Brevet FR2000764A1 — publié le 19690912

^ il La présents invention -concerne les systèmes optiques, et plus précisément les systèmes optiques à lentilles à distance focale variable. lie système optique à distance focale variable de l'invention 5 fournit un grossissement variable et comprend au moins trois lentilles mobiles, et dont chacune est en outre mobile par rapport aux deux autres, et un dispositif permettant de déplacer les trois lentilles de manière que le système comporte deux paires de plans conjugués restant fixes lorsque l'on modifie le grossissement du système, 10 l'une des paires de plans conjugués étant les plans objet et image. Les pupilles d'entrée et de sortie du système sont disposées à proximité ou de préférence dans l'autre paire de plans conjugués fixes. Le mécanisme permettant de déplacer les lentilles permet de satisfaire sensiblement les relations suivantes lorsque l'on modifie 15 la. distance focale du système optique : M 1 E = -, - - 20 et (M-1)2 Wû DK = PK + M K, M, Ii, L1, D et P étant définis dans la suite de la présente description, 25 Le système optique comprend de préférence trois lentilles mobiles, les lentilles extérieures étant de puissance positive et de même distance focale, et la lentille centrale étant de puissance négative, le tout disposé de manière que les relations ci-après soient satisfaites : f 30 2Fr (4 -Y) d t~ 2Ï- + 2) (M + I) + M^(Y + ~ - 2) + ij jj>ï + + 2(ï - 1), 35 d,2a23 = ra - f - M'(S1T+ 8) T L r-î^2 + dP, d, dg^, M, M.| et y étant définis dans la suite de la présente description. 69 01471 2 2000764 La .présente invention est- appliquée à un microscope formant une image d'un objet, ledit microscope comprenant le système à distance, focale variablë décrit précédemment entre; so.n objectif et son oculaire,' Le microscope peut être .un contraste de phase. 5 " De préférence, le microscope à contraste de phase comprend un dispositif changeur dé phase entre la position de l'objet et.l'oculaire, sensiblement dans l'un des plans de ladite seconde paire de plans conjugués du système à distance focale variable, et une ouverture réglant la lumière appliquée par une source à la position de 10 l'objet, pour déterminer la lumière incidente envoyée par l'objet au dispositif changeur de phase, l'image de ladite ouverturé étant sensiblement dans l'autre plan de ladite seconde paire de plans conjugués fixes du système à distance focale variable. Un deuxième système à distance focale variable est de préférence 15 placé entre l'ouverture de commande de la lumière et la position objet pour modifier le grossissement de l'image de l'ouverture. le second système à distance focale variable est de préférence du type décrit ci-dessus avec deux paires de plans conjugués fixes -D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-20 tiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, . une forme de réalisation selon l'invention. Sur ces dessins, la figure 1 illustre la disposition mécanique d'un micros-25 cope à contraste de phase, réalisé selon la présente invention; les figures 2A et 2B donnent conjointement avec le Tableau I les valeurs détaillées des lentilles élémentaires du dispositif de la figure 1 ; et la figure 3 est un graphique représentant la position de 30 chacune des trois lentilles mobiles, en fonction du logarithme du grossissement, ' ; La forme de réalisation illustrée sur la figure 1 est un microscope à grossissement variable permettant l'observation en contraste de phase ou similaire sur toute sa plage dé grossissement. 35 La lumière d'une source 1 traverse une lentille 2, est réfléchie par des prismes 3 et 4 et traverse une lentille 5» puis trois lentilles mobiles 6, 7 et 8 qui font partie d'un système à distance focale variable 38 constituant l'étage inférieur. La lumière traverse 69 01471 2000764 3 fi ensuite une lentille fixe 9, .est réfléchie par un prisme 10, puis concentrée sur 1*ohjet à observer par un autre système de lentilles 11, 12t et 13. 1® lumière diffractée par 1!objet 14 traverse l'objectif constitué par des lentilles 15, 16» 1? et 19. La lumière est 5 réfléchie sur un prisme 1G entre les lentilles 17 et 19» La lumière traverse ensuite trois lentilles mobiles 20r 21 et 22 qui constituent un système à distance focale variable 37 servant à. llobservation, puis est réfléchie par un prisme 23, traverse une lentille 24, est réfléchie par des prismes 25 et 26, et forme une image de l'objet 14, 10 laquelle est vue à travers l'oculaire 27. Les deux systèmes à distance focale variable 37 et 38 servant respectivement à l'examen optique et au dispositif d'illumination dans l'étage inférieur, sont semblables, et seul le système 37 sera décrit en détail ci-après. 15 Les deux systèmes sont couplés par des engrenages et des arbrrs 34 de manière à se déplacer à l'unisson. Le système 37 comprend trcis lentilles 20, 21 et 22 (chacune constituée en fait de plusieurs lentilles élémentaires) dont les montures coulissent sur une tige fixe 35, la distance focale de la lentille 20 étant égale à celle de la 20 lentille 22, et positive. La lentille 21 a une distance focale différente qui est négative. Les lentilles 20, 2t et 22 se déplacent de manière que deux paires de plans conjugués restent fixes lorsque le grossissement du système à distance focale variable est modifié. Les montures comportent des ergots 39, 40 et 41 qui s'engagent res-25 pectivement dans des rainures hélicoïdales 42, 43, 44, de manière que lorsque l'arbre 28 tourne, lts montures et leurs lentilles 20, 21 et 22 soient entraînées le long de la tige 35, les positions des lentilles 20, 21 et 22 étant telles que les équations suivantes soiait sa 30 d (4 -Y) 35 69 01471 2000764 4 d^2 étant la distance entre les lentilles avant et centrale, étant la distance entre les lentilles centrale et arrière, d étant la somme de ces distances + ^23^' ^"12 â23 son"^ évidemment mesurées conformément aux conventions classiques de 1'optique de 5 Gauss, entre les plans principaux appropriés des différents éléments constitutifs), F^ étant la distance focale de la lentille avant (F^ = Fj distance focale de la lentille arrière), E le grossissement du système à distance focale variable, pour l'une des paires de plans conjugués fixes, le grossissement de la lentille pivot 20 lorsque 10 le grossissement du système est -20 pour la même paire de plans conjugués fixes, et ± - Zl , F_ étant la distance focale de la len- F2 2 . tille centrale (qui est négative). Les figures 2A et 2B illustrent la position des différentes lentilles du microscope illustrées sur la figure 1 et doivent être 15 réunies au niveau de l'objet 14 comme le montre clairement la figure 1. Les figures 2A et 2B donnent conjointement avec le Tableau 1 ci-après les rayons de courbure, les distances, les indices de réfraction, les pouvoirs dispersifs et les diamètres de toutes les 20 lentilles. Le Tableau II donne quelques valeurs particulières des distances variables. Toutes les distances sont données en centimètres . 69 01471 10 Rayon de courbure 5 i"f oo r2-2,692 *3-36,311 r4+12,367 r5-5,203 15 r6-62,035 r 7+6,222 r8-8,727 20 r9 oo r1Q oo 25 r11+19,153 r12+6,480 ri 3-13,732 30 i"14 oo r15-7,852 35 r16+3,348 r17-3,3173 r18+5,980 TABLEAU I Indice de Distance réfraction dO 0,07 dl 3,7 d2 0,1 d3 0,45 d4 1,4 d5 0,1 d6 0,45 d7 1,65 d8 2,5 d9 4,2 d10 2,0 d11 0,45 d12 1,65 d13 VARIABLE d14 0,305 d15 0,051 d16 1,118 d17 0,305 Air 1,5891 Air 1,6479 1,6204 Air 1,6479 1,5165 Air 1,5190 Air 1,6889 1,5190 Air 1,5190 Air 1,5722 1,6479 2000764 Indice de dispersion DIAMETRE 61,2 33,8 60,3 33,8 64,2 60,4 31,2 60,4 60,4 57.7 33.8 t,Q 2,0 3,2 3,6 4,2 4,2 4,2 3,3 69 01471 2000764 Rayon de courbure 5 r19-12,948 r20-0,840 r21+1,592 r22+4,384 r23-1,810 15 r24-6,086 r25 oo 10 r26 oo 20 r27+27,86 r28+7,28 25 r29-14,34 STOP r30 oo 30 r31 oo r32 oo 35 x-33 co -Distance d18 YARIkBLE d19 0,432 d20 0,152 d21 YARIABLE « d22 0,610 d23 0,254 d24 VARIABLE d25 2,3 d26 0,4 d27 0,25 d28 0,25 â29 7,37 d30 0,4 d31 2,3 d32 42,4 d33 8,2 d34 5,2 TABLEAU I (suite) Indice de Indice de . réfraction dispersion air 1,61323 1,5891 Air 1,5174 1,6997 Air 1,5190 Air 1,6258 1,5190 Air 1,5190 Air 1,5190 •DIAMETRE 36,9 61,2 52,2 35,0 60,4 35,7 60,4 60,4 60,4 t,2 2,2 2,3 2,3 t,5 2,3 Air 69 01471 2000764 Hayon de courbure r34-7,74 r35+2, 8 r36-2,16 10 r37+2,16 r38-2,8 r39+7,74 15 r40+11,5 1*41-11,5 20 r42 oo r43 oo* BUTEE 25 r44 oo r45 oo 30 1-46+2,0 r47-3,2 EILAKEET 35 Distance d35 0,22 d36 0,9 d37 0,05 d38 0,9 d39 0,22 d40 VARIABLE d41 0,25 d42 0,4 d43 2,3 d44 4,5 d45 8,5 d46 2,3 d47 0,4 d48 0,2 d49 3,0 d50 3,6 iEABLEAU I (suite) Indice de Indice de réfraction dispersion 1,6989 T,62G4 Axr 1,6204 1,6989 Air 1,5190 Air 1,5190 ii!2 iixr 1,5190 Air 1,5190 Air 30, Q 60,3 60,3 30,0 60,4 60,4 60,4 60,4 DIAMETRE 2,8 2,8 2,2 2,3 0,9 2,3 1,0 0,28 69 01471 g 2000764 TABLEAU II VALEURS DES SEPARATIONS VARIABLES Eff CM ai3 d18 d21 d24 d40 1 0,81 7,748 3,10-5 21,06 18,34 petit grossissement 2 5,605 5,248 4, 122 17,749 15,029 3 10,574 3,653 5,372 13,125 10,405 moyen 4 15,198 2,403 6,967 8,156 5,436 5 18,509 1,387 9,467 3,361 0,641 fort grossissement La figure 3 Dans les deux systèmes 37 et 38, les trois lentilles 20, 21 et 22 (et 6, 7 et 8) sont mobiles ensemble et les unes par rapport 25 aux autres. La disposition de ces lentilles est telle que chaque système comporte deux paires de plans conjugués dont la position reste fixe lorsque le grossissement varie. L'une des paires de pljans conjugués fixes étant les plans objet et image, et l'autre paire los contient./pupilles d'entrée et de sortie. Chaque paire de'plans 30 conjugués fixes peut être prise comme plans objet et image ou comme plans dejagilLos d'entrée et de sortie. Dans l'exemple donné, le grossissement entre l'objet et 1 ■ Ir«at varie d'une valeur numérique R à une valeur lu Dans une position intermédiaire du système préféré pour ia-35 quelle le grossissement total correspondant à l'une des paires de plans conjugués fixes est égal à -1, les grossissements des lentille 69 01471 2000764 9 avant et arrière sont inverses l'un de l'aatre et tels que le grossissement pour cette paire de plans conjugués fixes satisfasse pour la lentille positive avant les inégalités suivantes : le rapport numérique If est de plus supérieur à 2. Une autre condition à laquelle le système doit satisfaire est 10 que la somme des valeurs numériques des puissances des lentilles extérieures est inférieure à la valeur numérique de la puissance de la lentille intermédiaire. les lentilles 20, 21 et 22 se déplacent dans le même sens lorsque le grossissement du système croît sur toute sa plage. 15 le système à distance focale variable de l'invention a pour avantage le fait que sa résolution augmente avec le grossissement et qu'il ne donne pas Mde grossissement à vide". le système à distance focale variable 38 de l'étage inférip-du microscope est semblable en tous points au système 57. 20 le microscope comprend un dispositif de montage 32 au niveau de/pupill*!dfentrée' du système inférieur 38 dans lequel sont disposées des butées d'ouvertures nécessaires pour l'examen en contraste de phase ordinaire, en illumination différentielle de Bheinberg, etc. la Une monture similaire 35 est fixée au niveau de/pupille de sortie du 25 système 37 et supporte les anneaux changeurs de phase correspondants, etc., 51 nécessaires aux différents modes d'observation, les montures 52 et 55 sont toutes deux rotatives pour permettre le choix et la disposition des éléments voulus sur le trajet optique du microscope. Une image de la butée 30 formée par les lentilles 5 à 19 apparaît 50 dans le plan de l'une des positions conjuguées fixes (gfpupille d'entrée) du système 57, et les dimensions de cette image varient lorsque l'on change le grossissement du système 38. le système 57 produit en 51 une image réelle de la butée 50. En outre, étant donné la symétrie du système, l'image de la butée 50 formée en 51 reste de dimension 35 constante lorsque varie le grossissement du microscope, car la dimension de l'objet (c'est-à-dire de l'image formée par les lentilles 5 à 19) du système 37 varie lorsque le grossissement du microscope est modifié. le microscope peut donc être utilisé pour l'observation 69 01471 ]o 2000764 en contraste de phase sur toute sa plage de grossissement. Un autre avantage de l'exemple donné est que la source de lumière 1 est projetée par le système optique inférieur sur la zone de l'objet 14 qui est dans le champ de vision du. système optique d'ob-5 servation. Ceci permet de conserver une brillance sensiblement constante du champ de vision présenté à l'observateur lorsque le grossissement du microscope est modifié. L'invention n'est pas limitée aux détails de l'exemple précédent, par exemple, chacun des systèmes à distance focale variable 10 peut comporter plus de trois lentilles. Deux conditions mathématiques générales données ci-après doivent être satisfaites par les systèmes à distance focale variable constitués d'un nombre quelconque de lentilles mobiles (au minimum trois) pour obtenir deux paires de plans conjugués restant fixes 15 lorsque le grossissement est modifié. Si l'on suppose que la lumière provient de la gauche, et si L représente la distance désirée entre le plan objet fixe 0 et le plan ist fixe de/pupille d ' entrée E, et que cette distance est positive ou négative sçlon que E est à droite ou à gauche de 0, L' représente la 20 distance désirée entre le plan image fixe 0' et le plan fixe delà pupille[de sortie E', cette distance étant positive ou négative selon que Ef est à droite ou à gauche de 01, P représente la distance désirée entre le plan objet 0 et le plan image O', M représente le grossissement entre un objet disposé en 0 et son image en 0', lequel 25 grossissement est positif ou négatif selon que l'image est droite ou inversée, K représente la puissance équivalente du système à distance focale variable lorsque le grossissement est M, valeur à laquelle D représente la distance entre les plans principaux du système. Ces conditions sont les suivantes ï 30 ^ _ M 1 L' " KL et DE = PIC + t1"1 ~ 69 01471 „ 2000764 La solution de ces équations pour le cas particulier d'un système à trois lentilles mobiles dont la première et la dernière sont de distance focale égale et de puissance positive, et dont la lentille centrale est de puissance négative, fournit l'équation 5 donnant l'intervalle total entre les lentilles avant et arrière et l'équation du produit ^23^ àes entre les lentilles avant et centrale, et centrale et arrière données ci-dessus. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre illustratif mais nullement limitatif, et que l'on 10 pourra y appointer toutes modifications sans sortir de son cadre. 2000764 69 01471 12 fflVEHDIOAinOKS 1. Système optique de lentilles à grossissement variable, comprenant stu moins trois lentilles élémentaires mobiles, caractérisé en ce qu'un dispositif permet de déplacer chacune desdites 5 trois lentilles par rapport aux autres, de manière que le système -comporte deux paires de plans conjugués dont la position reste fixe lorsque le grossissement est modifié, l'une des paires de plans conjugués formant les plans objet et image. 2.Système optique selon la revendication t, caractérisé en ce 10 qu^pupillos d'entrée et de sortie sont situés à proximité ou dans l'autre paire de plans conjugués fixes. 3.- Système optique selon la revendication t ou 2, caractérisé en ce que le mécanisme de déplacement des lentilles permet lorsque l'on modifie le grossissement dudit système de satisfaire sensible- 15 ment les relations ï EJ | 1' ~ ML ? DE = PK + ~ ^ dans lesquelles E, M, L, L', D et P ont les définitions données 20 précédemment. 4. Système optique selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte trois éléments mobiles dont le premier et le dernier sont de puissance positive et de distance focale égale, et dont le composant central est de puissance 25 négative, les trois éléments étant disposés pour satisfaire les relations ci-dessous 2F, d = 1 Mt5Y+ Mt2 (.4 -T) 30 2T- M1.(M1T"+ 2) (M + I) + i^cY + ^ _ 2) + 1 u _ M + M d12 d23 = F, T 2 - â- d F + 2(T - 1) _ M^r + ,2) (M + 1 ) 1 —F1 + dF, dans lesquelles d, d^2, d23' F1 > ¥' ï ont--les définitions suivantes: ' " 69 01471 2000764 13 -1^2 étant la distance entre les lentilles avant et centrale, cL,^ étant la distance" entre les lentilles centrale et arrière,d étant la sortie de c..distances (d^+dpj ), (d^ -t dp^ sont évidemment ne-sur ê es conf or: iénent aux conventions classiques de l'optique de 5 G-auss,entre los plans principaux appropriés des .différents éléments constitutifs),1^ étant la distance focale de la lentille avant(]?^=Fj distance focale do la lentille arrière),H lo grossissement du système à distance focale variable,pour l'une--dos paires de plans conjugués' fixes,le grossissement du la lc-ntille pivot 10 20 lorsque le grossissement du système est -20 pour la Lieno paire de plans coujuguos fixes,et") = - 3?^ , F^ étant la distance focale WZ de la lentille centrale(qui est négative), 5. Microscope forçant une image d'un objet, caractérisé on ce qu'il comprend un système optique de lentille à grossissement 15 variable selon l'une ou l'autre des revendications précédentes entre son objectif et son oculaire,' 6. nicroscope- selon la revendication 5tcaractérisê en ce eu'il est on outre à contraste de phase» 7. Microscope selon la revendication 6,caractérisé on ce r. O qu'un dispositif déphaseur est placé entre la position objet et l'oculaire,sensiblement dans l'un des plans de la seconde paire de plans-conjugués fixes du système optique à grossissement variable, et en ce qu'une ouverture de réglage de la lumière est disposée entre une source lumineuse et la position de 11 objet,de manière à 25 régler la lumière de l'objet incidente sur le dispositif déphaseur, ladite ouverture ayant une image sensiblement dans l'autre plan de ladite paire do plans conjugués fixes du système. 8. liicroscopo selon la revendication 7 » car actérisé en ce qu'un autre système do lentille à grossissement variable est pla- jO ce entre l'ouverture do réglage de la lumière et la position objet,pour faire varier le grossissement de l'image de ladite ouverture. 9. Microscope selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second système optique à grossissement variable est réa- 3 5 lisé selon l'une ou l'autre dos revendications 1 à 4 et comporte deux paires do plans conjugués fixes» 10. Liicroscope 3^Ion la revendication 9*caractérisé en ce que le second système optique est disposé de manière que la source lumineuse soit dans ou à proximité de l'un des plans conjugués 4-0 fixes du second système optique dont l'autre plan conjugué est à la position de l'objet ou à proximité»