Brevet FR2193209A1 — publié le 19740215

La présente invention est relative à un objectif "zoom't? et plus particulièrement à un objectif zoom!' qui soit susceptible de fonctionner pour la prise de vues à distance extrêmement courte. Dans les objectifs "zoom! classiques de type général, la prise de vues à très courte distance est réalisée en fixant une lentille amovible à l'avant de l'objectif en question. Dans un tel cas, la distance focale est fixe et il n'est donc pas possible de saisir n'importe quelle taille d'objet à n'importe quelle distance dans le champ de objet En outre, dans le cas d'une prise de vues à une distance extrêmement courte la qualité de l'image prise est susceptible d'être oblitérée. L'invention vise à éliminer les effets précédents des objetctifs 'zoom" classiques. Pour une meilleure compréhension de l'invention par rapport à ces objectifs connus, cependant, les défauts ou inconvénients de ces derniers vont être maintenant décrits en détail en référence aux dessins dans lesquels Les figures lA, 1B et 1C sont des vues de côté montrant la construction d'objectifs "zoom" classiques bien connus, respectivement de différents types, et la figure 2 est une vue de côté de l'objectif 'zoom" de la figure 1B dans le but d'expliquer l'amplitude du déplacement de la lentille mobile arrière pour la mise au point avec différentes caractéristiques de référence de certains éléments optiques de l'objectif. Si on se réfère d'abord à la figure 1A, dans laquelle on a représenté une réalisation de base de l'objectif zoom généralement employé dans les caméras compactes, l'objectif "zoom" comprend une lentille avant de mise au point L1, une première lentille mobile L2 à l?intérieur d'un système optique afocal, une seconde lentille mobile L3 dans le système afocal, et une lentille de relais LM, et la lentille avant de mise au point L1 n'est déplacée le long de l'axe optique que pour effectuer la mise au point et reste donc fixe lorsqu'on filme.La lentille de relais LM est toujours fixée sur l'axe optique, sert de lentille de mise au point pour recevoir des rayons lumineux parallèles provenant de la dernière lentille mobile L3 du système afocal, et fait converger ces rayons pour focaliser une image de l'objet sur un film photosensible F. L'objectif représenté à la figure 1A se trouve dans la position relative qu'il affecte au moment de l'angle maximum de prise de vues, et la première lentille mobile L2 se déplace vers la droite le long de l'axe optique lorsque objectif est modifié vers sa position relative qui convient à la prise de vues télescopique.En même temps que la première lentille mobile L2 se déplace vers la droite, la seconde lentille mobile L3 se déplace vers la droite pendant la première moité de son mouvement, puis retourne vers la gauche sur le meme trajet. En conséquence, comme il est bien connu, les deux dites lentilles mobiles L2 et L3 siapprochent le plus l'une de l'autre à la fin du stade de prise de vues téléscopique. Ensuite, l'objectif représenté à la figure 1A a été amélioré, et la seconde lentille mobile L3 a été divisée en une lentille divergente omme L3F et une lentille convergente L3B pour corriger l'aberration, on le voit aux figures 1B et 1C. Les fonctions de la lentille avant de mise au point L1, de la première lentille mobile L2 et de la lentille de relais LM sont semblables, dans les deux types d'objectifs "zoom" améliorés, à celles de l'objectif représente, à la figure 1A.Cependant, dans l'objectif représenté à la figure 1B, le mouvement de la lentille convergente L3B est stoppé au cours de l:opération de !zoom'!, et pendant que Ja première lentille mobile L2 se déplace vers la droite le long de l'axe optique pour modifier sa position de celle de grand angle à celle de fonctionnement télescopique de la même façon que la lentille L2 de la figure 1A, la lentill.e divergente L3F se déplace vers la gauche dans la première moitié du mouvement et retourne ensuite vers la droite.Dans l'objectif représenté à la figure 1C, le mouvement de la lentille divergente L3F est stoppé pendant l'opération de "zoom", et pendant que la première lentille mobile L2 se déplace vers la droite pour modifier sa position de celle de grand angle à celle de fonctionnement télescopique, la lentille convergente L3B se déplace Vt s la droite dans la première moitié du mouvement et retourne ensuite vers la gauche de la même façon que la lentille L3 de la figure 1A. La réalisation améliorée et le fonctionnement des objectifs représentés aux figures 1B et 1C et décrits ci-dessus sont également bien connus dans la technique en question. Dans les types classiques d'objectifs '!zoom! comme ceux représentés aux figures 1A à 1C, le diamètre de la lentille avant de mise au point Il doit etre grand pour éviter le dégradé, puisqu'elle se déplace depuis la position arrière mise au point à l'infini jusqu'à la position avancée mise au point sur un objet à courte distance.Ceci est l'un des défauts du type classique d'objectifs "moom" En outre, si on rend possible la Prise de vues à trop courte distance, la distance dont doit se déplacer la lentille avant de mi.se au point devient trop grande En conséquence, la longueur du porte-objectif devient grande et la caméra ne peut pas être rendue facilement compacte, en même temps que le champ au moment de la prise de vue normale est rendu plu étroit. A taure de ces raisons optique inévitables, la limite de la prise de vues à courte distance dans tinte caméra normale de petites dimensions munie d'un objectif "zoom" est réalisée à 1 mètre environ dans la conception dtJ porte--objectif, et une lentille amovible de prise de vues rapprochée se fixe à l'avant de la lentille avant de mise au point pour des prises de vues à courte dist:ance au-delà de cette limite. Dans le cas où on emploie la lentille amovible, la prise de vues à courte distance n'est cependant permise qu'à une distance pré-déterminée, fonction de la distance focale de la lentille amovible. Dans ce cas, il est donc impossible de filmer un petit objet avec la taille d'image quon désire pour occuper la totalité du champ du système optique. En outre, il existe un risque de détérioration de la qualité de l'image lorsqu'on filme à une distance excessivement rapprochée. Si on considère maintenant l'objectif tel que représenté aux figures la à lc, il s'avère d'autre part que l!opération de mise au point elleême, excepté dans l'opération de "zoom", peut être effectuée en faisant varier la position relative des autres lentilles sans dépendre du fonctionnement de la lentil.le avant de mise au point Li La présente invention utilise le changement ci-dessus mentionné de position relative dans les lentilles mobiles autres que la lentille avant de l'objectif "zoom" pour rendre possible la prise de vue d'un objet à courte distance. C'est-à-dire, que dans la présente invention, la lentille avant mobile du système opti.que afocal d'un objectif !zoom'! est fixé dans sa position limite de prise de vue à grand angle et me lentill arrière mobile est déplacée de façon convenable le long de l axe optique pour permettre la mise au point sur un objet existant à n!importe quelle distance de la caméra, c 'est-à-dire sur un objet situé dans 1 intervalle compris entre l'infini et une position au contact de la surfX.e de la lentille avant de mise au point Un objet de l'invention est donc de propose' un objectif "zoom" qui rende possible la focalisation de l'image d'un objet situé à une distance extrêmement courte de la caméra. Un autre objet de l'invention est de proposer un objectif "zoom" de petite dimension susceptible de prendre une vue d'un objet situé à une très courte distance. Encore un autre objet de l'invention est de proposer un objectif "zoom" qui permette la prise de vue d'un objet situé à une distance extrêmement courte sans détérioration de la qualité de l'image obtenue. C'est encore un autre objet de l'invention que de proposer un objectif '=oom' susceptible de focalise l'image d un objet situé à n'importe quelle distance de l'objectif Encore un autre objet de l'invention est de proposer un objectif !!zoom!! avec lequel on puisse prendre une vue au contact sans utiliser de lentille amovible D'autres objets, caractérist.iques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation préféré de t'el%e-ci, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale montrant un mode de réalisation de la présente invention dans lequel l.'objectif "zoom" de la figure lb est inclus dans un porte-objectif d'une caméra de petite dimension - la figure 4 est une vue en coupe transversale suivant IV-IV de la figure 3; - la figure 5 est une vue développée montrant la paroi du cylindre de caméra dans un mode de réalisation de l'objectif "zoom" conforme à la présente invention;; - la figure 6 est une représentation graphique de la position des lentilles mobiles dans un mode de réalisation de 1' objectif !'zoom" de l'invention, et - la figure 7 est une représentation graphique de la positi.on des lentilles mobiles dans un autre mode de réalisation de l'objectif zoontt suivant la présente invention En se référant maintenant aux figures 3 et 4, on va décrire ci-après la réalisation et le fonctionnement d'un mode de réalisation de l'invention dans lequel l'objectif "zoom" de la figure 1B est incorporé dans le porte-objectif d'une caméra de petite dimension.Dans une petite caméra, une lentille de relais LM est généralement fixée au corps de la caméra et en conséquence, aucune lentille de relais ntest incorporée dans le porte-objectif représenté à la figure 3. Un anneau de mise au point 2 maintenant une lentille avant de mise au point L1 est vissé concentriquement à la périphérie externe de la parti.e terminale avant d'un cylindre principal 1 du porte-objectif, et cet anneau est mobile dans la direction de l'axe optique des lentilles. Entre la périphérie interne de la partie terminale avant du cylindre principal 1 et une plaque la, fixée à l'extrémité arrière du cylindre principal 1 et maintenant une lentille arrière fixe L3B, trois barres de guidage 3 sont prévues parallèlement à l'axe optique des lentil.les .La plaque la est montée sur le corps de caméra par vissage sur celui-ci Un cylindre de came 4 est monté de façon rotative concentriquement à la paroi interne du cylindre principal I. Le cylindre de came 4 est relié à un anneau de "zoom" 5 monté de façon rotative concentriquement à a périphérie externe du cylindre principal 1, de façon à tourner avec ce dernier, au moyen d'une broche 6. Un goujon 7a dépasse de la périphérie externe d'un chassis 7 de maintien de la lentille mobile avant L2 qui se déplace le long des trois barres de guidage 3 dans la direction de l'axe optique. Le goujon 7a est susceptible de coulisser dans une gorge de came avant 8 ménagée dans le cylindre de came 4.De même un goujon 9a, fixé à un chassis 9 de maintien de la lentille mobile arrière 13F qui se déplace le long des trois barres de guidage 3 dans la direction de l'axe optique, couli.sse dans une gorge de came arrière 10 ménagée dans le cylindre de came 4. En conséquence, si on fait tourner l'anneau de'koom" 5 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre lorsquMnle regarde depuis la droite de la figure 3, la lentille mobile arrière L3F se déplace vers l'avant le long de la gorge de came 10 dans un premier temps, puis retourne vers l'arrière, tandis que la lentille mobil.e avant L2 se déplace vers l'arrière le long de la gorge de came 8 Le fonctionnement de l'objectif zoom" qui vient d'être décrit est bien connu dans la technique comme on l'a dit plus haut en référence à la figure 1B. Dans l'objectif "zoom" suivant la présente invention, ltextrémité supérieure de la gorge de came avant 8 représentée à la figure 3 est encore prolongée de ce côté dans un plan perpendiculaire à l'axe optique des lentilles et l'extrémité supérieure de la gorge de came arrière 10 est prolongée de ce côté de façon à s'incliner progressivement vers l'avant sur la surface du cylindre de came, en supposant que la figure 3 montre la position de toutes les lentilles sel.on l'angle maximum de prise de vues.Donc, si on fait tourner l'anneau de "zoom" 5 dans le sens des aiguilles d'une montre lorsqu'on le regarde depuis la droite de la figure 3, la lentille mobile arrière L3F se déplace vers l'avant le long du prolongement mentionné ci-dessus de la gorge de came 10 dans la direction de l'axe optique, tandis que la lentille mobile avant L2 ne se déplace pas dans la direction de l'axe optique. La position dans la direction de l'axe optique des lentilles mobiles avant et arrière, telles qu'elles ont été décrites en référence à la figure 3, peuvent être représentées linéairement comme on le voit à la figure 6. Dans la réalisation pratique de l'objectif "zoom", cependant, les deux gorges de came 8 et 10 sont habituellement dessinées de façon à ne pas être situées si proches l'une de l'autre, en les espacant entre elles dans la direction de la rotation du cylindre de came, car la résistance de ce cylindre de came 4 est amoindrie si les deux gorges sont aussi près l'une de l'autre. La figure 5 est une vue développée montrant la position relative des gorges de came 8 et 10, dessinées conformément à l'invention comme on l'a dit ci-dessus. Les figures 5 et 6 montrent la réalisation du cylindre de came 4 et les positions des lentilles mobiles qui sont requises pour effectuer une prise de vues à très courte distance dans l'objectif "zoom" représenté à la figure 1B. Sur les figures 5 et 6, la référence 20 désigne la plage de "zoom", 22 la plage de mise au point à courte distance.Si Si l'objectif "zoom" représenté à la figure îC est employé pour effectuer une prise de vues à courte distance, les positions de déplacement des lentilles mobiles avant L2 et arrière L3B doivent être celles représentées à la figure 7.Sur les figures 6 et 7, la référence 24 désigne la position de la lentille mobile avant L2, 26 la position de la lentille mobile arrière L3F de la figure lb et 28 la position de la lentille mobile arrière L3B de la figure lc. Dans le cas où on emploie les positions de la figure 7, la lentille mobile arrière L3B se déplace vers l'arrière lorsque la distance de prise de vues se raccourcit, contrairement au cas de la figure 6, alors que la lentille mobile avant L2 est stoppée à sa position limite de prise de vues à grand angle. Maintenant, puisque la mise au point sur un objet à très courte distance est effectuée grâce à une certaine partie de la rotation de l'anneau de "zoom" 5 alors que l'opération de "zoom" est effectuée grâce à ltautre partie de sa rotation, il serait bon d'empêcher que l'anneau de "zoom" -ne tourne au-delà de sa position limite de grand angle jusque dans la plage de mise au point à très courte distance au cours d'une opération de "zoom. Dans ce but, dans la réalisation représentée aux figures 3 et 4, la paroi du cylindre principal 1 est découpée suivant Il dans le plan de rotation de la broche 6 selon l'angle dont anneau de "zoom" 5 doit tourner pour modifier le grossissement, sans que l'anneau de "zoom" 5 puisse tourner au-delà de la limite. En outre, la paroi interne de l'anneau de "zoom" 5 qui fait face à la partie découpée 11 est munie d'un creux 12 (figure 4) dans une position convenable. Dans le creux 12 est monté un levier 13 possédant une partie soulevée 13a, réalisée par soulèvement d'une partie de l'une des extréi.tés du levier 13 et qui est normalement sollicitée de facon à dépasser dans la partie découpée 11 du cylindre principal 1 grâce à un ressort 14. Une broche 13b est montée sur le levier 13 à une antre extrémité et cette broche se prolonge au-delà de la périphérie externe de l'anneau de "zoom" 5 en traversant librement son orifice. En poussant vers l'intérieur la broche 13b en opposition à la force élastique du ressort 14, la partie soulevée l3a est rétractée dans le creux 12.Dans le cas où la partie soulevée 13a du levier 13 est en contact avec l'une des extrémités de la partie découpée 11 comme on le voit à la figure 4, l'anneau de "zoom" 5 ne peut tourner au-delà de la limite de grand angle où les lentilles mobiles avant L2 et arrière L3F sont fixées à leurs positions limites de grand angle. Dans ce cas, l'anneau de "zoom" ne peut pas tourner dans le sens contraire des aiguilles d'une montre tel qu'il est vu à la figure 4, mais il peut tourner dans le sens des aiguilles d'une montre jusqu'à ce que la broche 6 vienne buter sur le côté opposé de la partie découpée 11, atteignant ainsi la limite de la position télescopique. Lorsquton désire mettre au point l'objectif sur un objet à une distance très courte, on pousse la broche 13b de façon à retracter la partie l3a dans le creux 12, et on fait Tourner l'anneau de "zoom 5 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. En outre, lorsque 1 anneau de "zoom" 5 tourne dans le seils des aiguilles d'une montre à la figure 4, dans le cas où la mise au point est effectuée sur un objet à très courte distance, l'objectif n'est alors plus mis point, mais la partie soulevée 13a jaillit alors dans la partie découpée 11 grâce à la force élastique du ressort 14 au moment où objectif arrive à l'état représenté à la figure 4, et en même temps, objectif est mis au point sur l'infini et fixé à la limite de grand angle. En faisant donc tourner l'anneau de "zoom!' 5 davantage dans le même sens, on peut obtenir n'importe quel grossissement de l'objectif. Un résultat extrêmement intéressant peut être obtenu en appliquant le fonctionnement précédent à la prise de vues du titre d ' un film. Par exemple, une plaque transparente de la dimension d'un film 35 mm environ (dimension Leica), sur laquelle les lettres du titre sont dessinées, est maintenue dans un montant coulissant et située immédiatement en face de l'objectif "zoom" de l'invention. En mettant au point objectif sur la plaque, on peut filmer les lettres nettes du titre en meme temps qu!une scène convenable floue en arrière-plan.Puis, en faisant tourner anneau de "zoom' pour modifier le grossissement comme mentionné cidessus, le montant du titre restant en face de l'objectif, il est possible de mettre au point à l'infini ou sur la scène d arrière-plan, le titre étant alors flou à un tel point qu'on ne peut en voir les lettres. Ainsi, une haute technique habituellement réservée aux films professionnels ou autres, peut être utilisée même par les "caméra-men" amateurs en employant une caméra compacte munie d'un objectif "zoom" suivant llinven- tion, sans l'aide d'un banc-titre qui devrait normalement être utilisé pour ce faire. La caractéristique principale de la présente invention est, comme on l'a dit au début de la description, que l'objectif est susceptible d'être mis au point sur un objet situé dans ltintervalle compris entre l!infini et une position en contact avec la face avant de la lentille avant par le déplacement d'une lentille mobile arrière dans la direction de l'axe optique pendant qu'une lentille mobile avant est stoppée à une limite de grand angle. C'est pourquoi, dans la conception de l'objectif "zoom" de l'invention, il suffit de prolonger les gorges de came du cylindre à cames qui commande le mouvement des lentilles mobiles à partir de leur extrémité correspondant à la limite de grand angle. I1 est facile de réaliser ces gorges de came sur un seul cylindre à came. On va maintenant expliquer pourquoi il est plus avantageux de bloquer la lentille mobile avant du système afocal à sa limite de grand angl.e que de bloquer cette même lentille à sa limite télescopique, pour filmer un petit objet à très courte distance et agrandi. Dans les objectifs '!zoom" habituels, le plan principalrde 'objectif est en avant de l'objectif dans le cas d'une prise de vues à grand angle et loin derrière dans le cas d'une prise de vues télescopique. Le plan principal image n!est déplacé que vers l'avant, en fonction du taux de variation du grossissement de l'objectif "zoom", lorsque celui-ci se modifie de la situation de grand angle à celle de fonctionnement télescopique, et l'amplitude de déplacement du plan principal image est beaucoup plus petite que celle du plan principal objet.Puisque le grossissement de l'image est représenté par le rapport de la distan e du plan principal objet objet et de la distance du plan principal image à 11 image, ce grossissement est diminué dans le cas de la prise de vues à très courte distance où l'objet est très proche de l'objectif et où le plan principal objet se déplace vers arrière en cas de position télescopique. Dans la présente invention, cet inconvénient est éliminé par fixation de la lentille mobile avant à sa limite de grand angle, ce qui constitue l'un des plus gros avantages et l'une des principales caractéristiques de l'invention? avec des avantages de constructions déjà mentionnées. En outre, dans la prise de vues par contact normal , il est pratiquement impossible de filmer par contact un objet situé à plusieurs millimètres en avant de la lentille avant de mise au point, puisqu'une prise de vue à très courte distance détériore la qualité de l'image. Dans les cas où on emploie une lentille amovible pour la prise de vues par contact avec l'objectif '!zoom!', l'aberration de l'objectif est en général considérablement augmentée lorsqu'on ajoute la lentille amovible à l'objectif dont l'aberration avait été suffisamment corrigée. Dans la présente invention, au contraire, la qualité de l'image est maintenue en bonne condition même dans le cas d'une prise de vues par contact puisque la position relative des lentilles de l'objectif n'est pas sensiblement modifiée, seul un espace d'air dans une partie de l'objectif était légèrement modifié. Enfin, on va donner une formule de calcul de l:amplitude du mouvement de la lentille mobile arrière lorsqu'on effectue une prise de vues à très courte distance avec un objectif "zoom" conforme à l'invontion, et ce en fonction de la distance qui sépare l'objet de l'objectif. Dans la description qui va suivre de cette formule, les références utilisées aux figures 1B et 1C sont abandonnées pour de plus convenables suivant la représentation de la formule donnée à la figure 2 Dans l'objectif "zoom" représenté à la figure 2, l'amplitude du déplacement du plan image 6 , entre la position où on focalise l'image d'un objet à l'infini à travers les lentilles Il et L2 et la position où on focalise l'image d'un objet 0 à très courte distance à travers les lentilles Il et L2, doit répondre à la formule suivante, car les rayons lumineux dirigés sur la lentill.e de relais LM par la dernière lentille L4 du système afocal doivent être parallèles entre eux, tant que l'objectif est un objectif "zoom" f2 . f2 1 2 S -f1 S s - f1 f2 A ( A + ----------- ) S - f1 où A = f1 + f2 - d1.2 dans laquelle S est la listance entre l'objet O à très courte distance et la lentille avant de mise au point L1, f,, f2 et f3 sont les distances focales des lentilles L1, L2 et L3 respectivement, et dut 2 est la distance entre les lentilles L1 et L2 au moment de la prise de vues à angle maximum dans les conditions générales de prise de vues. C'est pourquoi, l'amplitude de mouvement 63 de la lentille L3 requise pour compenser la distance 6 entre les plans focaux de la lenti.lle L3 doit obéir à la formule suivante où B = - (f3 + f4 - d3.4) , et d3.4 est la distance entre les lentilles L3 et L4 au moment de la prise de vues à angle maximum dans les conditions générales de prise de vues. La formule ci-dessus signifie que l'objectif "zoom" peut être mis au point sur un objet O à importe quelle distance courte en déplaçant la lentille L3 d'une distance 63. En outre, on peut remarquer que si la construction de l'objectif "zoom" est assez simple pour se résumer aux seules lentilles L1, L2, L3 et LM de la figure 1A, il peut être mis au point sur un objet situé à une distance S extrêmement courte en déplaçant la lentille mobile arrière L3 d'une distance 6 Comme il ressort des formules (1) et (2) précédentes, l'ampli.- tude de mouvement de la lentille mobile arrière L3 requise pour mettre au point l'objectif "zoom" sur un objet situé à une distance extrêmement petite peut être très réduite. I1 n'est donc pas difficile de concevoir l'objectif "zoom" avec d'autres lentilles dans le même porte-objectif, et la page de mise au point de l'objectif sur un objet très rapproché peut être conçue suffisamment longue sur la paroi du cylindre à cames (voir figures 5, 6 et 7). En conséquence, l'angle de rotation de l'anneau de "zoom" pour mettre au point l'objectif sur un objet très rapproché peut également être rendu important Ainsi, l. opér-ation de mise au peint sur un objet à très courte distance est considérablement facilitée. REVENDICATIONS î Objectif "zoom" susceptible de fonctionner pour la prise de vues à très courte distance comprenant des lentilles mobiles avant et arrière disposées entre une lentille avant de mise au point utilisée seulement pour la mise au point et une lentille de relais, caractérisé en ce que ladite lentille mobile arrière est rendue mobile le long de son axe optique tandis que ladite lentille mobile avant est bloquée à sa position limite de grand angle. 2. Objectif "zoom" suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'une gorge de came avant et une gorge de came arrière sont ménagées sur un cylindre de cames pour commander le mouvement desdites lentilles mobiles avant et arrière dans un porte-objectif, ladite gorge de came avant se prolongeant à partir de la position correspondant à la limite de grand angle dans un plan perpendiculaire à I t axe optique et ladite gcrge de came arrière se prolongeant à part. de ladite position alors d'un plan perpendiculaire à l'axe optique.