Brevet FR2459988A1 — publié le 19810116

i La présente invention concerne les objectifs à focale variable comprenant plusieurs groupes de lentilles, respectivenent nobiles et fixes, dont les caractéristiques sont telles que le déplacement des groupes mDbiles, suivant une loi optique déterminée, permet d'obtenir une variation continue de la longueur focale de l'objectif correspondant. Plus précisément l'invention est relative aux objectifs à focale variable du type le plus répandu, c'est-à-dire ceux comportant au moins quatre groupes de lentilles, à savoir: - un premier groupe fixe lorsque l'objet est placé à l'infini mais que l'on déplace suivant l'axe pour effectuer la mise au point sur des objets situés à une distance finie, - un second et un troisième groupes mDbiles dont le déplacement suivant l'axe fait varier le grandissement donné par ces deux groupes entraînant ainsi la variation de la focale de l'ensemble, - et enfin un dernier groupe fixe dont le rôle principal est de fournir l'image a l'échelle convenable. Cependant, le fait que le groupe avant est mobile, pour assurer la mise au point, présente un certain nombre d'inconvénients. Parmi ceux-ci, l'un des plus importants réside dans le fait qu'en raison de la course de dé- placement à prévoir pour cet élément, les objectifs de ce genre présentent un encombrement important dans le sens de la longueur. Ceci a pour conséquence que le centre de gravité de l'objectif est éloigné de la camera, ce qui est un inconvénient puisque celui-ci est généralenent fixé en porte-à-faux. Il est donc nécessaire de prévoir des moyens de fixation renforcés. Par ailleurs, du fait de la mobilité du premier groupe, il est nécessaire de prévoir un diamntre utile relativerent important des len- tilles, car ces lentilles s'éloignent de la pupille. Or, l'inportance du dianmètre des lentilles présente un certain nombre d'inconvénients, en particulier de poids et de coût de réalisation des lentilles. La présente invention a donc pour but d'éviter ces inconvénients en maintenant dans une position fixe, le premier groupe de lentilles et d'un objectif à focale varlable du type rappelé précédemment/en assurant la mise au point par un déplacement additionnel de l'un des deux groupes participant à la variation de grandissement. A cet effet, l'invention a pour objet un objectif à longueur focale variable constitué de deux groupes de lentilles mobiles 2 2459988 compris entre un groupe de lentilles fixes à l'avant, et un autre groupe de lentilles fixes à l'arrière et est caractérisé en ce que l'un des deux groupes mobiles ne passe pas par le grandissement 1 et assure à la fois une variation du fonction de/grandissement et une fonction additionnelle de mise au point, ce- pendant que l'autre groupe mobile, qui peut passer par une position de gran- dissement 1, assure uniquement une fonction de variation du grandissement. Cette particularité permet de résoudre l'un des problèmes les plus délicats posés par un objectif de ce genre. En effet, si l'on utilisait, pour réaliser la fonction additionnelle de mise au point, un groupe mobile passant par le grandissement 1, les déplacements de celui-ci seraient alors beaucoup trop importants par rapport aux dimensions de l'objectif lui-même. Or, dans l'objectif selon l'invention, cet inconvénient se trouve évité par le fait que la fonction additionnelle de mise au point est impartie à un groupe mobile ne passant pas par le grandissement 1. Grâce à sa conception, le présent objectif possède un certain nombre d'avantages par rapport aux objectifs actuels à focale variable. Ainsi, du fait de la fixité du premier groupe de lentilles de cet objectif, quelle que soit la distance de mise au point, il en résulte une diminution du diamètre des lentilles de ce groupe d'environ 20 %. Or, cette diminution de dimensions procure les avantages suivants: - plus grande précision relative des surfaces actives des lentilles par suite de la réduction des déformations, dues à la gravité, dans le contact de ces lentilles avec les pièces supports mécaniques, - réduction du poids de l'ensemble de l'objectif facilitant sa fixation sur une caméra de prise de vue, - rapprochement du centre de gravité de l'objectif vers la ca- méra facilitant l'équilibrage de l'ensemble objectif-caméra, et permettant une plus grande mobilité de l'ensemble. De plus, le fait d'appliquer, pour la mise au point, un dé- placement supplémentaire à un groupe déjà mobile, permet de supprimer tous les moyens de guidage au niveau du groupe avant qui est alors conplète- ment fixe. En outre, le volume de l'objectif demeure constant quelle que soit la distance de mise au point, ce qui a pour résultat de limiter les échanges gazeux entre l'intérieur et l'extérieur de l'objectif, en diminuant ainsi les risques de condensation de vapeur d'eau. Dans une forme de réalisation avantageuse: - le groupe mobile participant uniquement à la variation de grandissement est celui le plus proche de l'élément fixe du côté objet, ce groupe mobile étant divergent, cependant que l'autre groupe mobile, qui assure une partie de la variation du grandissement, et permet la mise au point, est divergent. Par ailleurs, les différents composants du présent objectif ré- pondent à un certain nombre de conditions/?prm Sd'obtenir un objectif satisfaisant, le rôle de ces conditions étant explicité par la suite. Ainsi: - la valeur absolue de la distance focale f1 du premier groupe fixe est comprise entre la moitié et le double de la sonme des valeurs absolues des distances focales f2 et f3 des deux groupes mobiles 0g5p(elf21 + If3)) absolue de la distance focale f2 du premier groupe mobile. If2 = 588nm de ces quatre lentilles est compris entre 1,60 et 1,85 1,60 - la valeur absolue du rayon de courbure de la lentille conver- gente le plus proche de la lentille divergente la précédent est comprise entre la moitié et le double de la valeur absolue de la distance focale f2 dudit groupe mobile 0,5 1f2 4 2459988 If2 IR | - la valeur absolue du rayon de courbure de la lentille convergente le plus proche de la lentille divergente la précédent est conprise entre la moitié et le double de la valeur absolue de la distance focale f3 dudit groupe mobile if33 tgo -oile 0,5 i3I collé constitué d'une lentille divergente et d'une convergente et deux len- tilles convergentes: - la valeur absolue du rayon de collage du doublet est comprise entre la moitié et le triple de la valeur absolue de la distance focale dudit groupe fixe 0,5 IfI Les figs 1A et lB sont les deux parties comnplémentaires d'une vue en coupe axia- le des différents groupes de lentilles du présent objectif, ces deux parties se raccordant selon la ligne A-B passant par le plan du diaphragme de cet objectif; Les figs 2A à 2D représentent les courbes d'aberration sphérique, les courbes de courbure de champ et de distorsion pour quatre positions des grou- pes mobiles correspondant à des distances focales globales de l'ob- jectif de 18,50, 120 et 270 mm. L'objectif représenté comprend quatre groupes de lentilles, à savoir deux groupes mobilesIi et III disposés entre deux groupes fixes I et IV. Les trois premiers groupes I, II et III sont disposés en avant du diaphragme D tandis que le quatrième groupe IV est placé derrière. Ce dernier groupe qui est fixe, a pour fonction de former l'image au format voulu à une distance donnée et relativement importante par rapport à la distance focale globale, pour permettre la mise en place d'un prisme séparateur d'analyse spec- trale de la lumière dans ce cas de prise de vue pour la télévision en couleur, et d'assurer la correction des aberrations introduites par les groupes précédents. A ce sujet, il convient de noter que la fixité de ce groupe et sa disposition en arrière du diaphragme, constituent une solution particulièrement avanta- geuse. En effet, cette combinaison permet d'assurer la fixité de la pupille de sortie de l'objectif, ce qui est intéressant lorsque l'image donnée par l'objec- tif est traitée par un autre système optique, par exemple un prisme sépara- teur P ou un relais optique. Parmi les deux groupes mobiles II et III, le groupe placé en avant, c'està-dire le groupe II, a uniquement une fonction de variation de la longueur focale de l'objectif. Or, il est prévu que ce groupe puisse passer par le grandissement 1. Par contre, la conception de l'ensemble est telle que le second groupe mobile III ne passe en aucune façon par le grandissement 1. Et suivant l'invention, ce groupe possède à la fois une fonction de variation de la longueur focale de l'objectif et une fonction additionnelle de mise au point de l'ensemble. Enfin, le groupe avant fixe I a pour fonction de donner de l'ob- jet une image réelle variable en position et en grandissement suivant la position de l'objet 1. Le premier groupe I, qui est fixe, comprend sept lentilles, à savoir: un ménisque divergent dont la convexité est tournée vers l'objet, une lentille divergente biconcave, un ménisque convergent, un doublet collé cons- titué d'une lentille divergente et d'une lentille convergente biconvexe, une lentille convergente biconvexe et un ménisque convergent dont la convexité est tournée du côté de l'objet. Quant au premier groupe mobile II, il comprend quatre lentilles, à savoir: un ménisque divergent dont la convexité est tournée vers l'objet, une lentille divergente, un doublet constitué d'une lentille divergente bi- 6 2459988 concave et d'une lentille convergente. Pour sa part, le second groupe mobile III comprend trois lentilles, à savoir: une lentille divergente biconcave, un doublet constitué d'une lentille divergente biconcave et d'une lentille convergente biconvexe. Enfin, le quatrième groupe qui est fixe, peut comporter onze lentilles, à savoir: deux lentilles convergentes bicon- vexes, un doublet constitué d'une lentille convergente bicon- vexe et d'une lentille divergente, un doublet constitué d'une lentille convergente et d'une lentille divergente, une len- tille convergente, un ménisque convergent, une lentille diver- gente biconcave, et deux lentilles convergentes. Du reste, le tableau ci-après précise les valeurs des différents rayons de courbure des lentilles de ces divers groupes, ainsi que les valeurs des espaces d'air et des épais- seurs de lentilles. Les références Rl, R2 et R3 désignant les rayons de courbure des lentilles, sont affectés du signe + lorsque leur convexité est tournée vers l'avant, et du signe - dans le cas contraire. Cependant, ce tableau précise également les autres caractéristiques appliquées de ces lentilles, en l'occurrence la référence nd indiquant l'indice de réfraction relatif à chaque lentille pour la raie d ( nombre d'Abbe. H Ha H H m u*.> fl - LwLn G W: WJ-MN ct u OqOC-.] O w:bC-l- - - 0 {D m -J - O 0 ++++ + ++++ + I+ + ++++ + + i+I+++++i++ I+ + O 8 8i O wu- -tiwt' 6 v ffi OD c W Ln N O ODNflMWN ON W A s1 co O O N N t0 00 00C 00 W 00 0 t N Co Ili CO WN N Mb C W0 O WO NO OU1aW co w O- O W ui C o U1 Co N O9 0 tz U1 -1 m li O O O O OO (D O O(D O O (DO O O O (D O O D (D OD OD OD O O O OD O (D OD OD O O (D OD OD OD O O O CD O1 O It4: -I - G,)-- OW - [ t-- - ----à -- M. M m ji -.OOU1M OQQMQi n - N -O wO-JOU1m On MM-J w OM. -4)uMe O) -c0Ui'-J -e.00 00 O è> Nl 0 0 u100N N: Li N 00 -0 (il 1 b5 u1 0 1N *. *.q.* *.. q N -tiW w wO UN O V I D iC OD O0W O O CO m u l Co N) W 0 GO GW%" cU1 co t'O t *,.t,. CwP 4)PP 0 "O *. *.* *. * * * * ** * * * * * *..* ...DTD: CN o I O O 8 O O O' Q8 8o o g J Jo o o oo C) W 7 "WW m N O MOI Ni U1 > 0i O 0iO O 0Co OOC I. D M. W.ji........ N W W 1l- W *P W>v G1 a NI PP UL U UP Muli wM O i> o.. OiWln I tD CDC0ID aomOmi O00i-.J ui u D O O OUi U.O 1 1H !c ri 1R VI Co. Co Sur la base des valeurs ainsi prévues, les distances focales fl, f2 et f3 des trois premiers groupes sont respectivement les suivantes: fl = 131,143 f2 = - 45,384 et f3 = - 79,526. De ce fait, on peut constater que l'objectif décrit à titre d'exemple, satisfait bien aux diverses conditions supplémentaires énoncées précédemment. En effet, on peut relever les inégalités suivantes: 1) 0,5 If1 8) 0,5 If3i 9) 0,5 ( 1f2 + jf3|) o20 O R1 à R24 définissent le rayon de courbure dans l'ordre des surfaces constitu- tives des lentilles de l'objectif numérotées depuis la surface la plus proche de l'objet. nd et Q d représentent les indices de réfraction pour la longueur d'onde) \ = 588 nm et le nombre d'Abbe des lentilles constituent les deux groupes mobiles. Les rôles respectifs des diverses conditions ci-dessus sont les suivants: La condition (1) est nécessaire pour corriger la distorsion lorsque l'objectif est utilisé à des distances focales courtes. La condition (2) est nécessaire pour corriger l'aberration sphé- rique et le chromatisme lorsque l'objectif est utilisé à des distances focales longues. La condition (3) est nécessaire pour corriger la courbure de PETZVAL ainsi que le résidu d'aberration sphérique du groupe fixe avant. La condition (4) est nécessaire pour corriger le chromatisme longitudinal résiduel du groupe fixe avant. La condition (5) est nécessaire pour corriger la distorsion de l'objectif. La condition(6)est nécessaire pour corriger l'aberration sphérique résiduelle de l'objectif ainsi qu'une partie du chromatisme longitudinal. La condition (7) est nécessaire pour corriger la distorsion résiduelle de l'objectif. La condition (8) est nécessaire pour corriger l'aberration sphérique résiduelle de l'objectif ainsi qu'une partie du chromatisme longi- tudinal. La condition (9) est nécessaire pour pouvoir construireun objectif d'encombrement et de poids réduits. La condition (10) est nécessaire pour corriger la courbure de Petzval tout au long de la variation de position des deux groupes mobiles. Il convient de noter que l'objectif selon l'invention n'est pas limité à la seule forme de réalisation décrite ci-dessus et qui ne constitue qu'un exemple. Ainsi, le premier groupe mobile pourrait être constitué différenient. Au lieu de comporter, dans l'ordre, trois lentilles divergentes et une lentille convergente, il pourrait être constitué, dans l'ordre par: deux lentilles divergentes, une lentille convergente et une lentille divergente. Pour sa part, le second groupe mobile pourrait coanporter, dans l'ordre, une lentille divergente, une lentille convergente et une lentille divergente, au lieu d'être constitué par deux lentilles divergentes et une lentille convergente. 2459988 REVENDICATIONS 1. Objectif à focale variable comprenant deux groupes de lentilles, mobiles suivant l'axe, et disposés entre deux autres groupes fixes de lentilles, ces deux groupes mobiles étant susceptibles d'assurer, par leur déplacement, la variation de la distance focale et de maintenir l'image dans un plan fixe pour tout objet situé à une distance choisie, ou distance de mise au point, en avant du premier groupe fixe de lentilles,car actérisé en ce que: - les deux groupes mobiles participent chacun à la variation totale du grandissement; chacun des grandissements élèmen- taires présentant au cours de la variation une valeur abso- lue minimale et maximale, telle que le rapport valeur maxi- male sur valeur minimale est supérieur à 1,1; - un seul des deux groupes mobiles, qui ne passe pas par le grandissement 1, assure à la fois une fonction de grandisse- ment et une fonction additionnelle de mise au point, cepandant que l'autre groupe mobile, qui peut passer par une position de grandissement 1, assure uniquement une fonction de grandisse- ment; - chaque groupe mobile comporte au moins trois lentilles pour l'un et deux lentilles pour l'autre. 2. Un objectif à focale variable selon la revendication 1,carac- térisé en ce que: - le groupe mobile participant uniquement à la variation de grandissement est celui le plus proche de l'élément fixe du côté objet, ce groupe mobile étant divergent, - cependant que l'autre groupe mobile, qui assure une partie de la variation du grandissement, et permet la mise au point est divergent. 3. Objectif à focale variable selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les valeurs focales respectives: f1 du premier groupe fixe f2 du premier groupe mobile f3 du second groupe mobile satisfont aux deux conditions suivantes: - la valeur absolue de la distance focale f1 du premier groupe fixe est comprise entre la moitié et le double de la somme des valeurs absolues des distances focales f2 et f3 des deux groupes mobiles. térisé en ce qi risé en ce que 0,5 ( f'21 + If31) absolue de la distance focale f2 du premier groupe mobile. 1f21 4. Objectif à focale variable selon la revendication 3, carac- ue le premier groupe mobile satisfait aux conditions suivantes: - il comporte dans l'ordre trois lentilles divergentes et une lentille convergente; - l'indice de réfraction pour la longueur d'onde = 588nm de ces quatre lentilles est compris entre 1,60 et 1,85 1,60 d - la valeur absolue du rayon de courbure de la letille conver- gente le plus proche de la lentille divergente la précédent est comprise entre la moitié et le double de la valeur absolue de la distance focale f2 dudit groupe mobile f2 5. Objectif à focale variable selon la revendication 3, caracté- le premier grouperinbile satisfait aux conditions suivantes: - il comporte dans l'ordre deux lentilles divergentes, une len- tille convergente et une lentille divergente; - l'indice de réfraction pour la longueur d'onde = 588 nm de ces quatre lentilles est compris entre 1,60 et 1,85 1,60 - la valeur absolue du rayon de courbure de la lentille conver- gente le plus proche de la lentille divergente la suivant est comprise entre la moitié et le double de la valeur absolue de la distance focale f2 dudit groupe mobile f caractérisé e caractérisé 0,5 | f21 la valeur absolue de la distance focale f2 dudit groupe mo- bile et quatre fois sa valeur absolue 1f21 - la valeur absolue du rayon de courbure de la lentille conver- gente le plus proche de la lentille divergente la précédent est comprise entre la moitié et le double de la valeur absolue de la distance focale f dudit groupe mobile 0,5 If3 et le double de la valeur absolue de la distance focale f3 du- dit groupe mobile 0,5 1f31 = 588nm de ces trois lentilles est compris entre 1,60 et 1,85 1, 60 - la valeur absolue du rayon de courbure de la lentille conver- gente le plus proche de la lentille divergente la suivant est comprise entre la moitié et le double de la valeur absolue de 13 2459988 la distance focale f dudit groupe mobile 0,5 If3i 3, caractérisé en ce que le premier groupe fixe convergent comnporte dans l'or- dre deux lentilles divergentes, une lentille convergente, un doublet collé constitué d'une lentille divergente et d'une convergente, et deux lentilles convergentes: - la valeur absolue du rayon de collage du doublet est comprise entre la moitié et le triple de la valeur absolue de la distance focale dudit groupe fixe 0,5 Ifl | entre la moitié et le triple de la valeur absolue de la dis- tance focale dudit groupe fixe 0,5 If1|