Brevet FR2171912A1 — publié le 19730928

La présente invention a pour objet un système optique à fort grandissement permettant une observation à relativement grande distance. De façon plus précise, la présente invention a pour objet un système optique permettant d'observer un objet placé à une distance relativement importante du dispositif avec un grandissement réglable important. Lorsqu'on veut observer un objet à l'aide d'un dispositif optique grossissant, il existe de nombreux cas dans lesquels on ne peut pas approcher le dispositif de l'objet à observer à moins d'une certaine distance. C'est le cas si l'objet à observer est placé dans une enceinte étanche, par exemple dans une boite à gants; c'est encore le cas si l'objet à observer est porté à une température telle qu'il soit impossible d'approcher l'objectif de l'appareil optique à proximité de l'objet chaud. Ceci se présente en particulier si l'on veut observer des opérations de soudage pendant l'opération meme. En effet, le métal se trouve à une température telle qu'il est absolument impossible d'en approcher un dispositif optique classique.La présente invention qui permet d'obtenir un grandissement d'un objet placé à une certaine distance dudit dispositif s'applique plus spécialement au cas où l'objet se trouve à une distance de l'ordre de 20 à 30 cm. Pour beaucoup d'applications, il est nécessaire en outre que le dispositif soit relativement peu encombrant. L'ensemble de ces conditions empêche d'utiliser des dispositifs de grandissement classiques tels que des systèmes microscopiques. La présente invention a précisément pour objet un systeme optique à fort grandissement et permettant une distance d'observation importante, qui pallie les inconvénients des systèmes existants jusqu'ici. Le système optique se caractérise en ce qu'il comprend sur un même axe optique, un premier objectif convergent, mobile selon ledit axe optique du système et à distancefocale constante, un deuxième objectif fixe convergent à distance focale variable, et une caméra d'enregistrement fixe, des moyens de déplacement du premier objectif et de réglage de la distance focale du deuxième objectif, le premier objectif donnant d'un objet à observer une image réelle renversée et faiblement agrandie, le deuxième objectif donnant de la première image une deuxième image réelle renversée par rapport à ladite première image et fortement agrandie sur l'élément sensible de ladite caméra. On voit donc que le système optique est très simple puisqu'il comprend essentiellement une lentille convergente mobile selon l'axe du système optique, une lentille à distance focale variable, bien connue sous le nom de "zoom", et une caméra de télévision industrielle de type courant. Dans les cas d'utilisation les plus fréquents, la valeur maximale de la distance focale variable du deuxième objectif est inférieure à la valeur de la distance focale constante du premier objectif. Ceci découle des applications recherchées pour le système optique, objet de l'invention. En effet, le premier objectif devant donner une image réelle et faiblement agrandie d'un objet placé à une distance d relativement importante, il en résulte que l'on doit avoir d compris entre f et 2f, c'est & dire f > d (f = distance focale de l'objectif). Pour le deuxième 2 objectif, on retrouve les mêmes impératifs, à savoir image réelle et agrandie, mais en outre pour obtenir à la fois une image fortement agrandie et un encombrement axial réduit, on est conduit à avoir une distance focale relativement faible. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté: - sur la figure 1, le schéma optique du système, - sur la figure 2, un exemple de réalisation du système optique. La figure 1 représente le schéma optique du système et donc le principe de cet appareil optique. La lentille L1 donne de l'objet O une première image I réelle renversée et faiblement agrandie, la lentille L1 ayant par conséquent une distance focale comprise entre la distance séparant l'objet O de la lentille L1 et la moitié de cette distance. La lentille L1 de foyer image F1 est mobile selon l'axe optique du dispositif xx'. La lentille convergente L2 donne de l'image I renversée et réelle une deuxième image I' fortement agrandie renversée et réelle. La lentille L2 qui est fixe a une distance focale variable tout en restant inférieure à la distance focale de la lentille L1. La deuxième image I' impressionne l'élément sensible de la caméra. La distance entre la lentille L2 et l'élément sensible de la caméra est bien sûr supérieure au maximum de la distance focale de la lentille L2. Sur la figure 2, on a représente un mode de réalisation du dispositif optique conforme à l'invention. Sur un support ou banc optique 2 on a placé une lentille t1, un zoom 4 et une caméra d'enregistrement 6. La lentille L1 peut se déplacer selon l'axe optique du banc 2 par rapport à l'objet a observer 8. Pour ce faire, la lentille L1 est montée sur un support 10 qui peut coulisser dans les glissières 12. Le mouvement du support 10 par rapport aux glissières 12 est obtenù à l'aide de tout moyen mécanique adapté et d'un moteur non représenté. Le support 10 comporte de plus un diaphragme réglable 14. Ladite lentille L1 comporte en outre un filtre optique 16. La lentille L2 à focale variable est réalisée à l'aide du zoom 4 qui est fixe sur le banc optique 2.Le système optique comporte enfin une caméra industrielle d'enregistrement 6 de type connu. Cette caméra est associée à un écran de contrôle 18 et/ou à un magnétoscope 20, Le dispositif comporte en outre un système d'éclairage 22, solidaire du banc optique, à faisceau concentré. I1 peut comporter également un dispositif annexe d'éclairage 24 muni du filtre 26. Les commandes du déplacement de la lentille L1, du diaphragme 14, des systèmes d'éclairage 22 et 24, du réglage du zoom 4 et de la caméra 6 sont reliées à un pupitre général de commandes 27. Dans un mode de réalisation particulier on a la configuration suivante. La lentille L1 a une distance focale de 145 mm et une ouverture de 1/4,5, - l'objectif zoom a une distance focale réglable entre 20 et 100 mm et une ouverture de 1/2,1, - la distance d'observation (entre la lentille L et l'objet) est d environ 250mm, - la distance entre les lentilles L1 et L2 est comprise entre 475 et 500 mm, - la distance entre la lentille L2 et l'élément sensible de la caméra est d'environ 200 mm. On obtient ainsi un encombrement total de l'ordre du metre. Le système caméra récepteur de contrôle possède par ailleurs un grandissement propre de l'ordre de 10. Avec le dispositif particulier décrit, on obtient un grandissement total compris entre 44 et 310, un pouvoir séparateur de 1/100 mm avec un grandissement de 310, et une profondeur de champ qui varie de 5 mm pour un grandissement de 44 à 1 mm pour un grandissement de 310. Ce système optique peut être avantageusement utilisé pour contrôler les opérations de soudage. En effet, la température dégagée interdit d'approcher l'objectif de la pièce soudée. En outre, il est particulièrement intéressant dans ce cas de pouvoir obtenir successivement des images de grandissements différents avant, pendant et après l'opération de soudage. C'est ainsi que pour le positionnement de l'électrode en regard des pièces à souder on utilise un grandissement situé vers le bas de la gamme des grandissements réalisables, pour l'opération de soudage un grandissement voisin du milieu de cette gamme, et enfin pour le contrôle des pièces soudées un grandissement, ou des grandissements si nécessaire, se situant vers le maximum de la gamme.Par ailleurs, afin d'atténuer l'effet d'éblouissement des systèmes sensibles de la caméra par la lumière rayonnée par l'arc, on interpose sur le trajet optique un filtre 16 rouge foncé. Ce filtre arrête presque complètement les radiations bleues émises en majorité par l'arc, il laisse au contraire passer les radiations rouges rayonnées par la pièce soudée. En outre, comme on l'a déjà indiqué le dispositif d'éclairage doit être puissant et très focalisé. En effet, le métal diffuse la lumière incident alors que l'arc n'émet que sa propre lumière. Un éclairage puissant de la pièce à souder permet donc d'équilibrer les brillances et contribue à diminuer l'éblouissement des éléments sensibles de la caméra. I1 va de soi que le système optique est utilisable pour d'autres opérations de contrôle à chaque fois qu'il est nécessaire de disposer d'un fort grandissement et d'une distance d'observation importante. Les chiffres indiqués ci-dessus ne constituent bien sûr qu'un exemple, et selon le problème à résoudre on peut adapter les caractéristiques des objectifs, Suivant les applications particulières recherchées, on peut utiliser toute caméra de télévision appropriée telle que caméra en noir et blanc, en infrarouge ou en couleur. Le système optique représenté est rectiligne, mais on pourrait interposer entre les objectifs L1 et L2 un conducteur d'image, permettant d'avoir un chemin optique constitué par deux segments non alignés. On a ainsi un encombrement réduit, mais la définition de l'image est alors moins bonne. REVENDICATIONS 10) Système optique à fort grandissement et permettant l'observation à distance, caractérisé en ce qu'il comprend sur un même axe optique, un premier objectif convergent, mobile selon ledit axe optique du système et à distance focale constante, un deuxième objectif fixe convergent à distance focale variable, et une caméra d'enregistrement fixe, des moyens de déplacement du premier objectif et de réglage de la distance focale du deuxième objectif, le premier objectif donnant d'un objet à observer une image réelle renversée et faiblement agrandie, le deuxième objectif donnant de la première image une deuxième image réelle renversée par rapport à ladite première image et fortement agrandie sur l'élément sensible de ladite camera. 2") Système optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objectif fixe à distance focale variable est un zoom. 30) Système optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur maximale de la distance focale variable du deuxième objectif est inférieure à la valeur de la distance focale constante du premier objectif. 40) Système optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier objectif comporte un diaphragme réglable et un filtre optique rouge foncé. 50) Système optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'éclairage de l'objet à observer donnant un faisceau lumineux très concentré.