Brevet FR2124174A1 — publié le 19720922

Les demandeurs ont décrit, dans leur brevet français 17 289.488 du 6 Février 1961 et dans le premier certificat diaddition 83 Mars 1963 à ce brevet français, une combinaison optique afocale de grossissement sensiblement égal à l'unité utilisable en particulier pour la réalisation de hublots de protection nucléaire ou de périscopes, et constituée par deux systèmes optiques afocaux identiques, combinaison comprenant au tctal deux lentilles sphériques ou cylindriques de puissance négative placées aux deux extrémités de ladite combinaison, et deux lentilles de puissance positive, également sphériques ou cylindriques et prévues à l'intérieur de cette combinaison, lentilles ayant une focale supérieure à celle desdites lentilles de puissance négative. La présente invention a pour objet une nouvelle combinaison afocale utilisant de la même façon des éléments optiques de surface sphérique ou cylindrique, mais ne comportant au total que deux éléments dioptriques au lieu de quatre. Dans un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, la nouvelle combinaison est constituée par un élément optique de puissance négative et de forme plan-concave associé à une lentille ménisque épaisse de puissance positive égale en valeur absolue à la puissance négative dudit élément plan-concave, ladite lentille ménisque étant orientée de façon à avoir sa face convexe tournée vers l'intérieur de ladite combinaison, c està-dire vers ledit élément plan-concave. Dans un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, ladite lentille ménisque épaisse est remplacée par un ensemble de deux lentilles ayant respectivement une puissance positive et une puissance négative, lentilles associées de façon telle que la focale résultante dudit ensemble de ces lentilles ait une valeur positive égale à celle de la lentille ménisque épisse précitée. tl va de soi que dans une telle combinaison, les deux dioptres convexe et concave desdites deux lentilles associées ont le mêmé rayon de courbure que ceux de ladite lentille ménisque épaisse, et sont orientés par rapport audit élément plan-concave de la meme façon que ceux de cette lentille ménisque. L'avantage de ces nouvelles combinaisons par rapport aux dispositifs décrits dans le brevet français et le premier certificat dladdition précités, réside dans le fait que la lentille plan-concave sphérique ou cylindrique constituant l'élément négatif de la nouvelle combinaison, a une face concave de rayon de courbure supérieur à celui des deux éléments planconcaves prévus aux extrémités des combinaisons décrites dans ledit brevet et ledit certificat d'addition. I1 en résulte que cette lentille peut avoir une épaisseur moindre, ce qui permet de la loger plus aisément à l'avant de la combinaison précitée, lorsqu'on veut réaliser des hublots ou des périscopes de'grande ouverture. D'autre part, en raison du fait que la nouvelle combinaison ne comporte en général que trois dioptres non plans, sa fabrication se trouve simplifiée et son prix de revient réduit. Il va de soi, cependant, que pour améliorer les qualités-optiques de la nouvelle combinaison optique, on peut remplacer l'élément plan-concave précité, tout comme le ménisque épais de puissance positive, par une combL- naison quelconque de lentilles composites assurant à chacun de ces éléments la même puissance focale. Comme le foyer de l'élément positif est placé nettement en avant de la face convexe de ladite lentille ménisque, à une distance, dite "tirage optique", nettement supérieure à la valeur de la focale de cet élément, il est possible de disposer ladite lentille plan-concave et ladite lentille ménisque épaisse de façon à faire coïncider le foyer image de cette lentille plan-concave avec le foyer objet de cette lentille ménisque. En adoptant ainsi deux lentilles ayant une même valeur de focale, négative dans un cas et positive dans l'autre, on réalise, en faisant coincider ainsi les deux foyers précités, une combinaison afocale de grossissement égal ou sensiblement égal à l'unité. Dans le cas d'un hublot d'observation pour enceinte nucléaire, il va de soi qu'on peut intercaler entre les différents éléments dioptriques, des masses de verre ou d'un autre matériau transparent, comme cela a été mentionné dans le brevet et le certificat d'addition précités. On peut également remplacer la lentille ménisque épaisse par un élément plan-concave et un dioptre convexe tourné vers l'intérieur de la combinaison, et prévu sur l'un des côtés d'un prisme à réflexion totale, l'élément négatif placé à l'autre extrémité de ladite combinaison étant alors suivi d'un deuxième prisme à réflexion totale, de façon à constituer un dispositif périscopique susceptible de décaler le champ optique par exemple en hauteur, tout en permettant d'accroitre le le champ par la pré- vision des éléments dioptriques précités, sans modifier le grossisse ment. Enfin, dans un mode de réalisation particulier, on peut remplacer la lentille plan-concave constituant l'élément négatif de ladite combinaison, par une lentille hémisphérique à surfaces concentriques, de façon à réaliser ainsi un hublot panoramique pouvant être utilisé par exemple pour l'observation sous-marine. Dans une telle combinaison, la lentille ménisque épaisse est de préférence sphérique, de mEme que l'élément avant négatif, et est montée de façon à pouvoir pivoter dans un méridien quelconque en vue de déplacer la zone d'observation du centre à la périphérie dudit élément sphérique, ce pivotement se faisant autour du centre des deux surfaces concentriques de ladite lentille hémisphérique, de façon à réaliser ainsi un hublot panoramique champ accru, capable d':bserver dans n importe quel méridien avec grossissement égal à l'unité. Il va de soi que les quatre dioptres associés peuvent avoir également une surface cylindrique, mais, dans ce cas, les différentes surfaces cylindriques ont obligatoirement leurs axes parallèles, et le pivotement de l'élément positif autour de l'axe commun desdites surfaces coaxiales de l'élément négatif s'effectue dans une direction perpendiculaire auxdits axes parallèles. On remarquera, que, contrairement aux modes de réalisation décrits dans le brevet et le certificat dnaddition précités, où les dioptres placés aux deux extrémités de la combinaison, de meme que ceux placés à l'intérieur de ladite combinaison étaient identiques, les différents dioptres sphériques ou cylindriques de la nouvelle combinaison sont tous différents. De plus, contrairement à la combinaison décrite dans ledit brevet et dans ledit certificat d'addition, les dioptres négatifs placés aux extrémités de la combinaison ont tous deux une focale plus grande que celle du dioptre positif qui se trouve à l'intérieur de la combinaison. A la limite, ce dioptre positif peut avoir une focale identique à celle du dioptre négatif dudit élément positif, alors que, dans l'ancienne combinaison, les dioptres positifs situés à l'intérieur de la combinaison avaient toujours une focale de valeur supérieure à celle des dioptres. négatifs placés aux extrémités de ladite combinaison. Les caractéristiques de la présente invention seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit de différents modes de mise en oeuvre de l'invention, modes de mise en oeuvre donnés à titre d'exemples non limitatifs et décrits en se référant au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une collpe diamétrale d'un premier mcde de réalisation de la nouvelle combinaisor. afocale, ne comportant qu'un élément plan-concave et une lentille ménisque épaisse - la figure 2 est une coupe d'un deuxième mode de réalisation de combinaison afccale suivant lr mvention, dans laquelle ladite lentille ménisque est remplacée par un élément plan-convexe ayant sa partie convexe tournée vers l'intérieur de la combinaison, et par un élément plan-concave placé à une extrémité de ladite combinaison et orienté de la méme façon que l'élément plan-concave précité - la figure 3 est une coupe diamétrale d'un hublot de protection nucléaire constitué par un dispositif comparable à celui représenté schéma- tiquement sur la figure 1, mais comportant, entre ladite lentille ménisque et ledit élément plan-concave, une masse transparente de protection - la figure 4 est une coupe d'un périscope à champ accru suivant l'invention par un plan perpendiculaire aux deux miroirs plans parallèles ou aux deux faces de réflexion totale également parallèles dudit périscope ; et la figure 5 est une coupe diamétrale d'un hublot panoramique à champ accru pour observation sous-marine. On voit sur la figure 1 que l'élément plan-concave 1 de puissance négative est placé par rapport à une lentille ménisque épaisse 2 de telle façon que le tirage optique t2 de cette lentille ménisque 2 soit égal à la somme de la focale f2 de cette lentille ménisque et de la distance d entre le sommet du dioptre convexe 3 de la lentille ménisque 2 et celui du dioptre concave 4 de l'élément plan-concave 1. Comme l'élément concave 1 a un tirage optique tî égal à la valeur de sa focale, le plan focal objet de la lentille 2 coïncide en 5 avec le plan focal image de la lentille négative 1. Le dioptre concave de l'élément 2 est désigné par le nombre de référence 6, et il va de soi que le rayon de courbure de ce dioptre concave est plus grand que celui du dioptre convexe 3. Dans la variante de la figure 2, on retrouve l'élément 1, les dioptres concaves 4 et 6, le plan focal commun 5 de l'élément négatif et de la combinaison positive de deux éléments 7 et 8, ainsi que le tirage optique t2 de ladite combinaison positive qui remplace la lentille ménisque 2, et la focale f2 de cette combinaison. On remarquera, que la distance L2 entre le dioptre convexe 3 et le dioptre concave 6 est remplacée par une distance inférieure L3, les réfractions sur les deux faces planes 9 et 10 des deux éléments 7 et 8 rendant le trajet dans l'air entre ces deux plans équivalent à un trajet de longueur plus grande à l'intérieur du verre constituant la lentille ménisque épaisse 2. On retrouve sur la figure 3 les différents dioptres 4, 3 et 6 de la figure 1, les éléments négatif et positif 1 et 2, et une masse transparente 11 de protection nucléaire. Dans le périscope de la figure 4, on retrouve l'élément 8 de la figure 2 avec son dioptre 6 et sa face plane 10. Toutefois, l'élément 7 est remplacé par un prisme à réflexion totale 7a, dont la face de réflexion totale est désignée par le nombre de référence 12, et qui comporte, à sa par tie antérieure, un dioptre convexe 3 semblable à celui représenté sur les figures 1 et 2. Toutefois, dans ce mode de réalisation, la lentille négative 1 et son dioptre concave 4 sont suivis d'un deuxième prisme à réflexion totale 13 dont la face de réflexion totale, désigne par le nombre de référence 14, renvoie les rayons lumineux sur le dioptre 3 de l'ensemble 7a, 8 formant l'élément positif de la combinaison. I1 est facile de comprendre que les dioptres 3, 43 6 peuvent être à volonté des dioptres sphériques, ou des dioptres cylindriques ayant leurs axes respectifs perpendiculaires au plan de la figure 4. Dans ce dernier cas, la longueur des prismes 7a et 13 et des éléments 1 et 8 dans le sens axial peut etre quelconque. Enfin, si l'on se reporte à la figure 5, on voit que la lentille ménisque 2 peut tourner, par rapport au centre C de la lentille hémisphérique la, autour d'un axe quelconque passant par ledit centre C, de façon à permettre dvobserver dans tous les méridiens avec un champ accru et un grossissement sensiblement égal à l'unité. Les deux dioptres concentriques de l'élément hémisphérique la, qui ont pour centre le point C, sont désignés respectivement sur la figure 5 par les nombres de référence 4a et 4b. Lorsque les dioptres 6, 3, 4a et 4b sont des dioptres cylindriques, leurs axes sont tous orientés perpendiculairement au plan de la figure 5, et la rotation de la lentille épaisse ne se fait plus que dans le sens de l'une des flèches 15 et 16, et dans un seul méridien constitué par le plan de la figure 5. Il est bien entendu, que l'on peut apporter aux modes de réalisa tior. qui viennent d'être décrits, divers changements, perfectionnements ou additions, et que l'on peut remplacer certains éléments par des éléments équivalents sans altérer pour cela lPéccliomie générale de l'invention. O peut notamment prévoir, dans le cas de réalisation d'un périscope, une masse isclante de protection nucléaire entre les deux prismes à réflexion tctale précités. REVENDICATION 1. Combinaison afocale, en particulier pour hublots de protection nucléaire et pour périscopes, ladite combinaison étant caractérisée par le fait : qu'elle est constituée par un élément négatif placé à l'avant de ladite combinaison, et constitué de préférence par une seule lentille de type plan-concave, éventuellement composite, et par un élément positif de même focale disposé de façon à avoir un dioptre convexe interne tourné vers un dioptre concave dudit élément négatif, et placé à une distance égale à la différence entre les tirages optiques respectifs desdits éléments négatif et positif, de façon à assurer la cotncidence entre le foyer image dudit élément négatif et le foyer objet dudit élément postif. 2. Combinaison optique suivant la revendication 1 caractérisé par le fait : que ledit élément de puissance négative est constitué par une lentille plan-concave et que ledit élément de puissance positive est constitué par une lentille ménisque épaisse présentant du côté tourné vers ladite lentille plan-concave un dioptre convexe de rayon de courbure inférieur à celui de son dioptre concave placé à l'arrière de ladite combinaison. 3. Combinaison optique suivant la revendication 1 caractérisée par le fait : que ledit élément négatif est constitué par une lentille planconcave ayant sa face concave tournée vers l'intérieur de la combinaison, et que ledit élément positif est constitué par une lentille plan-convexe ayant sa face convexe tournée vers la face concave de ladite lentille planconcave, et par une deuxième lentille plan-concave ayant une face concave de rayon de courbure supérieur à celui de ladite face convexe, et tournée vers l'arrière de ladite combinaison, ladite lentille plan-convexe et ladite deuxième lentille plan-concave étant disposées à une distance l'une de l'autre telle que la focale de l'ensemble de ces deux lentilles soit égale à celle dudit élément négatif. 4. Combinaison afocale suivant la revendication 2 caractérisée par le fait : qu'elle comporte en outre, entre ladite lentille plan-concave et ladite lentille ménisque épaisse, une masse transparente de protection nucléaire. 5. Combinaison afocale suivant la revendication 1 caractérisée par le fait : que ledit élément de puissance positive est constitué par une lentille plan-concave du type visé dans la revendication 3, associée à un prisme à réflexion totale comportant une face plane de 8ortie des rayons lumineux parallèle au plan de ladite lentille plan-concave et dont l'autre face d'entrée desdits rayons lumineux est constituée par un dioptre convexe de meme rayon de courbure que celui du dioptre convexe précité ; et que la lentille plan-concave constituant 17 élément de puissance négative de ladite combinaison est suivie d'un deuxième prisme à réflexion totale ayant une face réfléchissante inclinée par rapport à l'axe de propagation des rayons lumineux. 6. Combinaison afccale suivant la revendication 1 caractérisée par le fait : que ledit élément de puissance négative, au lieu d'être constitué par une lentille plan-concave, est constitué par une lentille hémisphérique comportant deux dioptres concentriques ; que le dioptre convexe dudit élément de puissance positive est placé à une distance de la face interne de ladite lentille hémisphérique, égale à la différence entre son tirage optique et celui de cette lentille hémisphérique ; et que ladite lentille mé- nisque est montée de façon à pouvoir tourner autour du centre de ladite lentille hémisphérique, dans un méridien quelconque. 7. Combinaison afocale suivant la revendication 6 caractérisée par le fait que ladite lentille hémisphérique est remplacée par une lentille cylindrique comportant deux dioptres cylindriques concentriques, et que ladite lentille ménisque comporte également deux dioptres cylindriques ayant leurs axes respectifs parallèles à celui desdits dioptres cylindriques concentriques et est montée de façon à pouvoir tourner autour dudit axe commun à ces dioptres cylindriques.