Brevet FR2484657A1 — publié le 19811218

-1 La présente invention concerne des lunettes afocales à grandissement variable, dites "zoom". Un des buts de la présente invention est de fournir une lunette afocale "zoom", compacte et de faible lon gueur, et dont le surdimensionnement dû à l'objectif primaire soit minimal. Selon la présente invention, on prévoit une lunette afocale "zoom" formée par un système objectif achroBmatique à grandissement variable et un système oculaire à focale.fixe, IO0 alignés sur un axe optique commun et agencés de façon à produire une image interne réelle, ledit système objectif étant formé par une lentille élémentaire primaire et trois autres lentilles élémentaires, et ledit système oculaire étant formé par deux lentilles élémentaires, chacune des six lentilles élémentaires I5 étant faite d'un matériau possédant, dans la région des longueurs d'onde infrarouges, une bande passante spectrale utilisable, et des surfaces réfringentes, interceptant ledit axe optique, qui sont sensiblement spItriques, celle desdites autres lentilles élémentaires du système objectif qui est proche de la lentille élémentaire primaire étant chargée de corriger l'aberration chromatique et ayant un "V' d'au moins 120, une vergence négative, un indice de réfraction inférieur à celui des autres lentilles élémentaires du système objectif, et étant invariablement couplée à l'autre lentille élémentaire du système objectif qui lui est adjacente, lesdites lentilles élémentaires couplées étant montées de façon à pouvoir se déplacer le long d'un lieu de l'axe optique, la lentille élémentaire du système objectif qui est proche du système oculaire étant montée de façon à pouvoir se déplacer le long d'un second lieu de l'axe optique, et des moyens étant prévus pour mouvoir simultanément, et non linéairement, lesdites lentilles élémentaires en leur faisant décrire lesdits premier et second lieu, ce qui permet de faire varier le grandissement de ladite lunette afocale zoom entre une valeur minimale et une valeur maximale. Un mode de réalisation de la présente invention va être décrit à titre d'exemple en se réferant au dessin annexé O: La Fig. I montre la disposition des composants optiques pour trois grandissements; -2 Les Fig. 2 et 3 montrent les positions relatives des composants mobiles sur la plage des grandi.ssements. Dans les dessins la lunette 20 est constituée par un système oculaire-I9 formé par les lentilles élémentaires fixes A et B et un système objectif I8 formé par des lentilles élémen- taires C, D, E, et F dont F est fixe, D et'E coupleeset dépla- çables le long d'un premier lieu et C déplaçable le long d'un second lieu. Les lentilles élémentaires A à F sont alignées I0 le long d'un axe optique commun i.7 et possèdent, comme le montre la figure, des surfaces réfringentes I à I2. Le système objectif I8 a une bande passante spectrale dans la région des longueurs d'onde infrarouges comprises entre 3 et I3 micromètres, reçoit des rayonnements provenant de la région de l'espace-objet I6 et forme une image réelle I à l'intérieur de la lunette 20. Le système oculaire I9 a également une bande passante spectrale dans la région des longueurs d'onde infrarouge, recueille des rayonnements venant de l'image I et les transmet à l'espace- image S par une pupille 0. La lentille élémentaire E est faite d'un matériau ayant un indice de réfraction inférieur à celui des autres len- - tilles élémentaires, a une vergence négative et un "V' (coef-- ficient de dispersion) d'au moins I20, de sorte que, par rapport aux autres lentilles élémentaires C, D et F du système objectif, la lentille élémentaire E est achromatisante. Pour atteindre ce résultat, il convient de faire la lentille élémentaire E de ver- re aux chalcogénures, fabriqué sous la désignation BSI par Barr & Stroud Ltd., toutes les autres lentilles élémentaires étant faites de germanium. Pour pouvoir recevoir des faisceaux de grand diamètre l'élément D est du type ménisque fortement bombé, de vergence positive, et il est lié à la lentille élémentaire E, les deux lentilles se déplaçant ensemble le long d'un premier lieu G, non-linéaire, de l'axe optique I7 (Fig. 2); un mouvement corres- pondant de la lentille élémentaire C le long de son propre lieu H (Fig. 3) , lui aussi non-linéaire, produit pour la lunette 20 une plage de grandissements. Il convient que l'élément C soit limité dans son déplacement de façon à ne pas intercepter l'ima- ge I et, comme le montre le dessin, ceci limite à I0 le grandis- sement maximal. Cependant, si le matériau-dont est faite la -3- lentille élémentaire C ne présente pas d'inhomogénéités on peut lui permettre de traverser l'image I afin d'augmenter le grandis- sement maximal. On pourrait y parvenir, par exemple, en faisant la lentille élémentaire C de séléniure de zinc qui est en géné- ral moins inhomogène que le germanium. Il convient que, à 200C et pour une longueur d'onde de IO micromètres, la lentille élémentaire E ait un indice de réfraction d'au moins 2,45 tandis que chacune des autres len- IO tilles élémentaires a un indice d'au moins 4,0. Chacune des surfaces réfringentes I à I2 peut si on le désire être recou- verte d'un revêtement antiréflexion. On peut permettre aux éléments D et E d'être déplacés indépendamment de l'élément C de façon à compenser des variations thermiques-ou à modifier I5 la mise au lyoint de la lunette. Le tableau I (voir plus loin) donne un exemple parti- culier de structure de la lunette; on y voit clairement que la lunette est compacte, car elle a, au niveau de l'image réelle Y, une ouverture relative de f/2,51 sur la plage de grandissements allant de 3 à IO tout en conservant des performances très élevées (voisines de la limite due à la diffraction) sur tout le champ, et pratiquement pour tous les grandissements. Le tableau Il donne les valeurs numériques des performances. Dans cet exemple particulier, la lunette transmet au moins 60% du rayonnement infrarouge incident entre 8 et I3 micro- mètres, et le diamètre de la pupille est constant sur toute la plage des grandissements tandis que l'ouverture espace-objet 6 varie en grandeur et position et est même virtuelle pour les grandissement 7 et 3. Le premier lieu G le long duquel les éléments D et E sont déplacés est de caractère approximativement exponentiel, c'est à dire que lorsque le grandissement croît à partir de sa valeur minimale 3 les déplacements sont grands au début mais quant on atteint le grandissement maximal IO, les déplacements sont très petits. Le second lieu, que décrit l'élément C, est sensiblement caractérisé par une cubique dont l'origine corresrDond à un grandissement de 6,5. Plus la lunette est compacte, ou encore plus l'ouverture relative est forte, plus le caractère cubique est prononcé. Les éléments C à F du système objectif I8 peuvent - 4 - être mis à l'échelle de façon à fournir différentes plages de grandissements, les grandissements maximaux et miniaux étant également différents. Ceci entraînera également des valeurs différentes de l'ouverture relative (entre les surfaces 6 et7); plus le système I8 est compact et plus la nonlinéarité du lieu H est marquée. Les lieux représentés-sur les Fig. 2 et 3 sont pris pour une mise au point paraxiale à IOOO m pour tous les gran- O dissements. - 5 - TABLEAU I Len- tille Sur- face Séparation au grandissement t rayon de courbu- re maté- riau diamètre maximal d'ouvertur Pupill 0 0 quelconque plat Air I5.30 d'entré I 33.29 quelconque -64.39 Air 43 00 A 2 5.00 quelconque 52.00 Ge 44.60 B 3 I7.50 quelconque 66.72 Air 48.30 4 33.32 quelconque 45. 97 Ge 31.50 (66.00 3.I 635.42 7.0? -II7.96 Air 73.50 35.42 7.0 C (I6.93 9.7 6 IO.02 quelconque - 79.60 Ge 77.00 40.46 3.i 7 I93.53 7.0 - 72.30 Air 90. 00 D,2I0.27 9.7 8 8.00 quelconque - 82.25 Ge 98.00 9 0.50 quelconque.30IoO.07 Air 106.50 E IO I5.30 quelconque 843.67 BSI I09.00 30.60 3.I II 08.I2 7.0 - 334.75 Air I68.00 F.I09.86 9.7 I2 I6.00 quelconque 249.09 Ge I74.00 Champ angulaire maximal à la pupille d'entrée = 46,4 - 6 - TABLEAU II 3X + donnée sous forme de mesure cumulée pour trois longueurs d'onde également pondérées. Les longueurs d'onde sont 8,5, 9,6 et II,5 micromètres. 0 en Milliradians. $ en micromètres. Moyennes quadratiques approximatives des dimensions taches dans l'espace objet Grandis- Monochromatiques à +Chromatiques de 8,5 à sement 9,6 micromètres II,5 micromètres Champs: Axial I/2 3/4 Champs: Axial I/2 3/4 9.7 0.059 0.058 0.075 0.069 0.070 0.086 7.0 0.305 0.373 0.524 0.306 0.375 0.526 3.I 0.559 0.726 0.899 0.560 0.727 0.900 Pour l'image interne 81.9 91.3 97.4 81.9 91.5 I09.8 réelle REVENDICATIONS I. Lunette afocale zoom (20) formée par un système objectif achromatique à grandissement variable, (I8), et un système oculaire (I9) à focale fixe, alignés sur un axe optique commun (I7) et agencés de façon à produire une image interne réelle (I), ledit système objectif (I8) étant formé par une lentille élémentaire primaire (F) et trois autres lentilles élémentaires (C, D, E), et ledit système oculaire (I9) étant formé par deux lentilles élémentaires (A, B), chacune des six lentilles élémentaires étant faite d'un matériau possédant, dans la région des longueurs d'onde infrarouges, une bande pas- sante spectrale utilisable et des surfaces réfringentes (I à I2), interceptant ledit axe optique (I7), qui sont sensiblement sphériques, caractérisé en ce que celle (E) desdites autres lentilles élémentaires (C, D, E) du système objectif qui est proche de la lentille élémentaire primaire (F) corrige l'aber- ration chromatique et possède un IV" d'au moins 120, est de vergence négative, a un indice de réfraction inférieur à celui des autres lentilles élémentaires du système objectif (C, D, F) et est invariablement couplée à celle (D) desdites autres len- tilles élémentaires qui lui est adjacente, lesdites lentilles élémentaires couplées (E, D) étant montées de façon à pouvoir se déplacer le long d'un premier lieu de l'axe optique (I7); la lentille élémentaire (C) du système objectif qui est proche du système oculaire (I9) est montée de façon à pouvoir se déplacer le long d'un second lieu de l'axe optique (I7); et des moyens sont prévus pour mouvoir simultanément et non-linéairement les- dites lentilles élémentaires (E, D, C) en leur faisant décrire lesdits premier et second lieu, ce qui permet de faire varier le grandissement deladite lunette afocale zoom (20) entre une valeur minimale et une valeur maximale. 2. Lunette selon la revendication I, caractérisée en ce que ladite autre lentille élémentaire adjacente (D) du sys- tème objectif a la forme d'un ménisque fortement bombé et tourne sa concavité vers l'image réelle I. 3. Lunette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite lentille élémentaire (E> desdites autres lentilles élémentaires du systèmeobjectif -8- est faite de verre aux chalcogénures, les autres lentilles élé- mentaires (A, B, C, D et F) étant faites de germanium. 4. Lunette selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit verre de chalcogénures est du BSI de"Barr & Stroud". 5. Lunette selon la revendication I, caractérisée en ce que ladite lentille élémentaire (E) desdites autres lentilles élémentaires du système objectif a, à 200C et pour une longueur d'onde de I0 micromètres, un indice de réfraction d'au moins 2,45, chacune des autres lentilles élémentaires (A, B, C, D et E) ayant, à 200C et pour une longueur d'onde de I0 micro- mètres, un indice de réfraction d'au moins 4,0. 6. Lunette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ouverture relative au niveau de l'image interne réelle (I) est de f/ 2,5I sur toute la plage des grandissements, entre la valeur maximale et la valeur minimale. 7. Lunette selon la revendication I, caractérisée en ce qu'elle est construite et agencée ainsi qu'il est exposé dans le tableau I des présentes. 8. Lunette selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'étendue dudit second lieu est limitée de façon à empêcher celle (C) desdites lentilles élémentaires qui est proche du système oculaire (I9) de traverser dans son déplace- ment l'image interne réelle (I).