Brevet FR2065535A1 — publié le 19710730

La présente invention ressortit au domaine de l'optique, et est plus particulièrement relative aux objectifs pour le balayage ultra-rapide de documents. Les analyseurs optiques, utilisés pour la lecture et/ou le tri des docu-5 ments exigent des objectifs à haute luminosité, à résolution uniforme dans toute l'étendue de leur champ utile, et dotés d'une gamme de distances focales relativement larges, afin de tolérer différentes épaisseurs de documents et de chèques, et de tolérer, aussi, le flottement, le débâttement mécanique, etc..., qui se produisent pendant l'analyse. 10 Un objet de la présente invention est de fournir un objectif de haute qualité, destinée à 1.'utilisation dans les analyseurs optiques, où dans les dispositifs de mémoire à infra-rouges, utilisant des diodes émettrices de lumière ou des lasers, etc... en tant que source d'énergie. Ce qui précède et les autres objets, caractéristiques et avantages de - -.15 l'invention ressortiront de la description plus particulière, suivante, de réalisations préférées de l'invention, telle qu'elle est illustrée dans les dessins joints. Dans les dessins: " La figure 1 est une illustration d'une réalisation d'un objectif confor-20 me aux principes de la présenté -invention. La figure 2 est une courbe, représentant des aberrations sphériques du groupe de lentilles de la figure 1. La figure 3 est une courbe, représentant 1'astigmatisme du groupe de lentilles de la figure 1. 25 Si nous nous reportons à la figure 1, l'objectif de la présente invention est représenté, comprenant cinq lentilles, dénomméss, ici, lentille I, lentille II, lentille III, lentille IV et lentille V. La lentille I est une lentille biconvexe, la lentille II est une lentille ménisque, la lentille III est une lentille biconcave, la lentille IV est une lentille ménisque, 30 et la lentille V est une lentille biconvexe. Les lentilles I, II, III, IV, et V ont leurs épaisseurs sur l'axe central de l'objectif, constitué, respectivement, par t1, t2, t3> t^ et tg. Les lentilles I et II sont séparées'par la distance les lentilles II et III sont séparées par la distance S2» les lehtilles III et IV sont séparées par la distance Sg, et, les lentilles 35 IV et V sont séparées par la distance S^, Les courbures des faces antérieure et postérieure de la lentille I sont exprimées par les rayons et R^, respectivement. De la même façon, la lentille II est décrite par les rayons et R4, la lentille III est décrite par les rayons R et R , la lentille IV est décrite par les rayons R7 et 5 6 / 40 Rfl, et, la lentille 5 est décrite par les rayons Rg et R^. L'objectif est 70 32365 2 2065535 doté d'une ouverture relative de f/1,5 et d'un grandissement de -1.0X. L'objectif de cette invention estparticulièrement utile dans les lecteurs/ trieurs à grande vitesse. Les lecteurs/trieurs ultra-rapides sont utilisés pour la manutention de documents, tels que des chèques, des fiches de vente, 5 .. et autres documents similaires. L'objectif, dans de tels dispositifs, relève optiquement l'information désirée dans le document et l'adresse au récepteur, et doit accomplir cette tâche avec la meilleurs efficacité posdible. L'objectif de l'invention fournit une^image très contrastée, dont la fréquence spatiale est approximativement de quatre à cinq lignes par millimè-10 tre, afin de traiter des caractères ayant une largeur de ligne.de l'ordre de 0,1 millimètre. Une fréquence spatiale plus élevée n'est pas désirée, du fait, que, si des fréquences plus élevées étaient traitées, rie lecture enregistrerait" des objets indésirables, tels que" des tâches, dés défauts, et: les'ombres des plis et des zSnes froissées. Afin de fournir une correction 15 optique qui ne transmette qu'une faible gamme-de fréquences spatiales, et, essentiellement, rien, dans les gammes plus fines de fréquences, l'objectif couvre d'un.-cercle flou homogène, le champ,désiré. • L'objectif de la présente invention fournit le cercle floui nécessaire, s ' i tout d'abord, grâce à l'équilibrage de l'aberration sphérique de la longueur \ i 20 d'onde moyenne de 8521 A, représenté dans la figuré 2. Les aberrations sphé-riques, de troisième, et de cinquième ordre, se combinent, p'our fournir un cercle flou homogène, d'un diamètre approximatif de 40 micronsi La figure 2 représente l'aberration pour la-longueur-^ *-onàe principale, en même temps que les aberrations des limites approximatives, supérieure 25 et inférieure, de -la largeur de bande utilisable. L'aberrationrGhromatique longitudinale n'est que partiellement corrigée, ce qui a poujt effet d'élargir encore le.cercle flou,.Jusqu'à une dimension désirée, et, se©' qui améliore, de plus, l'homogénéité. - ■ • - . - .• ' La figure 3 représente l'aberration , pour l 'obj-ectif ;de la ..figure 2. 30 L'objectif de,la figure;1 est décrit en termes de données de construction qui lui sont propres: les rayons, épaisseurs et espaces remplis d'air. La valeur des paramètres spécifiques peut varier dans des garnnes déterminées. Les réalisations de l'objectif, dotées de données de construction comprises dans lesdites gammes, fournissent des résultats quasi-identiques. Si les 35 gammes de données de construction fournies sont dépassées, la correction de l'objectif résultant sera modifiée. La table I présente les gammes limites pour les rayons, épaisseur et espaces d'air, et six réalisations spécifiques d'objectifs, dotés de paramètres compris dans ces gammes, seront décrits ensuite. Le rendement des six réalisations, décrit en termes d'aberration 40 sphérique transversale, est également mentionné, afin d'illustrer le fait. 70 32365 3 2065535 que les réalisations possèdent essentiellement la même correction. TABLE I Lentille Rayons Epaisseursj et espaces d'air I Q,470f 0,195f 0,008f II 0,474f 0,142f III Q,330f 0,330f 0,043f IV 1,62f 0,474f 0,142f V ■ 2,27f 0,195f . D Dans cette table, f représente la distance focale équivalente du groupe de 15 lentilles, qui est de 26,2 millimètres pour 8521 A. Les six réalisations ci-après sont également dotées d'un nombre f égal à 1,5. Il sera remarqué que les valeurs de R , R , R , R et R„_sont les mSmes o 7 o 9 lu que celles de R , R , R , R , et R., respectivement, à cette différence près, •) 7 U I qu'elles sont de signe opposé, du fait que la courbure est dans le sens 20 opposé. Réalisation UN 70 32365 4 2065535 5 10 Lentille Rayon Epaisseur (t) ou espace d'air (S) nd V I R1 = + 0,4904f R2 = - 2,4518f t^ = 0,2023f S1 = 0,0153f 1,62032 60 j3 II R3 = + 0,4943f R4 = + 1,8028f t2 =0,1489f S2 = 0,1057f 1,62032 60,3 III R = - 0,34Q5f t3 = 0,0B11f S3 " S2 1,72803 28,4 IV R7 = " R4 ; R8 = - R3 *4 = *2 S4 ' S1 1,62032 60,3 V R9 - - R2 R10= " R1 *5 "S 1,62032 60,3 15 Dans la réalisation UN, N^ et V représentent, respectivement, l'indice de réfraction et le nombre Abbe des lentilles associées. Ces valeurs restent les mêmes pour les réalisations DEUX à SIX. En conséquence, dans les réalisations DEUX à SIX» & S„ = S, 5* 2' V R7 = -R4 Rc -R, S '"3' 9 S. r S, et tc = t "R2r R10 " ~R1' 1* 20 Réalisation DEUX R. = + 0,5080f 1 R2 = - 2,35B0f Rg = + 0,4866f R4 = + 1,6155-f R_ = - O,3482f = 0,20B9f = 0,0156f = 0,1522f = G,1097f = 0,0429f 25 Dans la réalisation DEUX, R^ est à sa limite inférieure et t^ est à sa limite inférieure. 70 32365 5 2065535 Réalisation TROIS R1 = = + 0,4939f S = 0,2037f = - 2,4693f S1 = 0,0154f = + 0,4978f *2 = 0,1563f 5 = + 1,8157f S2 = 0,1019f = - 0,3430f t3 = 0,0584f Dans la réalisations TROIS, t2 est à sa limite inférieure. Réalisation QUATRE R1 = = + 0,4844f S = 0,2100f 10 = - 2,4220f S1 = 0,151f R3 = = + 0,4840f H = 0,1470f = + 1,7240f S2 = 0,1027f r5 ; = - 0,3364f S = 0,0B22f Dans la réalisation QUATRE, t est à sa limite supérieure. 15 Réalisation CINQ Ri ' = ♦ 0,492Bf *1 = 0,2032f = - 2,B320f S1 = 0,0154f - • + Q,49B6f t2 = 0,1495f = + 1,9007f S2 = 0,1072f 20 V = - 0,3421f *3 = 0,0560f Dans la réalisation CINQ, R2 est à sa i limite supérieure. Réalisation SIX. Ri ' = + 0,5081f t1 = 0,2096f = - 2,5403f ' S1 0,0079f 25 = * 0,5089f *2 = 0,1542f = + 1,8247f S2 = 0,1119f = - 0,3528f t3 = 0,0459f Dans la réalisation SIX, S est à sa limite inférieure, et : sa limite supérieure. 30 L'étude de la table I et des réalisations détaillées montre 35 rayons peuvent différer, des rayons de la réalisation UN, de quantités atteignant approximativement 3%, alors que d'autres rayons peuvent varier jusqu'à 11%, cette différence des variations permises étant régie par la grandeur des apports d'aberration superficielle des lentilles individuelles de l'objectif. L'épaisseur des lentilles I, II, IV et V peut subir une variation de l'ordre de 4 à 5%, l'étroitesse de cette gamme étant imputable à la valeur considérable de l'angle de rayonnement axial dans l'espace de l'objectif. 70 32365 6 2065535 L'épaisseur de la lentille III commande essentiellement l'astigmatisme et peut varier jusqu'à 40 „%, du fait que la modification de l'astigmatisme peut être supprimée par la modification des paramètres d'autres lentilles. Les espaces d'air S et S peuvent être modifiés, de quantités atteignant jusqu'à l i 5 90%, mais les espaces d'air et sont beaucoup plus sensibles, du fait du rayonnement axial, mentionné ci-dessus, dans ces espaces. et S^ ne peuvent varier que de 6%. Les six réalisations énumérées ont une correction très semblable, ainsi qu'il est aisé de le démontrer par une comparaison de leur aberration sphérique 10 transversale, pour la longueur d'onde moyenne (B521Â), pour une-ouverture totale, et pour une ouverture de 0,7. Les valeurs sont trop semblables pour 8tre évidentes dans une courbe, aussi, lesdites valeurs, daris -le cas des six réalisations, seront-elles exprimées sous la forme de la table suivante: , REALISATION ABERRATION SPHERIQUE TRANSVERSALE EN MIGRONS Ouverture numérique- totale Ouverture numérique 0,7 UN + 1 . - 30 DEUX - 2 . - 29 TROIS - 1 - 30- QUATRE + 2 CO CO 1 CINQ + 6 - 29 SIX - 1 - 30 ' Il apparaît en conséquence, que, les réalisations d'objectif, sélectionnées à partir des gammes offertes dans la table I, sont dotées de rendements 25 pratiquement identiques. Ainsi, qu'il a été précédemment spécifié, la longueur d'onde moyenne est de 8521 Ai les longueurs d'onde des limites approximatives, supérieure et inférieure, de'la zCne spectrale-désirée, sont, respectivement, 10140 et 6563A. L'objectif est utilisé pour un agrandissement unitaire, de telle sorte que les ouvertures numériques drobjet et d'image sont identiques, 30 leur valeur étant 0,1667, et, la distance focale est de 26,2 millimètres. Le diaphragme de l'objectif est l'ouverture de la lentille III dont la valeur est 5,9 millimètres. Les diamètres de l'image et de l'objet sont, chacun, de 10:,6 millimètres. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, 35 les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation -préféré de-celle-ci, il est. évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 70 32365 7 2065535 REVENDICATIONS 1.- Groupe de lentilles caractérisé en ce qu'il comprend: une première, une deuxième, une troisième, une quatrième et une cinquième lentille, 5 ladite première lentille ayant une courbure définie par les rayons R^ et R^, ladite deuxième lentille ayant une courbure définie par les rayons R3 et R^, ladite troisième lentille ayant une courbure définie par les rayons R_ et R_, ladite quatrième lentille ayant une courbure définie par les rayons h D R_ et R et ladite cinquième lentille ayant une courbure définie par les ra- / O 10 yons Rg et R1q, lesdites première, deuxième, troisième, quatrième et cinquième lentilles ayant des épaisseurs axiales respectivement égales à t^, tg, t^, et t^, ladite première et deuxième lentilles étant séparées d'une distance axiale S„, ladite seconde et ladite troisième lentilles étant séparées d'une 1 15 distance axiale S^» ladite troisième et ladite quatrième lentilles étant séparées d'une distance axiale S3 et ladite'quatrième et ladite cinquième lentilles étant séparées d'une distance axiale S^, lesdits rayons, lesdites épaisseurs et lesdits espacements étant compris entre les valeurs suivantes Cf étant égal à la longueur focale équivalente) Lentille Rayons Epaisseurs (t) et espacement (s] I 0,470f 0,195f II Q,474f Q,142f III 0,330f 0,330f 0 0,043f IV 1,62f 0,142f V 2,27f 0,195f 2.- Groupe de lentilles selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits rayons, épaisseurs et espacements ont les valeurs suivantes: 70 32365 6 206SS3S Lentille Rayon Epaisseur (t) Espacement (S) No V I R1 = + 0,49Q4f R2 - - 2,4518f t = 0,2023f S1 = 0,0153f 1,62032 60; 3 II R3 = + 0,4943f R4 = + .1,8028f t2 =0,1489f S2 = 0,1057f 1,62032 60,3 III Rc = - 0,3405f • t„ = 0,0611f V* 1,72803 28,4 IV R7 = - R4 R8 " " R3 t4 = t2 S4"S1 1,62032 60,3 V R = - R„ 4--v ■ t5 " S 1,62032 60,3 Où Ng et .V sont respectivement l'indice.de réfraction et le nombre d'Abbe. BAD ORIGINAL