Brevet FR2472761A1 — publié le 19810703

La présente invention concerne des perfectionnements aux objectifs, et plus particulièrement aux objectifs aptes à être utilisés dans des dispositifs pour faible niveau de lumière ou pour vision de nuit. Les dispositifs pour faible niveau de lumière ou pour vision de nuit ont généralement un objectif (qui focalise la lumière incidente sur une photocathode) du type de Petzval. Ce type d'ob- jectif permet d'obtenir une ouverture importante tout en évitant des tolérances de fabrication serrées, et ménage de plus un long espace d'air central dans lequel, par exemple, un miroir (qui peut être fixe ou ajustable angulairement) qui dévie le trajet de la lumière peut être situé. Cependant, les objectifs de Petzval souffrent généralement de sphérochromatisme ( c'est-à-dire de variation chromatique d'aberration de sphéricité) dans une plus large mesure que, par exemple, de double lentilles de Gauss équivalentes. De plus, de la même manière que dans les double lentilles de Gauss et dans d'autres types d'objectifs à grande ouverture, le spectre secondaire (c'est- à-dire la variation de la position du foyer en fonction de la lon- &eur d'onde) des objectifs de Petzval devient généralement important sur une large bande spectrale allant par exemple de 420 à 880 nanomètres (ce qui est la largeur de bande utile d'une photocathode particulière connue sous le nom de S25, utilisée dans certains tubes renforcateurs d'images) lorsque la distance focale de l'objectif est relativement grande (par exemple supérieure à 100 mn). La présente invention prévoit un objectif ayant un groupe de lentilles avant et un groupe de lentilles arrière espacées du groupe de lentilles avant, dans lequel le groupe de lentilles avant com- prend au moins deux doublets, dont un premier consiste en un élément convergent en crown collé à un. éléroent divergent en flint o le flint a un indice de réfraction et un pouvoir de dispersion nettement plus élevée que ceux du crown, l'autre doublet consistant en un élément convergent en crown et un élément divergent en flint o le flint et le crown ont des indices de réfraction similaires mais des pouvoirs de dispersion différents, le flint ayant une déviation positive de la dispersion partielle relative du rouge. De préférence, dans le premier doublet, le flint a un indice de réfraction n. et un inverse du pouvoir de dispersion, ou valeur V,VF et le crown a un indice de réfraction nc et un inverse du 2 2472761 pouvoir de dispersion, ou valeur V,Vc, qui vérifient les relations nf - n e+ 0,09 V - V compris entre 20 et 30 c F De préférence, dans le second doublet, le flint a un indice de réfraction n F et un inverse du pouvoir de dispersion, ou valeur V, VF, et le crown a un indice de réfraction n et un inverse du pouvoir de dispersion, ou valeur V, V., qui vérifient les relations n - nF compris entre + 0,08 et - 0,02 c F 7' V c VF-74,5 Dans le seconde doublet les éléments en crown et en flint sont de préférence, mais pas nécessairement, collés ensemble. Le g-roUxpe de lentilles avant peut comprendre, en plus d'au moins deux doublets, un ou plusieurs singlets. Par exemple, on peut prévoir un seul singlet situé en avant du doublet avant, ou deux singlets situés en avant du doublet avant, ou un singlet situé en avant du doublet avant et un autre singlet situé derrière le doublet arrière, tous ces procédés étant bien connus pour augmenter l'ouverture d'un objectif de Petzval. Le groupe de lentilles arrière peut être tel que dans un objectif conventionnel du type de Petzval, et peut par exemple consister en un doublet collé convergent et un élément aplanisseur de champ divergent placé à proximité du plan image. Il peut se trouver un espace dans le groupe de lentilles arrière, par exemple entre le doublet et l'élément aplanisseur de champ, et un prisme de combinaison de faisceaux comportant par exemple une interface dichrolque peut être placé dans cet espace pour permettre l'in- jection d'une image supplémentaire. L'espace entre le groupe de lentilles avant et le groupe de lentilles arrière peut être suffisamment long (par exemple d'environ 0,9F ou F est la distance focale de l'objectif complet) pour disposer de moyens pour dévier ou incurver le trajet lumineux à travers l'objectif. En particulier, un miroir plan peut être placé dans cet espace. Un tel miroir peut être réglable angulairement et en particulier le groupe de lentilles avant et le miroir peuvent être montés de façon.a leur permettre un mouvement angulaire autour d'un axe situé dans le plan du miroir et des moyens peuvent être prévus pour déplacer le miroir angulairement à une vitesse moitié du mouvement angulaire du groupe de lentilles avant pour permettre à la ligne de visée de l'objectif d'être variable tout en main - tenant une position d'image fixe. Une objection selon la présente invention peut être considéré comme un objectif de Petsval modifié et, de ce point de vue, l'in- vention prévoit de plus un objectif du type de Petsval perfectionné comportant un groupe de lentilles avant comprenant un doublet consistant en un élément convergent en crown collé à un élément divergent en flint, le flint ayant un indice de réfraction et un pouvoir de dispersion nettement plus élevé que le crown, l'objectif ayant de plus un groupe arrière de lentilles, le perfectionnement comprenant un doublot supplémentaire dans le groupe avant de lentilles, ce doublet supplémentaire étant adjacent au premier doublet et consistant en un élément conver$ent en cr@vn et ean un élément divergent en flint, le flint et le croup ayant des indices de réfraction similaires mais des pouvoirs de dispersion différents, et le flint ayant une déviation positive de la dispersion partielle relative du rouge. Des formes de réalisation d'objectifs selon la présente invention seront maintenant décrites a titre deremple on référence aux dessins annezés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'une première forme de réalisation d'un objectif, la figure 2 représente schématiquement une variante d'une partie de la forme de réalisation de la figure 1, la figure 3 représente schématiquement une autre varigate de cette partie de la forme de réalisation de la figure 1, et la figure 4 représente schématiquement des caracteristiques qui peuvent être avantageusement incorporées dans un objectif selon l'invention. L'objectif représenté a la figure 1 comporte un groupe de lentilles avant I et un groupe de lentilles arrière II espacé du groupe de lentilles avant. Le groupe de lentilles avant comprend un singlet convergent 1 derrière lequel est placé un premier doublet convergent 2, consistant en un élément convergent en crown 3 collé à un élément 4 2472761 divergent en flint 4. Le flint de l'élément 4 a un indice de ré- fraction et un pouvoir de dispersion qui sont nettement plus élevés que ceux du crown de l'élément 3. Plus précisément nF - n 70,O9 et V - VF compris entre 20 et 30 (et plus particu- lièrement entre 24 et 29) o n et n sont les indices de réfraction et V et V sont les F c F c inverses des pouvoirs de dispersion, ou valeur V, du flint et du crown respectivement (étant entendu que la valeur V est inverse- ment proportionnelle & la dispersion). Dans le groupe de lentilles avant 1, un second doublet est placé derrière le premier doublet 2 et consiste en un élément convergent en crown 6 et un élément divergent en flint 7, les éléments 6 et 7 étant de préférence mais non nécessairement collés ensemble. Dans ce doublet, le flint de l'élément 7 et le crown de l'élément 6 ont des indices de réfraction similaires mais des pouvoirs de dispersion différents. Plus précisément-: nc - nF compris entre + 0,08 et - 0,02 et Vc - VF 7 4,5 o n et n sont les indices de réfraction et V et Vc sont les nF c inverses du pouvoir de dispersion, ou valeur V, du flint et du crown respectivement. De plus, le flint de l'élément 7 a une déviation positive de la dispersion partielle relative du rouge par rapport à la ligne de dispersion partielle "normale" qui a de préférence un /A Pcs au moins égal à + 0,0035 lorsque le Pcs nominal est défini par l'équation Pcs = + 0,4029 + 0,002331 V. On comprendra que n -n c s Pcs = (AF = 486,1 nn; Xc = 656,3 nm; As = 852,1 nim) nF - nc Le groupe de lentilles arrière se présente sous la forme connue en soi dans les objectifs du type de Petzval, et consiste en un doublet convergent collé 8 et un élément divergent aplanisseur de champ 9 placé à proximité du plan-image P. Le diaphragme S est situé juste derrière le doublet 8. Il existe un espace d'air entre le doublet 8 et l'élément aplanisseur de champ 9 et un prisme de combinaison de faisceaux 10 ayant une interface dichroique Il peut être placée dans cet espace pour permettre l'injection d'une image supplémentaire de la façon bien connue en soi. Un filtre 12, par exemple un filtre jaune, peut être collé à la face avant du prisme l0. la Il a été constaté qu'un objectif de/forme décrite ci-dessus, qui peut être considéré comme un objectif de Petzval modifié, donne un sphérochromatisme réduit et un spectre secondaire nettement réduit par rapport à un objectif de Petzval conventionnel. Un objectif de Petzval conventionnel comprend typiquement un seul doublet collé dans son groupe de lentilles avant et prati- quement toute la correction d'aberration de sphéricité est réalisée a la surface de contact collé de ce doublet. Ce contact fourni également l'essentiel de la correction de l'aberration chromatique longitudinale de l'ensemble de l'objectif. Le changement considérable de la différence d'indice de réfraction à ce contact avec les longueurs d'ondes nécessaires pour obtenir cette dernière correction, donne également naissance à une variation considérable de la correc- tion de l'aberration de sphéricité à cette surface, c'est-à-dire un important sphérochromatisme. L'indice de réfraction élevé du flint dans le doublet (n. >1,7) élimine l'usage économique d'un type de verre ayant une dispersion relative (c'est-à-dire une déviation positive de la dispersion partielle relative du rouge) qui pourrait donner une réduction du spectre secondaire inhérent à l'objectif complet. Mais en utilisant un doublet supplémentaire dans le groupe de lentilles avant, comme cela est proposé par l'invention, on peut obtenir une réduction du sphérochromatisme et une réduction im- portante du spectre secondaire en iparant effectivement les fonctions du doublet unique conventionnel. Plus précisément, le doublet supplémentaire permet une réduction de la variation de la différence de l'indice de réfraction au travers de la surface de contact collé du doublet avant 2 avec le changement de longueur d'onde (par rap- port à ce qui est nécessaire lorsque le groupe de lentilles avant comporte un doublet unique). Cette faible différence de dispersion réduit le sphérochromatisme introduit à la surface de contact mais entraîne également une correction insuffisante de l'aberration chromatique. Cependant la correction de l'aberration chromatique du groupe de lentilles peut être réalisée par le second doublet 5 ayant des éléments en crown et en flint 6 et 7 d'indice de ré- fraction similaire reltivement faible (par exemple une réduction sensible du spectre secondaire. L'objectif peut par conséquent être conçu pour donner par exemple de hautes performances à des distances focales de l'ordre de 150 à 200 mm et des ouvertures typiques de F/1,15 sur toute la largeur de la bande spectrale d'une photocathode S25. Des exemples particuliers d'objectifs selon la forme de réalisation de la figure 1 ont les données numériques qui suivent, les surfaces de l'avant à l'arrière étant numérotées de RI à R16. Les unités de dimension sont des millimètres, étant entendu que les valeurs sont relatives et peuvent être modifiées en conséquence. Elément Surface R1 R2 R3 R4 R5 R6 1R7 R8 R9 RiO Rll R12 R13 R114 R15 R16 Distance focale. 100 Diambtre de la surface R1. 87,0 Diaphragme: 0,760 après R11 A Pcs de l'élément en Flint 7. +( Rayon de courbure +186,991 +6 99,288 +125,840 -179,823 +459, 873 +97,201 -299,751 +1069519 +31,683 -69,602 -183,473 PLAN PLAN PLAN -83, 072 +47,768 Ouverture F/1,15 0,0133 EX E M P LE 1 Epaisseur axiale/ distance 6g310 0j311 16, 440 0o311 1404.3 3 9553 89,450 2e211 1,901 18D999 1i261 1i894 4o088 Angle de vue 9 degrés Indice de r4fraction Nd 1,55671 1,55671 1,69895 1,55671 1,52944 1 55671 1,54739 1 69895 1,69895 Inverse de la dispersion,Vd 58,65 8, 65 ,07 58,65 51,68 58,65 ,07 53,63 07 ,07 -"J r) J-' -4 rJ -o El ément Surface R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10O Rll1 R12 R13 R14 R15 R16 Distance focale - 100 Ouverture Diamètre de la surface R1. 87,0 Diaphragme: 0,76 après R11 6 Pcs de l'élément en flint 7. +0,0064 EXEMPLE 2 Rayon de Epalsseur axiale/ courbure distance +188,940 6,310 +719,231 0,311 +127,061 16,438 -180,841 3,552 +366,169 0,311 +94,114 011 14,o041 -202,526 3,552 +112,544 89,439 +31,501 6,154 -81,708 2,211 -193,701 1,900 PLAN 1,863 PLAN 19,457 PLAN 1,261 -66,749 1,894 +56,803 4,816 F/1,15 Angle de vue 9 degrés Indice de réfraction Nd 1,55232 1,55232 1,64793 1,53996 1,55115 1,55671 1,69895 1,54739 1,69895 1,69895 Inverse de la dispersion,Vd 63,46 63,46 33,80 59,71 49,68 58,65 ,07 - 53, 63 ,07 ,07 -4'J --'J 0%) Elément Surface R1 + R2 + R3 + R4 R5 + R6 R7 - R8 + Re9 8 RO10 Rll - R12] R13 P] R14 P] R15 R16 Distance focale.100 OuvertureF/1,15 Diamètre de la surface R1. 87, 0 Pupille d'entrée paraxiale 492,0 après R1 A Pcs del'dlément en Flint 7. +0,0064 Rayon de courbure 188,652 645,671 127,144 184,426 390,435 +94,296 269,735 ,783 +31,680 -81,804 198,950 LAN LAN LAN -63,735 +58,073 Angle EXEMPLE 3 Epalsseur axlale/ distance 6,310 0,311 16,r44i 3,553 0,311 14,043 3,553 6,155 2,211 1,901 1,863 19, 404 1,261 1,894 4,963 de vue 9 degrés Indice de réfraction Nd 1,56384 1,56384 1,67270 1,53996 1,55115 1,56384 1 69895 1,54739 1,69895 1,69895 Inverse de la disperslon,Vd ,80 ,80 32,21 59,71 49,68 ,80 ,07 53,63 ,07 , 07 o% El ément Surface R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 Rll R12 R13 R14 R15 R16 Distance focale - 161,0Ouverture Diamètre de la surface R1 i 140,0 Diaphragme: 1,22 après Rli L Pcs de l'élément en Flint 7 - +0,0133 E X E M P L E 4 Rayon de Epaisseur axiale/ courbure distance +270,128 ,160 +1156,032 0,500 +203,342 26,47 26,470 -325,218 ,720 +574,501 0,500 +165,323 22,61 22,610 -419,183 ,720 +172,214 144Q2 144,020 +52,819 9,910 _14o,339 3,560 -388,953 3,6 PLAN 3,000 PLAN ,123 PLAN 2r030 -143,199 +92,773 5452 F/1,155 Angle de vue 9 degrés452 F/1,15 Angle de vue 9 degrés Indice de réfraction Nd 1,55671 1,53996 1,75693 1,60738 1,52944 1,55671 1,69895 1,54739 1,69895 1,69895 Inverse.de la disperston, Vd 58,65 59,71 31,80 56,65 51,68 oI o 58,65 ,07 53,63 ,07 y07 -'J o' E X E MPLE 5 Elérent Surface Rayon de Epafsseur axi courbure distance R 1 +272, 825 1 R2 +1455,915 10,16C 0,500 R3 +204,745 3 26,470 R4 -333,775 4 5,720 R5 +60,306 572 R6 +160,213 0,500 6 22,610 R7 -759,080 7 5,720 R8 +172,784 R9 52,744 44020 9,910 8 R10 -168,109 RIt -474,360 3,560 3t060 *R12 PLAN3 12 3,000 R13 PLAN 39î916 R14 PLAN R15 - 17528 2,030 9 3,050 R16 +11752.B 9 987 Distance focale 161,0 Ouverture F/1,15 Angle do vue 9 degrés Diamètre de la surface R1 - 140,0 Diaphragme: 1,22 après Rt1 ô Pcs de l'élément en Flint 7 - +0,0133 ial e/ Indice de réfraction Nd 1,55671 1,53375 1,69895 1,59181 1,52944 1 55671 1,69895 1,69895 i,80518 Inverse de la dfspersionVd 58 65 ,31 ,07 58,30 51,68 8,65 53,63 , 07 ,43 -PJ --j 0%a EXEMPLE 6 Rayon de Epaisseur axiale/ ElémentSurface courbure distance R1 +253,352 1 10,160 R2 +o1086,856 0,500 R3 +201,378 3 26,470 R4 -746,813 4 5,720 R5 +489,155 0,500 R6 +167,019 6 22,610 R7 -601,153 7 5,720 R8 +200,507 44020 R9 53,592 9,910 8 RO10 +137,789 3,560 Rll -410,218 3,060 R12 PLAN 12 3,000 R13 PLAN 39,507 R14 PLAN 2,030 R15 +3034,027 9 3,050 R16 56,165 3,963 Distance focale - 161,0 Ouverture F/1,15 Angle de vue 9 degrés Diamètre de la surface R1 - 140,0 Diaphragme: 1,22 après Rll tC Pcs de llélément en Flint 7 +0,0038 Indice de réfraction Nd 1,55671 1,53996 1,74950 1,60738 1,62096 1,55671 1,75693 1,54739 1,69895 1,80518 Inverse de la dIspersionVd 58,65 59,71 34,95 56,65 36,18 58,65 31,80 53, 63 ,07 ,43 r-' o'j E lément Surface R1 1t2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R1 R12 R13 R14 R15 R16 Distance focale - 161,0 Ouverture Diamètre de la surface R1 140,0 Diaphragme: 1,22 après Rll x Pcs de l'élément en Flint 7 +0,0133 Rayon de courbure +272,963 +1030 086 +210,803 -327,874 +586r 144 +159,834 -432,323 +174.,625 +53,009 -145,273 -412r784 PLAN PLAN PLAN -148,230 +96,946 F/1,15 A E M P L E 7 Epaisseur axiale/ distance , 160 0,500 26r470 , 720 O0500 22,610 ,720 144,020 9,910 3,560 3,0 o60 3,000 ,216 2,030 3,050 Inverse de la dispersion,Vd 58, 65 58,65 31,80 58,30 51,68 58,65 31,80 53,63 ,07 ,43 ngle de vue 9 degrds I Indice de réfraction Nd 1,p55671 1,55671 1,75693 l159181 1,52944 1,55671 1,75693 1,54739 1,69895 1,80518 4-s 0% 14 2472761 Les exemples ci-dessus comprennent un prisme de combinaison de faisceaux 10 (défini par les surfaces R13 et R14) et un filtre jaune 12 (défini par les surfaces R12 et R13) collés au prisme. On comprendra que l'équilibre des aberration de l'objectif pourrait de nouveau être obtenu par optimisation si le prisme devait être enlevé. On comprendra que l'ouverture d'un objectif selon la forme de réalisation de la figure l peut être augmentée d'une façon bien connue en soi en séparant le pouvoir convergent des lentilles en crown des doublets et en replaçant ce pouvoir convergent dans un ou plusieurs singlets disposés à d'autres emplacements dans le groupe de lentilles avant. Par exemple, le groupe de lentilles avant I représenté à la figure 1 peut être modifié pour comprendre un autre singlet convergent 13 en avant du singlet 1 comme repré- senté à la figure 2 ou pour comprendre un autre singlet convergent 14 derrière le second doublet 5 comme représenté à la figure 3. On comprendra que plus on utilise de singlets, plus l'ouverture est grande, mais le niveau accru de sphérochromatisme limitera éventuellement l'augmentation de l'ouverture. L'espace central de l'objectif, c'est-à-dire l'espace entre les groupes de lentilles avant et arrière (plus particulièrement entre les surfaces R8 et R9), est suffisamment long (par exemple de l'ordre de 0,9F) pour inclure un miroir 15 pour dévier ou incurver la lumière, comme représenté à la figure 4. L'angle de ce miroir-plan peut être réglable et le miroir est de préférence monté pour permettre un mouvement angulaire autour d'un axe 0 situé dans le plan du miroir et orthogonal au plan de la figure 4. Le groupe de lentilles avant I est également monté pour permettre un mouvement angulaire autour de l'axe O et un couplage d'entralne- ment de forme connue (non représenté) est prévu entre le miroir 15 et le groupe de lentilles avant I de telle sorte que le miroir tourne dans la même direction, mais à une vitesse angulaire moitiée du groupe de lentilles I. Le groupecb lentilles arrière Il est monté pour être stationnaire par rapport à une position d'image fixe P (qui peut être occupée par une photocathodeY. Avec cet agencement, la ligne de visée de l'objectif entier est variable, par exemple en élévation, à l'aide du mouvement angulaire du groupe de lentilles avant I et du miroir 15 et une autre position de ces éléments est représentée en traits interrompus à la figure 4. REVENDICATIONS 1.- Objectif comportant un groupe de lentilles avant et un groupe de lentilles arrière espacé du groupe de lentilles avant, caractérisé en ce que le groupe de lentilles avant comprend au moins deux doublets dont un premier consiste en un élément convergent en crown collé à un élément divergent en flint o le flint a un indice de réfraction et un pouvoir de dispersion nettement plus élevés que ceux du crown, et dont le second doublet consiste en un élément convergent on crown et un éllment divergent en flint o le flint et 0 le crown ont des indices de réfraction similaires mais des dis- persions différentes, le flint ayant une déviation positive de la dispersion partielle relative du rouge. 2.- Objectif selon la Revendication 1, caractérisé en ce que, dans ledit premier doublet, le flint a un indice de réfraction nF et un inverse du pouvoir de dispersion, ou valeur V VFX et le crown a un indice de réfraction nc et un inverse du pouvoir de dispersion, ou valeur V, Vc, qui satisfont les relations nF - n > + 0,09 c Vc F v compris entre 20 et 30 3. Objectif selon l'une quelconque des Revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, dans ledit second doublet, le flint a un indice de réfraction nF et un inverse du pouvoir de dispersion, ou valeur V, VF7 et le crown a un indice de réfraction n et un inverse du pouvoir de dispersion, ou valeur V, Vcg qui satisfont les re- lations: nc - nF compris entre + 0,08 et - 0,02 Vc 'VP > 4,5 4.- Objectif selon l'une quelconque des Revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les éléments en crown et en flint du- dit second doublet sont collés ensemble. 5.- Objectif selon l'une quelconque des Revendications précé- dentes caractérisé en ce que le groupe de lentilles avant comprend en plus d'au moins deux doublets, un ou plusieurs singlets. 6.- Objectif selon l'une quelconque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que le groupe de lentilles arrière consiste en un doublet collé convergent et un élément divergent aplanisseur de champ placé à proximité du plan-image. 7.- Objectif selon l'une quelconque des Revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qutil comporte un espace dans le groupe de lentilles arrière et un prisme de combinaison de fais- ceaux compris dans cet espace. 8.- Objectif selon l'une quelconque des Revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour évier ou incurver le trajet lumineux au travers de l'objectif, situés dans l'espace entre le groupe de lentilles avant et le groupe de lentilles arrière. 9.- Objectif selon la Revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un miroir plan réglable angulaire- ment. 10.- Objectif selon la Revendication 9, caractérisé en ce que le groupe de lentilles avant et le miroir sont montés pour permettre un mouvement angulaire autour d'un axe situé dans le plan du miroir et en ce que des moyens sont prévus pour déplacer le miroir angulairement à une vitesse moitiée du mouvement angu- laire du groupe de lentilles arant. 11.- Objectif du type de Petzval comportant un groupe de lentilles avant comprenant un doublet consistant en un élément convergent en crown collé à un élément divergent en flint, le flint ayant un indice de réfraction et un pouvoir de dispersion nettement plus élevés que le crown, l'objectif comportant de plus un groupe de lentilles arrière, caractérisé en ce qu'il comprend un doublet supplémentaire dans le groupe de lentilles avant, le- dit doublet supplémentaire étant placé contre ledit-premier doublet et consistant en un élément convergent en crown et un élément divergent en flint, le flint et le crown ayant des indices de réfraction similaires, mais des pouvoirs de dispersion dif- férents, et le flint ayant une déviation positive de la dispersion partielle relative du rouge.