de sortie avec le vieillissement du tube à arc et du ré-

flecteur que dans le cas d'un réflecteur unique. De plus, le chauffage du tube à- arc par absorption devient plus sévère

avec le temps.

La présente invention permet d'obtenir la simpli-

cité et le coût plus faible qu'offre un dispositif collec-

-7

teur de lumière à réflecteur unique tout en donnant un ren-

dement du recueil de la lumière comparable à celui du dispo-

sitif composite. Pour mieux comprendre la manière par la-

quelle on obtient ces résultats, il est nécessaire d'assimi-

ler au préalable le concept du grandissement constant.

On détermine le grandissement zonal dans un dispo-

sitif collecteur classique utilisant un miroir collecteur conique par la relation entre l'angle de convergence et l'angle d'incidence dans un plan, comme représenté en figure 1. En liaison avec cette figure, les relations coniques sont les suivantes: cosq2 2 2 co -1- +cos12 et le grandissement est: sin1 df1 1 2 sin d2 t +c2 -2Ecos42

o représente l'excentricité de l'ellipsoïde. Pour un dis-

positif collecteur conique unique, le grandissement de la source variera sensiblement pour les différentes zones de

réception. En général, l'image formée par les zones de ré-

ception postérieures auront le grandissement le plus élevé et celle due aux zones antérieures, le grandissement le plus faible. Cette variation du grandissement pose un problème dans les dispositifs classiques de projection de films ainsi

que pour les besoins particuliers des dispositifs de projec-

tion à valve de lumière.

Dans un dispositif de projection à valve de lumiè-

re, le grandissement élevé dans les zones intérieures entou-

rant le canon à électrons provoque une concentration de la

densité du flux lumineux et un excès de remplissage des fen-

tes strioscopiques par l'image de l'arc, avec pour résultat une mauvaise transmission de la lumière par celles-ci. De -8-

plus, le faible grandissement dans les zones extérieures si-

gnifie que ces fentes sont l'objet d'un remplissage insuffi-

sant par l'image de l'arc, d'o il résulte un rendement du

recueil plus faible de la lumière provenant de la source.

Idéalement, on souhaite disposer d'un dispositif collecteur

qui présente un grandissement constant pour toutes les zo-

nes. De cette manière, les images de la source peuvent juste

remplir les fentes, donnant dans toutes les zones la meil-

leure utilisation de la source. On a admis depuis quelque temps qu'il serait souhaitable d'obtenir cette condition idéale, mais on n'est pas encore parvenu à réaliser un tel système. Pour obtenir un grandissement tangentiel constant Mt, la dérivée de l'angle d'émission de la source et de l'angle zonal de réception de la valve de lumière doit être constante, comme représenté en figure 2. Cela signifie que

des incréments égaux de l'angle d'émission de la source doi-

vent se traduire par un incrément proportionnel fixe de l'angle de réception à la pupille de la valve de lumière. Il est alors évident que la relation entre l'angle! et l'angle q2 ne peut être la même que pour le collecteur conique. Le dispositif collecteur de la présente invention satisfait parfaitement les relations permettant d'obtenir un

grandissement tangentiel constant. Dans un mode de réalisa-

tion recommandé de l'invention, on a conçu un dispositif collecteur pour un dispositif à valve de lumière f/2,68 et une surface de collecte couvrant 100 , comme le montre la figure 3. On a représenté dans cette figure d'un mode de réalisation recommandé de la présente invention, la lampe 20 incorporée à un dispositif de projection à valve de lumière

avec canon d'électrons sur l'axe. Ce dispositif n'est repré-

senté qu'en partie en figure 3, les autres détails étant dé-

crits dans le brevet américain n 4 305 099 dont il a été

question précédemment. Cependant, le dispositif comporte ty-

-9 piquement un jeu 22 de plaques formant lentilles qui sont montées autour d'un canon à électrons 24. Le canon 24 émet un faisceau d'électrons qui frappe sur un moyen modulateur de la lumière faisant partie de la valve de lumière, comme cela est bien connu de la technique. Comme représenté en fi- gure 3A, le jeu 22 de plaques formant des lentilles comporte

un premier élément de plaque 70 de profil généralement cir-

culaire qui est constitué par plusieurs éléments lenticulai-

res 79 de forme rectangulaire, ces éléments étant disposés horizontalement et verticalement. Le jeu de plaques comprend également un second élément 71, espacé du premier élément , de profil généralement circulaire qui comporte aussi plusieurs éléments lenticulaires 78 de forme rectangulaire

sur l'une de ses faces, ces éléments étant disposés horizon-

talement et verticalement. Un masque d'entrée 72 du disposi-

tif à valve de lumière est monté sur la face opposée de la plaque 71 et comporte des fentes orientées verticalement (non représentées) et des fentes s'étendant horizontalement

75. Comme cela est décrit dans l'art, cet agencement en qua-

drature des fentes d'entrée permet une commande sélective

des composantes spectrales de l'énergie lumineuse les tra-

versant.

La lampe 20 représentée en figure 3 fournit la lu-

mière destinée au dispositif de projection à valve de lumiè-

re et comporte une lampe à arc 50 qui renferme dans son en-

veloppe scellée une anode 51 et une cathode 52 formant entre elles un intervalle 53 dans lequel se produira un arc ayant une intensité lumineuse élevée. La lampe a le même axe que le dispositif de projection à valve de lumière et traverse

le réflecteur non conique 60 suivant son axe de révolution.

Le réflecteur 60 fonctionne en miroir collecteur ayant une

focale variable et est compensé par une lentille de réfrac-

tion 61 qui présente les caractéristiques de compensation exacte de la focale variable. Dans le mode de réalisation

recommandé de la présente invention qui est représenté figu-

- 10 -

re 3, le premier élément 70 des plaques formant des lentil-

les et la lentille de réfraction 61 de compensation consti-

tuent un même ensemble. Plus précisément, les éléments len-

ticulaires 79 sont formés sur une surface, alors que sur la surface opposée se trouve la surface de compensation de la

lentille 61. On comprendra naturellement que le premier élé-

ment 70 des plaques et la lentille de réfraction 61 de com-

pensation peuvent être des éléments optiques physiquement séparés. Le réflecteur 60 a une- grande distance focale à l'arrière, avec la puissance positive de lentille nécessaire pour focaliser le rayon au centre du réseau sur l'axe. Avec l'augmentation de l'angle d'émission de la source lorsqu'il

passe de la valeur limite postérieure à la valeur limite an-

térieure, la distance focale du réflecteur diminue et la correction de la lentille 61 de positive devient neutre,

puis négative à la périphérie.

Le dispositif collecteur à grandissement constant de la figure 3 a les caractéristiques suivantes: collecte entre 38 et 138 degrés; cône de réception de la

valve de lumière: 3 à 10,75 degrés; système f/268; distan-

ce de l'arc au réseau: 330,2 mm; distance entre arc et len-

tille correctrice: 134,62 mm; diamètre du jeu de l'envelop-

pe à l'arc: 26,4414 mm; grandissement de l'arc: 12,9032;

diamètre du miroir à l'arrière: 27,1703 mm; diamètre du mi-

roir à l'avant: 139,6213 mm; lumière totale recueillie:

76,5578 %.

D'autre part pour une lentille polynomiale: Z=A*YA2+B*Y^4+C*YA6+D*YA8+ E*YO10+F*YA12+G*Y^14(x25,4 mm)

Pour un indice de réfraction de lentille asphéri-

que = 1,4919

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Miroir non conique Lentille asphérique A=3,32507E-01 A=l,42817E-01

B=3,63400E-04.B=-Z,71100E-04

C=5,73280E-03 C=-4,89000E-02

D=-2,24110E-03 D=4,13240E-02

E=5,62230E-04 E=-2,24800E-02

F=-7,08100E-05 F=5-,52950E-03

G=3,78410E-06 G=-5,02640E-04

Le sommet du miroir est situé à -7,79941E-01 (x25,4mm) de l'arc;

le sommet de la lentille à 5,08671E+00 (xZS,4mm) de l'arc.

En liaison avec la figure 4, les relations de base devant être satisfaites sont les suivantes: Miroir: 1. (surface non conique) (a) i dr = tg (A)s o et r sont les coordonnées r dql polaires du point d'intersection par le miroir d'un rayon émis par la source 2 suivant l'angle p par le

miroir.

Anm = angle de la normale 3 au miroir = 1+1 = 1- A Point d'interception avec la lentille (o les références 5 et 6 représentent, respectivement, la surface asphérique de correction et la sphère concave centrée sur le réseau)o 2. (b) YL = rsin 1 (XL + rcos 41)tg'1, dXL = tg AnL dYL o AnL est l'angle de la normale 4 à la lentille, sin(AnL 1) = Ngsin(AnL-), o la loi de Snell est appliquée pour tenir compte de la courbure à la surface de la lentille asphérique. Une alternative à la loi de Snell consiste à utiliser le principe de Fermat, rendant la longueur du trajet optique égale pour tous les rayons

afin d'obtenir la focalisation.

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dçl = grandissement tangentiel = constante = Mt dl2 t 2 pl= Mt P2

Les relations indiquées dans les équations précéden-

tes sont une indication de la relation entre la réflexion du miroir et le profil de sa surface, de la relation entre la courbure du rayon de la lentille et le profil de sa surface, et de la géométrie des points d'interception du rayon avec les deux surfaces. Les profils de la totalité de la surface doivent satisfaire simultanément ces relations de manière à

agir en système focal satisfaisant au critère de grandisse-

ment constant.

Les relations séparées forment un ensemble d'équa-

tions différentielles simultanées. Cet ensemble semble ne présenter aucune solution simple sous forme fermée, de sorte qu'on a trouvé une solution en faisant appel aux techniques d'itération par ordinateur. Bien que les surfaces réelles

doivent être produites sous forme de surfaces continues dé-

finies par des polynômes, I'approche par ordinateur consiste à visualiser leur profil en tant que polygone constitué de plusieurs segments rectilignes. Chaque segment de polygone

du miroir a un segment de polygone correspondant sur la len-

tille, et les deux segments doivents satisfaire les équa-

tions indiquées ci-dessus. La satisfaction des équations de définition est assurée en les incorporant dans un algorithme de mémoire centrale dans un programme qui fait l'objet d'un nombre suffisant d'itérations pour obtenir arbitrairement une correspondance étroite. La continuité des deux surfaces est assurée en commençant à une extrémité des surfaces du miroir et de la lentille et en faisant une itération le long

des surfaces, puis en reliant chaque minuscule segment rec-

tiligne aux segments adjacents afin de former un polygone

continu.

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Le mode opératoire utilisant le programme itératif de

l'ordinateur est représenté en figure 5. Le programme com-

mence par l'entrée des paramètres initiaux du système (voir

bloc 80). Les paramètres initiaux du système sont les sui-

vants: a) Angles des cônes intérieur et extérieur acceptés

par la valve de lumière.

b) Angles antérieur et postérieur de réception par le miroir. c) Nombre d'incréments angulaires à la sortie de la source pour lesquels les coordonnées du miroir et

de la lentille seront déterminées.

d) Relation souhaitée entre les rayons quittant la source et les rayons correspondants entrant dans

* la valve de lumière. En général, la relation cor-

respondra à la condition d < 1/d < 2 =constante,

pour un grandissement tangentiel constant. Cepen-

dant, on peut entrer toute autre relation désirée.

Cela définit un éventail, par exemple, de 1000

rayons quittant la source et un éventail corres-

pondant de 1000 rayons pénétrant dans la valve de lumière. e) Angle initial du premier rayon quittant l'arrière

du miroir (rayon noo).

f) Position de la source par rapport à la valve de lumière. g) Position intérieure de la surface de la lentille à laquelle il y a interception du rayon n O par la

surface asphérique de la lentille.

Après leur entrée, les paramètres initiaux du système peuvent être imprimés, comme indiqué dans le bloc 81, afin

de procéder à un contrôle de cette entrée. Puis, les coor-

données polaires initiales du miroir et la pente nécessaire pour réfléchir le rayon arrière (rayon n O) vers le point d'interception désiré de la lentille sont déterminées, comme

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indiqué dans le bloc 82. Alors, dans le bloc 83, il y a dé-

termination de la pente initiale de la surface de la lentil-

le nécessaire pour réfracter le rayon et le focaliser au centre du réseau. Dans le bloc 84, le programme passe au premier incrément angulaire au miroir (rayon n 1) et déter-

mine le point d'interception du rayon par le miroir, en sup-

posant que la pente reste la même que pour le rayon précé-

dent. Le programme détermine le point d'interception du rayon correspondant entre le centre du réseau et la surface de la lentille, en supposant que la pente de la surface de la lentille reste constante. Ensuite, dans le bloc 85, le

programme détermine un nouvel angle pour le miroir qui ré-

fléchira le rayon courant vers le point d'interception dési-

ré de la lentille. Le bloc de décision 86 provoque l'itéra-

tion du programme jusqu'à ce qu'une pente et un point d'in-

terception du miroir soient trouvés qui donnent à la fois un

angle de réflexion correct et la continuité de la surface.

Ensuite, comme indiqué dans le bloc 87, le programme déter-

mine un nouvel angle de courbure au point d'interception de la lentille et procède à une révision par itération de la

pente de la lentille jusqu'à découverte d'une pente compati-

ble avec la continuité de la surface. Le bloc de décision 88 provoque un retour du programme au bloc 85 tant qu'il n'y a

pas de changement sensible des paramètres. Puis, comme indi-

qué dans le bloc de décision 89, le programme passe à l'in-

crément angulaire suivant en revenant au bloc 84. Cette bou-

cle se poursuit jusqu'à ce qu'il y ait itération de tous les incréments angulaires entre le rayon arrière et le rayon avant. Ces étapes produiront des coordonnées pour la surface du miroir et celle de la lentille qui sont compatibles avec la continuité de la surface et qui satisfont les relations

entre la réflexion du miroir et la réfraction de la lentil-

le. A l'issue de ce processus, le programme détermine alors

les polynômes concernant la surface du miroir et de la len-

tille par les techniques d'ajustement par la méthode des

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moindres carrés, comme indiqué dans le bloc 90. Cela déter-

mine une série exponentielle de polynômes pour chaque surfa-

ce qui se rapproche des points exacts des courbes. Les ré-

sultats sont alors imprimés dans le bloc 81 et la configura-

tion du dispositif est obtenue dans le bloc 92. On peut utiliser un programme d'ordinateur similaire,

pour concevoir un dispositif collecteur à grandissement tan-

gentiel constant qui utilise une surface plane-asphérique

pour la lentille de correction. En figures 6 et 7, on a re-

présenté une réalisation spécifique dont les caractéristi-

ques d'exécution sont les suivantes. En figure 6, la récep-

tion du dispositif collecteur à grandissement constant va de ,0000 à 130, 0000 degrés; la distance entre arc et réseau

est 304,80000mm; la distance entre arc et lentille de cor-

rection est 0,0000 mm; le grandissement de l'arc est 13,4328

et la lumière totale reçue est 70,4416%. En figure 7, le ré-

ception du dispositif collecteur à grandissement constant est compris entre 3,80000E +01 et 1,380000E -+ 02 degré; les limites de réception de la valve de lumière vont de 3,00000E + 00 à 1,04400E + 01 degré; la distance entre l'arc et le réseau est 1,30000E + 01 (x25,4 mm); ladistance entre l'arc et la lentille de correction est: 5,00000E + 00 (x25, 4mm); le diamètre du jeu de l'enveloppe à l'arc est 1,02190E 00 (x25,4mm); le diamètre arrière du miroir est 1,04525E + 00 (25,4mm); le diamètre avant du miroir est 5,31697E + QO

(x25,4mm); le grandissement de l'arc est 13,4409 et la lu-

mière totale reçue est 76,5578 %. La réception a lieu à 90 degrés pour un cône d'entrée f/3; elle est de 100 degrés pour un cône d'entrée de f/2,75. Les courbes sont produites

à des intervalles de 0,1 degré au centre de l'arc.

Pour une lentille polynomiale Z=A*YA2+B*Y^4+C*YA6+D*Y\8+E*YA10 (25,4mm)

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Miroir non conique Lentille asphérique

A=3,67054E-01 A=8;95377E-02

B=-4,97795E-02 B=-2,70234E-02

C=3,17842E-02 C=-Z,92596E-03

D=-6,60291E-03 D=-3,04724E-03

E=4,98100E-04 E=-2,13705E-04

Le sommet du miroir est situé à = + 7,61473E -01 (x25,4mm)

de l'arc; -

le sommet de la lentille a + 4,73481E +00 (x25,4mm) de l'arc.

Dans chaque cas des figures 6 et 7, deux degrés de

liberté sont nécessaires pour satisfaireà la fois les pro-

priétés focales et les conditions de grandissement constant avec des surfaces réelles, continues. La liberté de courber

à volonté une surface de réflecteur et une surface de len-

tille permet de concevoir le dispositif. Pour les exemples représentés en figures 3, 6 et 7, une variation brusque du miroir non conique et une cambrure de la lentille asphérique

sont utilisées pour obtenir les résultats souhaités.

Un autre mode de réalisation qui apporte également une solution réelle au dispositif à grandissement constant consiste à utiliser un réflecteur conique et a employer deux

surfaces aspéhriques différentes pour la lentille afin d'ob-

tenir les deux degrés de liberté nécessaires. En figure 8, on utilise comme réflecteur un paraboloIde, et en figure 9, un ellipsoïde. Les caractéristiques du dispositif collecteur à grandissement constant de la figure 8 et de la figure 9 sont les suivantes: Pour la figure 8, le recueil s'effectue entre 40,000 et 130,000 degrés; la distance entre l'arc et le réseau est 355,6 mm; le semi-latus rectum de la parabole

est 34,8920 mm; la distance entre le réflecteur et la pre-

mière lentille de correction est 0,0000 mm; le diamètre du

jeu de l'enveloppe au lactus rectum est 25,4000mm; le gran-

dissement de l'arc est 13,4328 et la lumière totale reçue

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,4416 %. Dans le cas du dispositif de réception à grandis-

sement constant de la figure 9, la réception s'effectue en-

tre 40,000 et 130,000 degrés; la distance entre l'arc et le champ est 355, 6mm; la distance focale de l'ellipsoïde est 304,8mm; la distance entre le réflecteur et la première len-

tille de correction est 6,35mm; le diamètre du jeu de l'en-

veloppe au lactus rectum est 26,6166mm; le grandissement de

l'arc est 13,4328 et la lumière totale recueillie 70,4416%.

Bien que ces deux modes de réalisation ne soient pas aussi

simples que le mode de réalisation recommandé qui est re-

présenté en figure 3, ils permettent l'emploi de réflecteurs

coniques existants dans des projecteurs à valve de lumière.

Dans ces modes de réalisation, la combinaison du réflecteur conique et de la première lentille asphérique se traduit par une progression nette de la distance focale en fonction de l'angle d'entrée similaire à celle nécessaire pour le miroir

non conique utilisé dans le mode de réalisation recommandé.

Dans le tableau suivant on a résumé les résultats d'essais effectués sur un prototype du mode de réalisation recommandé (représenté en figure 3) qu'on compare à ceux du dispositif collecteur à réflecteur conique unique de l'art antérieur et du dispositif à réflecteur composite décrit

dans le brevet américain n 4 305 099 mentionné ci-dessus.

Dispositif composé Ellipsolde en Grossissement avec revêtements verre avec constant avec réfléchissants revêtements réflecteur non dichroîques et réfléchissants poli en nickel nu lentille BBAR dichroîques et lentille de correction (réf supposée (aucune plaque acrylique non revêtue

= 0,95) réf = 0,95) réf = 0,65X.

Total entrant dans la sphère 15,805 Lum/Watt 13,606 10,77 = 18,01 int. sans fenêtre ni ouverture 0>65X,9 d'entrée. 100% 86,09% 113,6% Total à travers une fente verticale de 7,6 x 20,9 mm au 9,675 Lum/Watt 8,18 6,78 11,34 plan du réseau (équivalent à 065X92 toutes les fentes magenta à la fenêtre d'entrée) 100% 84,55% 117,2% Total à travers la fenêtre d'entrée C-14 sans éléments 4,128 3,395 2,842 4753 dichroîques (transmission 0, 65X0,92 dichroîque nominale d'environ 40%) Lentille T6F utilisée. 100% 82, 24% 115,1% ro tn ho r'>

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Comme on peut le remarquer dans le tableau précé-

dent, le dispositif collecteur à grandissement constant de

la présente invention, lorsqu'il est normalisé pour une ré-

flectivité équivalente, donne de meilleures performances re-

latives que le dispositif composé. Bien que la présente invention ait été décrite

plus particulièrement en liaison avec des modes de réalisa-

tion destinés à être utilisés dans des dispositifs de pro-

jection à valve de lumière, on comprendra que les disposi-

tifs collecteurs de lumière de l'invention sont également

utiles dans des types différents de dispositifs de projec-

tion. Par exemple, des projecteurs de cinéma et des projec-

teurs de films fixes pourraient utiliser utilement les dis-

positifs collecteurs de lumière de -la présente invention.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif collecteur de lumière dans un systè-

me de projection de la lumière provenant d'une source, qui

satisfait des relations permettant d'obtenir un grandisse-

ment tangentiel constant pour toutes les zones de sorte que l'image de la source remplit juste la pupille du dispositif de projection, donnant la meilleure utilisation possible de la source dans toutes les zones, caractérisé en ce qu'il comprend: - un réflecteur (60) placé à l'arrière de la source; et - un réfracteur de correction (61) placé à l'avant de la source;

le réflecteur présentant une relation entre sa réfle-

xion et le profil de sa surface et le réfracteur une rela-

- tion entre la courbure des rayons et le profil de sa surface telles qu'ensemble, elles satisfont la relation globale: -1 = constante dû2 o 1 est l'angle de réception et 2' l'angle final

d'émission du réfracteur.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que le réflecteur est un miroir non conique ayant

une grande distance focale à l'arrière et à mesure que l'an-

gle de sortie de la source augmente entre l'angle limite ar-

rière et l'angle limite avant la distance focale du réflec-

teur diminue, et en ce que le réfracteur est une lentille de correction asphérique unique ayant une puissance positive au

centre, la puissance passant d'une valeur positive à une va-

leur négative, par l'intermédiaire d'une valeur neutre, à la périphérie.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractéri:

sé en ce que la lentille de correction est une lentille as-

phérique/concave.

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4. Dispositif selon la revendication 3, caractéri-

sé en ce que la géométrie des points d'interception des rayons est définie par la relation suivante: S 1 dr 1 dr =tg (At), o 1 et r sont les coordonnées r d1 g

polairesdu point d'interception par le miroir du rayon quit-

tant la source suivant un angle < 1; les cotes YL et XL des points d'interception par la lentille mesurées à partir de la source sont: YL = rsin I - (XL + rcos ql)tg 1'1, o <1': <1-2 A4 et dXL _ = tg AnL, o AnL est l'angle de la normale de dYL la lentille, sin(AnL - 1): Ngsin(AnL <2) d1l = grandissement tangentiel = constante = Mt d2 I Mt <2

5. Dispositif selon la revendication 2, o la len-

tille de correction est une lentille asphérique/plane.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que le réflecteur est un miroir conique et le ré-

fracteur comprend deux lentilles asphériques de correction

(70, 71).

7. Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que le dispositif de projection de lumière est une valve de lumière et la source lumineuse est une lampe à arc

(50).

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8. Dispositif selon la revendication 7, caractéri-

sé en ce que le dispositif de projection est du type compor-

tant un canon à électrons (24) qui émet un faisceau électro-

nique frappant un moyen de modulation de la lumière.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que le canon à électrons et la lampe à arc ont le

même axe que l'axe de révolution du réflecteur, le disposi-

tif comportant en outre un ensemble de lentilles formés d'éléments lenticulaires (78, 79) ayant le même axe que

l'axe de révolution et situé à l'avant du réflecteur, l'en-

semble de lentilles à éléments lenticulaires comportant des

fentes (75) pour contrôler la lumière projetée par le dispo-

sitif collecteur de lumière.