Comment fabriquer un projecteur ? Après avoir vu quels étaient les phénomènes optiques à l'œuvre dans la projection et la formation de l'image projetée, c'est à cette question que nous répondrons aujourd'hui, en nous appuyant sur le principe fondamental de retour inverse de la lumière. Et vous allez découvrir différentes conceptions de projecteurs, reposant toutes sur ce principe.

Inverser la lumière

L’œil, la camera obscura et l’appareil photographique reçoivent la lumière et figurent une image projetée à partir d’un flux extérieur qui les atteint à l’intérieur. Cela en fait des projecteurs passifs ou projecteurs récepteurs : ils fonctionnent à partir de la lumière qui les atteint. Or, par le principe de retour inverse de la lumière, une lentille convergente admet un foyer de chaque côté, si bien que l’on peut envoyer un faisceau d’un côté comme de l’autre, elle projettera toujours une image du côté opposé.

En pratique, le sens de projection se détermine par le sens dans lequel va le flux lumineux le plus important. Dans une camera obscura, un œil ou un appareil photographique, le flux principal vient de l’extérieur (c’est pour cela qu’on peut les regrouper comme des projecteurs récepteurs ou passifs). Mais si l’on inverse le sens de la lumière et que l’on éclaire fortement un objet dans la camera obscura, celle-ci projettera vers l’extérieur son image qui apparaîtra lorsque le flux rencontrera un objet moins éclairé.

Lanterne magique, gravure.

Pour passer d’un projecteur récepteur à un projecteur émetteur, il suffit de changer la position de la source lumineuse principale. Elle est externe pour un récepteur comme l’appareil photo, et interne pour un émetteur type projecteur d’image. L’élément commun aux deux est la lentille qui transforme l’objet éclairé en une image, et c’est le sens des rayons lumineux qui détermine son mode d’utilisation.

Un appareil photographique peut ainsi se transformer en projecteur en inversant la direction principale du flux lumineux. En plaçant une image transparente à la place du film et la faisant traverser par un flux lumineux convergent vers l’objectif, on peut utiliser un appareil de prise de vue comme projecteur. Le cinématographe, premier dispositif de projection cinématographique, fut un exemple de projecteur utilisé tantôt comme appareil de prise de vue, tantôt comme appareil de projection. Des appareils photographiques ont pu être employés comme agrandisseurs par l’ajout d’une boîte lumineuse éclairant depuis leur dos.

Cinématographe Lumière.

À partir de ces connaissances, il devint envisageable de fabriquer ses propres dispositifs de projection. La partie suivante décrit les éléments constitutifs des projecteurs émetteurs d’images, depuis la source lumineuse jusqu’à l’objectif de projection.

Le projecteur

Le projecteur est un appareil qui autorise les conditions de la projection et produit une image projetée au-devant.

Pour qu’il y ait une projection, il faut que la lumière de l’image projetée soit supérieure à la lumière ambiante ; les projecteurs sont donc en général conçus dans un souci d’efficacité. Plus le projecteur sera lumineux et plus l’image sera facilement visible, quelles que soient les conditions de lumière ambiante. Le but recherché dans la conception d’un projecteur est donc d’optimiser son rendement lumineux, de façon à ce que la plus grande partie de flux lumineux émis par la source soit utile à la projection.

Concevoir un projecteur consiste à organiser le flux émis par la lampe de sorte qu’il traverse l’image et converge vers l’objectif. Pour ce faire, on emploie plusieurs types de miroirs et de lentilles dont les comportements ont été décrits dans la première partie. Les projecteurs fonctionnent à partir de l’alignement de ces différents systèmes optiques, capables de concentrer le flux émis par la source vers l’objectif de projection tout en traversant une image transparente.

Lanterne magique.

Exemple de conception

On peut distinguer 4 parties fondamentales que l’on retrouve dans la conception de tous les projecteurs. En suivant le sens de la lumière, ce sont :

1- une source lumineuse, qui émet un rayonnement lumineux ;
2- un système de focalisation, qui concentre la lumière émise vers l’objectif de projection ;
3- une image transparente, traversée par le flux lumineux ;
4- un objectif de projection, qui opère la projection de l’image transparente traversée par la lumière.

Pour que l’image soit projetée, il faut que le flux qui traverse l’image transparente se dirige aussi vers l’objectif. Pour analyser comment résoudre cette condition, nous allons nous pencher sur différents projecteurs qui proposent chacun un alignement optique différent. Le sens de propagation de la lumière se fait de gauche à droite.

Exemple 1 : le projecteur diapositive

Miroir sphérique et double condenseur.

1 – Émission de lumière : à gauche, une source lumineuse est située au foyer d’un miroir sphérique d’un côté et au foyer d’une lentille convergente de l’autre. Les rayons émis vers la gauche sont redirigés vers la source et s’ajoutent aux rayons déjà dirigés vers la lentille convergente. Les rayons émis au-dessus et au-dessous sont dispersés en dehors du système les rendant inutiles à la projection. Environ un tiers des rayons émis par la lampe parviennent à rentrer convenablement dans le système optique du projecteur.

2 – Convergence vers l’objectif : la source étant située au foyer de la première lentille, la lentille converge ce flux divergent en un flux parallèle qui atteint une seconde lentille convergente. Elle converge alors le flux au centre de l’objectif de projection. De cette façon, tous les flux ayant atteint la première lentille peuvent converger vers l’objectif de projection.

3 – Positionnement de l’image transparente : elle est placée sur le chemin de la lumière entre la seconde lentille et l’objectif. Sa position se détermine par rapport au tirage mécanique de l’objectif.

Exemple 2 : projecteur à miroir et lentille simple

Projecteur à miroir parabolique et condenseur simple.

1 – Émission de lumière : la source est située au foyer d’un miroir parabolique, les rayons réfléchis génèrent un flux parallèle. Les rayons non réfléchis sont dispersés en dehors du système, ils ne sont pas utiles à la projection.

2 – Convergence vers l’objectif : une lentille convergente concentre le flux au centre de l’objectif.

3 – Positionnement de l’image transparente : sur le chemin de la lumière entre la seconde lentille et l’objectif.

Exemple 3 : le Visio

Projecteur Visio.

Cette disposition reprend le principe précédent, à la différence que plusieurs sources lumineuses, chacune associée à un miroir parabolique, sont disposées ensemble. Les rayons réfléchis par les miroirs génèrent un flux parallèle ensuite convergé au centre de l’objectif par un doublet de lentilles convergentes.

Exemple 4 : lanterne à miroir

Projecteur à miroir elliptique

1 – Émission de lumière : La source lumineuse est placée au foyer d’un miroir elliptique. Les miroirs elliptiques admettent deux foyers, les rayons d’une source placée en un foyer convergent vers le second foyer et réciproquement.

2 – Convergence vers l’objectif : l’objectif est situé au niveau de ce second foyer, de façon à recevoir tous les rayons réfléchis.

3 – Positionnement de l’image transparente : sur l’axe des deux foyers du miroir, à distance du tirage mécanique de l’objectif.

Ces exemples ont pour objectif de vous montrer la diversité des moyens utilisés pour concevoir un projecteur. Bien évidemment, d’autres systèmes existent, mais tous respectent ces conditions : converger un flux lumineux ayant traversé une image vers un objectif.

Conclusion

La projection est un phénomène optique naturel qui joue un rôle fondamental dans notre façon de percevoir le visible. Pour qu’il y ait projection, il faut un point de convergence des rayons. La convergence permet de créer une image du côté opposé à l’objet éclairé. Ces images formées par projection sont structurées par la perspective à partir de laquelle nous pouvons nous représenter l’espace. Par la projection optique, l’œil transforme l’objet en image, et par une projection mentale, l’image se réalise en objet.

Les dispositifs de projection tels que les appareils photographiques ou caméras fonctionnent de manière identique à l’œil. Il est néanmoins possible de les transformer en projecteurs émetteurs d’images en inversant le sens de la lumière. La caméra devenue projecteur est alors capable de renvoyer une image dans le monde, moyennant un écran pour la matérialiser. Si la photographie se réfère à la vision humaine par la similarité des procédés, la projection se réfère à notre conscience de ce visible, à notre lumière intérieure. Parce que le questionnement sur la projection ne saurait se limiter à une approche technique, il est apparu nécessaire d’élaborer une réflexion sur ces spécificités et son emploi possible.

We Are Projectors !

WeAreProjectors vise à transmettre le plaisir de la photoprojection aux amateurs d’images. Cette pratique consiste à associer par la projection une image à un support afin de permettre l’expression d’une idée, un message, une représentation. La projection est un moyen extraordinaire de donner une visibilité aux images mais surtout, elle utilise les objets qui nous entourent comme écran potentiel. Tout en faisant apparaître les images, la projection porte le regard sur les objets qui l’ont constitué. Weareprojectors met en avant cette pratique et une culture au croisement de la photographie, du street-art et du hacking. La photographie, car comme la projection, elle est une écriture avec la lumière ; le street-art, car il est un mode d’action libre dans l’espace public ; et le hacking, car elle nécessite la fabrication d’outils adaptés qui s’inclut dans la culture de l’open source et du DIY.
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Notre dossier

Clément Briend

Photographe de formation, je suis intéressé à la projection comme phénomène essentiel dans la perception et la formation des images. Ses publications 

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