Brevet FR2251019A1 — publié le 19750606

La présente invention concerne un système à grandissement variable, particulièrement destiné à. travailler entre deux plans objet et image fixes bien déterminés. Elle trouve en outre une application particulièrement intéressante dans l'augmen- tation des possibilités d'utilisation d'un système pancratique ou zoom. Il est souvent intéressant de pouvoir modifier le grossissement ou le grandissement d'un appareil d'optique, ce qu'on réalise par exemple facilement en modifiant le grandissement d'un véhicule optique travaillant entre deux plans conjugués objet et image bien déterminés et fixes. Généralement on réalise cette modification par escamotage du premier véhicule et remplacement par un autre, qui aura alors nécessairement une autre position le long de l'axe optique de l'appareil. Dans le cas particulier où l'on veut obtenir deux grandissements inverses, on peut utiliser le mme véhicule an inter vertissant ses distances respectives au plan objet et au plan image. C'est ce qui a été représenté de façon schématique sur la figure 1 annexée. Sur la figure 1, l'objectif 1 représenté en traits pleins est à une distance d du plan objet 0, et le grandissement de l'ap- pareil est par exemple g. Sur la mme figure, le =*me objectif 1 représenté en traits mixtes est a la distance d du plan image I, et le nouveau grandissement est égal i l 0 Dans la modification faisant passer de la position en traits pleins à celle en traits mixtes, tout se passe comme si on avait fait-tourner la figure d'un demi-tour, et c'est un cas souvent réalisé en pratique car il conduit à une fabrication de série simple. On notera qu'en réalité pour passer d'une position à l'autre, le véhicule a subi une translation et un retournement complet. Ceci est nécessaire pour pouvoir conserver dans les deux positions la mme qualité de correction des aberrations ; en effet, si le véhicule 1 est correctement corrigé lorsque sa surface 2 et du côté de la plus courte distance d, il faudra pour maintenir la mtme qualité de correction dans la deuxième position représentée en traits mixtes, que la mme face 2 du véhicule soit également du côté de la plus courte distance d. Mme si on n'utilisait qu'un groupe mince, constitué d'un doublet ou de deux doublets accolés, une translation sans retournement ne corrigerait l'aberration sphérique que pour des valeurs de grandissement peu éloignées de 1. Mais dans la majorité des cas, les grandissements recherchés imposent, pour réaliser l'aplanétisme au cours de la translation, d'utiliser un groupe épais formé de deux doublets écartés ou d'un système plus complexe. Malheureusement dans ce cas, si l'on ne procède pas également au retournement du véhicule, les aberrations de champ ne sont pas corrigées et les qualités demandées à de tels appareils ne permettent pas de négliger la correction de l'astigmatisme. On conçoit facirlement les difficultés de réalisation que représente l'obligation de retourner complètement l'objectif en atme temps qu'on le translate, surtout lorsque l'objectif constitue un ensemble optique encombrant, et qu'il faut tre assuré d'avoir fait un retournement exactement de 180 . La présente invention remédie à ces inconvénients, et permet de passer d'un grandissement'a un grandissement inverse, en conservant toutes les corrections d'aberrations, et en ne donnant au véhicule qu'un mouvement simple, facile à guider, et sans retournement complet. L'invention stapplique à un système optique'a grandissement variable entre un plan objet et un plan image conjugés fixes, par déplacement d'un mme véhicule optique sur l'axe optique du système, entre deux positions conjuguées où les distances respectives au plan objet et au plan image sont interverties, en donnant ainsi des grandissements inverses. Selon l'invention, le système comporte entre les plans objets et image, un système réfléchissant i réflexion plane faisant subir à l'axe optique un changement de direction maintenant dans un mme plan les branches d'entrée et de sortie de l'ase optique extérieurement au système réfléchissant, et le déplacement du véhicule optique est un déplacement plan le faisant passer de la branche d'entrée à la branche de sortie ou inversement. Selon une forme particulière préférentielle de réalisatiomj le système réfléchissant comporte deux surfaces planes formant un dièdre à 90 , qui renvoient l'axe optique parallèlement à lui-mme et en direction opposée, et le déplacement du véhicule se réduit à une simple translation ; Selon une autre forme de réalisation, le véhicule optique est lui-mme un système optique à grandissement variable de façon continue, dont la plage de grandissement contient le 1. L'invention va maintenant tre décrite avec plus de dé tails en se référant à. un certain nombre de modes de réalisation donnés à titre d'exemple et représentés par les autres dessins an nexée. La figure 2 est une figure homologue de la figure 1, et dans laquelle on a utilisé, selon l'invention, un système réfléhissant à deux miroirs plans 4 900-. La figure 3 décrit une variante de la figure 2, dans laquelle le plan objet et le plan image de l'appareil restent parallèles mais sans tre confondus. La figure 4 est une autre variante dé l'installation dans laquelle les plans réfléchissants forment entre eux un angle su périeur à 90 . La figure 5 illustre l'application particulière dans laquelle le véhicule optique est lui-mme un système à grandissement variable de façon continue. La figure 6 représente une application particulière dans laquelle l'importance des formats de l'objet et de l'image ne permet pas de les placer côte à cote. En se référant h la figure 2, on verra que l'axe optique de l'appareil représenté ici est coudé deux fois à 90 par réflexion sur les miroirs 5 et 6 qui forment eux-mmes un dièdre à 90 . L'axe optique reliant le plan objet 0 et le plan image I comprend donc deux branches parallèles en dehors du système réfléchissant 5-6. Dans une première position du véhicule optique 1 à une distance d du plan objet 0, et représentée en traits pleins sur la figure 2, le grandissement de l'ensemble du système est g ; comme pour la position également représentée en traits pleins sur la figure 1. On voit que si l'on transfère le véhicule 1 de la position représentée en traits pleins à la position représentée en traits mixtes, on réalise simultanément l'équivalence d'une translation le long de l'axe optique et d'un retournement A 180 du véhicule, puisqu'ici on retrouve maintenant dans cette deuxième position la distance d du véhicule au plan image If et que la meme face 2 du véhicule reste située du coté de la plus petite distance d au plan image. Ici c'est l'axe optique lui-mme qui a été retourné au lieu de retourner le véhicule. Le système représenté par la figure 2, évidemment plus compact que celui qui avait été rappelé par la figure lt présente surtout l'avantage de permettre une réalisation mécaniquje extrmement simple pour le déplacement du véhicule 1, puisqu'il s'agit ici d'une simple translation, de courte distance, et qui peut se faire le long de glissières faciles à réaliser avec une grande précision. Selon la figure 2 la position des miroirs 5-6 a été déterminée de façon à ce que les deux plans objet et image soient situes dans un mme plan de front. Ceci n'est évi- demment pas obligatoire pour la mise en oeuvre de l'invention, et si les nécessités de construction de l'appareil l'imposent on peut aussi disposer les miroirs de telle sorte que les plans objet et image, tout en restant parallèles, ne soient pas dans le mme plan. C'est le cas de la figure 3 ; ici la translation du véhicule optique, au lieu d'tre perpendiculaire aux deux branches extrmes de l'axe optique, forme simplement le mme angle avec ces deux branches de l'axe. On voit que dans ce cas aussi la distance du véhicule par rapport respectivement au plan objet et au plan image teste la mme dans les deux positions du véhicule. Dans le cas de la figure 4 les deux miroirs 5 et 6 forment un angle à supérieur à 90 Il en résulte que les deux branches ex trbmes de l'axe optique ne sont plus parallèles, tout en restant dans un mme plan. Ici le déplacement du véhicule 1 reste encore un déplacement extrtmement simple a réaliser mécaniquement puisqu'il se ramené a une rotation plane autour du point de concours des deux branches extrtmes de l'axe optique ; il suffit que le véhicule 1 soit porté par un bras articulé sur un axe parallèle aux plans des miroirs 5 et 6/passant par le point d'intersection des deux branches extrmes de 1'axe optique. On pourrait encore simplifier le système schématiqement représenté par la figure 4-en n'utilisant qu'un seul miroir, la rotation du bras portant le véhicule optique 1 se faisant alors autour. d'un axe passant par le point dtincidence de l'axe optique sur le miroir. Bien entendu, dans ce cas, comme dans celui de la figure 4, pour que le déplacement du véhicule 1 soit réduit à une simple rotation, il est indispensable que le système réfléchis sant à un ou deux miroirs, soit disposé de telle sorte que les deux branches extrmes de 1'axe optique soient de mme longueur. En se référant maintenant b la figure 5, on trouvera une application particulièrement intéressante pour le cas où l'on désire obtenir des grandissements variables de façon continue. Lorsque l'on veut obtenir entre deux plans conjugués un grandissement variable de façon continue, on connait des systèmes optiques complexes possédant au moins deux groupes de lentilles mobiles, et connus sous le nom de systèmes pancratiques ou de zooms. Le rapport des grandissements extrmes obtenus en utilisant la totalité de la course des lentilles mobiles peut tre théoriquement très élevé. Mais pratiquement ce rapport est limité par le fait qu'il est nécessaire de maintenir la correction de toutes les aberrations pour toutes les positions des organes mobiles, si bien que de tels systèmes a grandissement variable présentent rarement un rapport supérieur à 10 entre leurs grandissements extrmes. Si dans la disposition représentée schématiquement par la figure 2 on remplace le véhicule 1 par un véhicule 9 lui-mme à grandissement variable, de type zoom par exemple, on obtient le système représenté par la figure 5. Dana la posi- tion du véhicule 9 représentée en traits pleins, et par le simple jeu du mécanisme interne de ce véhicule qui fait par exemple va~ rier le grandissement de 1 X 10, on obtient déjà sur l'ensemble de l'appareil un rapport 10. Si alors on déplace le véhicule 9, par une simple translation, Jusqu'à la position représentée en traits mixtes et située sur l'autre branche de l'axe optique, on a vu qu'il se comporte alors comme un véhicule donnant des grandissements inverses de ceux de la première position, dans la mesure bien entendu ou la position-relative des miroirs par rapport aux plans objet et image a été correctement déterminée. Dans cette nouvelle position, le mme jeu du mécanisme interne du véhicule fait alors varier son grandissement de 1 à 1. C'est donc en défi 0 unitive.) jouant à la fois sur la variation interne du véhicule 9 dans un rapport 10, et sur le rapport inverse dû au changement de position du véhicule sur une branche ou l'autre, un rapport total de 100 que l'on peut obtenir de façon continue à l'aide d'un système à grandissement variable ne réalisant par lui-mme qu'un, rapport 10. On notera en outre que sur la totalité de cette plage multipliée par 10, la correction des aberrations est toujours conservée à sa mme qualité. Bien entendu pour que les grandisse ments puissent varier de façon absolument continue, sans discontinuité lorsque l'on transfère le véhicule d'une branche à l'autre, il est indispensable que l'un des grandissements extrmes internes du système à grandissement variable soit égal à 1. En réalité, dans la pratique on cherchera à avoir une petite zone de recouvrement entre les deux plages correspondant à chacune des positions du véhicule 9 sur l'une ou l'autre branche de l'axe optique. Ceci signifie que pour un rapport final recherché R2, on choisira pour le zoom un rapport un pdu supérieur à R permettant une petite zone de recouvrement de sécurité. L'intért du système réalisé selon l'invention est évidemment plus marqué dans le cas ou le véhicule optique est lui-mme un dispositif à grandissement variable, car le volume de ce véhicule complexe est plus important que celui d'un véhicule simple et les moyens mécaniques pour permettre son retournement complet seraient évidemment plus lourd et plus coûteux. Bien entendu, l'invention n'est pas strictement limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits de façon schématique, mais elle s'applique de la mame façon si le système optique est complété par des éléments réfléchissants ou des lentilles disposés entre le plan objet ou image et l'une ou l'autre des positions du véhicule mobile. C'est le cas par exemple dans la disposition schématisée par la figure 6, où l'importanCe des formats de l'objet ou de l'image ne permet pas de les placer côte à côte. Ici un miroir supplémentaire 11 coude le faisceau et rend le plan de l'i- mage perpendiculaire à celui de 1'objet, De mme les descriptions qui précèdent ont été faites avec des éléments réfléchissants constitués par des miroirs plans, mais il est bien entendu que ces systèmes peuvent tre remplacés par des prismes à réflexion totale qui ont un rale optique strictement équivalent, tels que représen- en en variante figure 6. REVENDICATIONS 1 ) Système optique à grandissement variable entre un plan objet et un plan image conjugués fixes, par déplacement d'un mme véhicule optique sur l'axe optique du système entre deux positions conjuguées où les distances respectives au plan objet et au plan image sont interverties, en donnant ainsi des grandissements inverses, caractérisé par le fait qutil comporte, entre les plans objet et image, un système réfléchissant à réflexion plane faisant subir à l'axe optique un changement de direction maintenant dans un mme plan les branches d'entrée et de sortie de l'axe optique extérieurement au système réfléchissant, et par le fait que le déplacement du véhicule optique est un déplacement plan le faisant passer de la branche d'entrée à la branche de sortie ou inversement. 2 ) Système optique selon revendication 12 caractérisé par le fait que le système réfléchissant comporte une seule surface plane, le déplacement du véhicule étant une rotation dans le plan d'incidence de l'axe optique et autour du point d'incidence sur la surface réfléchissantes 3 ) Système optique selon revendication 1 caractérisé par le fait que le système réfléchissant comporte deux surfaces planes formant un dièdre à. 90 , qui renvoient l'axe optique parallèlement à lui-mme et en direction opposée, et que le déplacement du véhi- cule est une simple translation. 4 ) Système optique selon revendication 1, caractérisé par le fait que le système réfléchissant renvoie l'axe optique dans une direction concourante avec la direction d'entrée, et que le déplacement du véhicule est une rotation autour du point de concours des deux branches d'entrée et de sortie. 5 ) Système optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le véhicule optique est lui-mme un système optique à grandissement variable de façon continue, de type zoos, dont la plage de grandissement contient le rapport 1. 6 ) Système optique selon une quelconque des revendications précédentea, caractérisé par le fait que le système comporte d'au- tres systèmes optiques sur l'une au moins des parties des branches de l'axe optique comprises entre le plan objet ou image et l'une ou l'autre des positions du véhicule sur l'une ou l'autre des deux branches de l'axe optique.