Brevet FR2545228A1 — publié le 19841102

La présente invention concerne un objectif d'analyse comportant trois lentilles indépendantes, parmi lesquelles, en considérant la direction du rayon arrivant sur la surface d'analyse, la première lentille est une lentille positive, la seconde lentille est une lentille négative à ménisque concave par rapport à la première lentille et la troisième lentille est une lentille positive, dont la surface tournée vers la surface d'analyse est concave ou plane. A l'heure actuelle, des objectifs d'analyse utilisés dans des appareils à plaques vidéo, des appareils à "Compact- disc (CD)" ou des mémoires optiques comportent quatre len- tilles ou plus Pour des raisons de coût il serait cependant souhaitable d'utiliser des objectifs d'analyse comportant seulement trois lentilles. Des propositions faites pour des objectifs d'analyse comportant seulement trois lentilles sont connues d'après les demandes de brevets allemands DEOS 25 32 787, 27 03 823, 28 48 685, 29 25 737 et 31 34 001. Dans les objectifs d'analyse conformes aux demandes de brevets allemands DE-OS 25 32 787, 29 25 737, la première et la seconde lentille, en considérant la direction du rayon arrivant sur la surface d'analyse (support de mémorisation) sont liées entre elles Du fait qu'une telle liaison est com- parativement coûteuse, des objectifs de ce genre ne permettent de réaliser que de faibles économies de coût par comparaison à des objectifs d'analyse comportant quatre lentilles indé- pendantes. Des objectifs d'analyse comportant trois lentilles indépendantes,conformément au premier paragraphe de la présente demande de brevet, sont connus d'après les autres documents cités ci-dessus. Pour les objectifs d'analyse conformes aux demandes de brevets allemands DE-OS 27 03 823 et 28 48 685, l'ordre de * grandeur de l'intervalle d'air existant entre la seconde et la troisième lentille (en considérant la direction d'inci- dence du rayon d'analyse sur la surface d'analyse) est com- pris entre environ 0,7 et 1,0 fois la distance focale de l'objectif et est par conséquent comparativement grand. On obtient alors évidemment la bonne correction désirée des défauts d'image et notamment de à' astigmatisme mais cepen- dant la distance frontale de l'objectif n'est pas aussi grande qu'il serait souhaitable dans de nombreux cas d'ap- plications. Pour l'objectif connu d'après la demande de brevet allemand DE-OS 31 34 001, l'intervalle d'air entre la seconde et la troisième lentille est choisi plus petit que pour les objectifs décrits ci-dessus Ainsi les défauts d'image, notamment l'astigmatisme, ne peuvent pas être corrigés avec cet objectif de la manière souvent désirée. L'invention a pour but de créer un objectif d'ana- lyse qui puisse être fabriqué d'une façon peu coûteuse et qui comporte, pour une grande distance frontale, une bonne capa- cité de correction de défauts d'image. Ce problème est résolu selon l'invention, pour un objectif d'analyse conforme au premier paragraphe de cette description, en ce que les rapports entre la distance focale fl de la première lentille, la distance focale totale f de l'ob- jectif d'analyse et la distance focale f 3 de la troisième lentille sont situés dans une plage dont les points limites sont définis par les paires de valeurs suivantes (fl/f; f 1/f 3): ( 1,570; 1,2703 ( 1,870; 1,295) ( 1,725; 1,450) ( 1,930; 1,495) et en ce que les intervalles d'air d 2 entre la première et la seconde lentille et d 4 entre la seconde et la troisième len- tille satisfont aux relations suivantes: 0,065 (d 2 +d 4)/f 0,120 0, 85 d 2/d 4 5,0 Selon une autre particularité de l'invention, l'ob- jectif d'analyse conforme au premier paragraphe de la descrip- tion est caractérisé en ce que les rapports entre la distance focale fl de la première lentille, la distance focale totale f de l'objectif d'analyse et la distance focale f 3 de la troisième lentille sont situés dans une plage dont les points limites sont définis par les paires de valeurs suivantes (fl/f; fl/f 3): ( 1,550, 1,080) ( 1,680; 1,120) f 1,580; 1,200) ( 1,700; 1,240) et en ce que les intervalles d'air d 2 entre la première et la seconde lentille et d 4 entre la seconde et la troisième len- tille satisfont aux relations suivantes: 0,065 S (d 2 +d 4)/f 0,120 0. 85 d 2/d 4 5,0 Par les combinaisons des conditions conformes à l'invention, on obtient que, pour un objectif d'analyse corn- portant trois lentilles indépendantes, il soit possible de produire de petits intervalles d'air et par conséquent une grande distance frontale tout en réalisant une correction efficace des défauts d'image Notamment, l'aberration sphé- rique et le coma de troisième et de cinquième ordre sont corrigés Egalement, l'astigmatisme est corrigé de la manière nécessaire dans les cas d'applications d'un objectif d'analyse. En outre, il s'est avéré d'une manière surprenante que, dans le cas d'un objectif d'analyse satisfaisant aux conditions indiquées conformément à l'invention, des tolérances habituelles de fabrication ou d'autres écarts n'ont pas une influence aussi grande sur la qualité d'image que c'est le cas pour les objectifs connus. Il est cependant d'une importance essentielle pour la résolution du problème ainsi que pour les autres propriétés importantes des objectifs d'analyse conformes à l'invention que toutes les conditions conformes à l'invention soient remplies Notamment, il est essentiel que les conditions concernant les rapports entre la distance focale fl de la première lentille et la distance focale totale de l'objectif d'analyse et également la distance focale f 3 de la troisième lentille soient remplies simultanément Lorsque seulement une des limites indiquées est dépassée, il n'est plus possible de maintenir la condition de correction qui caractérise les objectifs d'analyse selon l'invention ou bien d'obtenir l'insensibilité comparativement grande à des tolérances. Selon d'autres caractéristiques importantes de l'invention, les conditions suivantes sont remplies: 0,065 0,85 1,180 seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui représente sur la figure 1 en vue en coupe un objectif d'analyse conforme à l'invention. L'objectif d'analyse se compose de trois lentilles indépendantes 1, 2 et 3 Une plaque de verre 4 à faces parallèles recouvre une surface d'analyse 5, par exemple une plaque vidéo ou un "compactdisc" La plaque de verre 4 intervient avantageusement dans la correction de l'objectif. Les rayons de courbure des différentes surfaces de l'objectif sont désignés par ri (i = 1 8),les épaisseurs de lentilles ou les intervalles d'air par di, les indices de réfraction des lentilles par ni et le coefficient d'Abbé par vi. Les tableaux 1 à 5 donnent des valeurs desdites grandeurs pour différents exemples de réalisation Les exemples de réalisation sont corrigés de façon monochroma- tique pour des longueurs d'ondes du domaine compris entre environ 750 nm et environ 850 nn Pour cette raison, les indices de réfraction ni sont donnés pour la longueur d'onde de 800 nm Les coefficients d'Abbé donnés seulement à titre indicatif sur la base de la correction monochroma- tique sont valables pour la ligne e. En outre, les tableaux donnent les valeurs des rapports entre la distance focale fl de la première lentille 1 et la distance focale f de l'objectif d'analyse et également la distance focale f 3 de la troisième lentille 3 ainsi que les sommes, rapportées à la distance focale de l'objectif global, des intervalles d'air d 2 entre la première et la seconde lentille et d 4 entre la seconde et la troisième len- tille ainsi que les rapports entre lesdits intervalles d'air. Dans les tableaux 1 à 5, la distance focale totale f est à chaque fois normalisée à 1 En pratique, des objectifs d'analyse ont une distance focale f comprise entre environ 4 et 10 mn, un rapport d'ouverture compris 1: 0,85 et 1 1,5 et un champ angulaire d'environ 0,5 20. Dans les tableaux 1 et 2, on a donné différents exemples de réalisation dont les valeurs concernant fl/f, fl/f 3, (d 2 + d 4)/f et d 2/d 4 couvrent les plages indiquées conformément à l'invention. A l'aide des tableaux 3 et 4, on peut démontrer que les conditions indiquées conformément à l'invention représentent effectivement un principe universel de cons- truction d'objectifs d'analyse conforme au premier paragraphe de cette description. Le tableau 3 fait ressortir que la valeur du rapport entre la distance focale f 1 et la distance focale totale f de l'objectif d'analyse est maintenue d'une façon à peu près constante à la valeur 1,724 Comme on s'en rend compte facilement, il est possible également lorsqu'une valeur est prédéterminée de réaliser des objectifs d'analyse bien corrigés qui résolvent le problème posé conformément à l'invention et qui possèdent également les autres avantages de la solution conforme à l'invention, suivant lesquels les valeurs restantes varient à l'intérieur des plages indiquées conformément à l'invention Par exemple le rapport fl/f 3 est maintenu dans la plage comprise entre environ 1,3 et 1,45. Dans le tableau 4, en addition à la valeur fl/f les valeurs (d 2 + d 4) et d 2/d 4 sont-maintenues à peu près constantes Ainsi, il est possible de réaliser des objectifs d'analyse dont la valeur de fl/f 3 est comprise dans l'ensemble de la plage défini conformément à l'invention. On voit par conséquent qu'on a affaire, pour les conditions indiquées conformément à l'invention, à un l O principe de construction bien défini qui permet sans difficulté au spécialiste moyen de réaliser des objectifs d'analyse comportant trois lentilles indépendantes confor- mément au premier paragraphe de la description, de telle sorte qu'il soit possible, pour une grande distance frontale (et par conséqent pour une faible longueur de construction) d'effectuer une correction efficace des défauts d'image et en outre d'obtenir une insensibilité à des tolérances de fabrication. De l'exposé ci-dessus et des tableaux, il ressort que les rayons r à r 4 peuvent satisfaire, ou satisfont aux conditions suivantes: 1,2 1,3 1,4 et que le rayon r 5 satisfait, ou peut satisfaire, aux conditions suivantes: 0,6 r 5 ( 0,82 + 0)O 25)f. Jr 2 j Par ailleurs, les valeurs absolues des rayons de courbure des deux surfaces de la première lentille sont à peu près égales, le bord de la première surface (r 3) de la seconde lentille ( 2) s'applique contre la seconde surface (r 2) de la première lentille ( 1); la plaque ( 4) à faces parallèles intervient dans la correction. L'objectif d'analyse est réalisé en tenant compte des données de construction ri, di, ni, conformément à un 7 - des exemples de réalisation 1 à 41, et en tenant compte des valeurs de vi conformément à l'exemple de réalisation correspondant. TABLEAU I 1, 660 d 1 0, 32 ? n 1, 77 v 36, 83 r 2 M, d 2 O ? 1 r 3 629 d 3 = Clp 267 n 3 = 1, 77 v 3 = 25 87 r 4 = -3, 579 ci 4 = Ci, i 3 6 r '3 = (il 832 d 5 m 0, 4 ? 2 n 5 = I 9 6 1 v 5 = 55 62 r 6 oo d 6 0, 314 5 7 oo 7 0, 305 7 1, 51 v 7 64 P 08 r 1, 717 d 1 = 0, 345 n 1 = 1, 64 v i= 55, 62 r 2 7 6 d 2 0#052 r 3 -il 330 d 3 E), 334 n 3 I, 77 V 3 250 87 r -21 523 d 4 rôl 044 r 5 '= 0, 842 d 5 = 0#222 n 5 = 1, 64 V 5 = 55 e 62 r 6 = 00 cj 6 = 0, 445 r 7 00 d 7 0, 267 n 7 1, 55 v 7 44 e 95 r O oo r 1 = 1, 666 d 1 = 0, 327 n 1 = 1, 7 ? v 1 = 36, 83 r 2 ec -51 194 d 2 = Op 072 r 1 = 493 d 1 = Op 400 n 1 = 1, 64 v 1 = 55 , 6 r 2 = -3 398 d 2 = rô; 071 r 3 = -1, 364 d 3 = 0, 300 n 3 = 1, 77 v 3 = 25 e 9 r 4 = -2, 787 d 4 = 0, 030 rqo, r 1 = 1, 485 d 1 0, 400 n 1, 78 v 47; 2 r 2 -61 716 d 2 O $ 068 r 3 -1, 483 d 3 0, 300 n 3 1, 71 v 3 28, 5 r 4 -3 ? 849 d 4 02 030 r 5 el 806 d 5 Op 200 n 5 ip 4 - 55; tà 6 oo d 6 Ox 500 r 1 = 1, 860 d 1 ri 1 v 1 47 $ 2 r 2 -3, 314 d 2 047 r 3 522 d 3 ul 31 cia 3 = Il 71 3 = 2 s, 5 r 4 -5 j IS? d 4 Ot O 3 O r 5 Oo 801 d 5 op e, ?, 13 n 5 lî 64 v 5 55; 6 r 6 00 d 6 î 7 oo d 7 n 7 1, 51 v 7 64 1 r 8 00 = -le 567 el 266 it 77 = 25 t 87 r 3 d 3 n 3 v 3 w r 4 = -3, 637 d 4 = 0,, 036 r 5 = 00 823 d 5 = # 400 n 5 = le 64 v 5 = 5 Z, 62 r 6 = 00 d 6 = 0, 390 r 7 = 00 d 7 = 0, 305 n 7 = 1, 51 v 7 = 641 ce r 8 = 00 r 5 m d 5 = n 5 = v 5 = Op 812 0; 350 Il 64 , 6 r 6 = 00 d 6 = Oe 195 r 7 = 00, d 7 = 0, 300 n 7 = 1, 51 v 7 = 64 p 1 r 8 = oo r 7 d 7 n 7 v 7 = 00 of 300 il 51 = 648 1 r a = oo r 8 = oo r%) Ln P. 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SOE) r 7 00 d 7 ci 300 n 7 1 si v 7 = 641, 1 r 8 = 00 fl/f 1,725 YI/13 Il 366 (d 2 +d 4 >/f= 0,087 d 2/d 4 = Ir 90 r 1 = 1, 945 d 1 = 0, 400 ri 1 = if 78 v 1 = 471 2 r 2 = -3 y 9 g 5 d 2 = 0, 057 r 1 2, 304 d 1 0 400 n 1 il 78 v 1 47 j 2 r 2 -2 955 01 056 r 3 -Il 319 d 3 13,,300 n 3 If 71 v 3 287 5 r 4 -2, 636 d 4 030 r 5 930 d 5 = el 600 n 5 = i'? 64 v 5 = 559 6 r 6 = -5, 002 d 6 = 01 530 r 7 = oo d 7 O 300 n 7 il 51 v 7 641 1 r 8 f 1/f Ir 724 f 1/f 3 -:1 q:558 (d 2 +d 4) /f= ,t O 56 d 2/d 4 = lt 86 r 1 = 11918 d 1 = Or 400 ri 1 ien v 1 47 j 2 r 2 -41 024 ci 2 01 057 r 3 -1) 456 d 3 O 300 n 3 I', 83 v 3 2316 r 4 -2 p 838 d 4 el 030 r 5 01823 d 5 OP 400 n 5 Il 64 v 5 55, 6 r 6 = oo d 6 = Op 500 r 7 = oo d 7 0,300 ri 7 1,51 v 7 6411 r oo fi,,f = 1,724 fi/f 3 = 4348 (d 2 +d 4 >/f = 0) 087 d 2/d 4 = ly 91 r 1 = il 886 d 1 Or 200 n 1 1 79 v 1 472 r 2 -4) 399 d 2 = y 056 r 3 = -1, 519 d 3 Of, 390 n 3 71 v 3 5 r 4 -3 417 d 4 O 03 ( 3 r 5 01855 d 5 0, 40 ( 3 ri 5 il 64 v 5 551 6 r 6 ao d 6 0, 500 r 7 00 d 7 0,'300 n 7 1151 v 7 = 640 1 r 8 = 00 f i/f = il 725 fi/ ''3 = Ir 297 (d 2 +d 4)/I= O 086 d 2/d 4 = Il O -1 el 44 E) Ji 61300 36, 1 -4 1 069 00 030 r 3 = d 3 = n 3 = v 3 = r 4 = d 4 = -11 M ça$ 300 1, 71 28# 5 -3, 173 0,030 r 3 = d 3 = r,3 = v 3 = r 4 = d 4 = b- r 5 = 0, 771 d 5 = Or 400 n 5 = 1, 64 v 5 = 55 r 6 r 6 = oo d 6 = 0, 50 ci r 7 = oo d 7 = O 300 r,7 = 1; si v 7 = 641 1 r O = Go f j / ' Il 725 f 1/f 3 = ij 439 Cd 24-d 4)/T= Or 088 d 2/d 4 = 1) 92 r 5 = 0, 800 d 5 = 400 n 5 = O, 64 v 5 = 55# 6 r 6 = 00 d 6 = 0, 500 r ? = oo d ? = 0,300 n 7 = 1, 51 v 7 = 64, 1 r a = oo f 1/f = 1, 725 y 1,,f 3 = 1 387 (d 2 +d 4)/I= 0,087 d 2/d 4 = Il 91 ru tn 14 l'. ui r%)- m C" REVENDICATIONS 1 Objectif d'analyse comportant trois lentilles indépendantes, parmi lesquelles, en considérant la direction du rayon arrivant sur la surface d'analyse, la première len- tille ( 1) est une lentille positive, la seconde lentille ( 2) est une lentille négative à ménisque concave par rapport à la première lentille et la troisième lentille ( 3) est une lentille posi- tive, dont la surface tournée vers la surface d'analyse est concave ou plane, caractérisé en ce que les rapports entre la distance focale fl de la première lentille, la distance fo- cale totale f de l'objectif d'analyse et la distance focale f 3 de la troisième lentille sont situés dans une plage dont les points limites sont définis par les paires de valeurs suivantes (fi/fi fl/f 3)-: ( 1,570; 1,270) {( 1,870; 1,295) I I ( 1,725; 1,450) ( 1,930; 1,495) et en ce que les intervalles d'air d 2 entre la première et la seconde lentille et d 4 entre la seconde et la troisième len- tille satisfont aux relations suivantes: 0,065 (d 2 +d 4)/f: 0,120 0,85 5 d 2/d 4 5,0. 2 Objectif d'analyse comportant trois lentilles indépendantes, parmilesquelles, en considérant la direction du rayon arrivant sur la surface d'analyse, la première len- tille ( 1) est une lentille positive, la seconde lentille ( 2) est une lentille négative à ménisque concave par rapport à la première lentille et la troisième lentille ( 3) est une lentille posi- tive, dont la surface tournée vers la surface d'analyse est concave ou plane, caractérisé en ce que lesrapportsentre la distance focale fl de la première lentille, la distance fo- cale totale f de l'objectif d'analyse et la distance focale f 3 de la troisième lentille sont situés dans une plage dont les points limites sont définis par les paires de valeurs suivantes (fl/f; f 11/f 3): ( 1,550; 1,080) ( 1,680: 1,120) ( 1,580 I1,200) ( 1,700 1,240) ( 1,580: 1,200) ( 1,700; 1,240) et en ce que les intervalles d'air d 2 entre la première et la seconde lentille et d 4 entre la seconde et la troisième len- tille satisfont aux relations suivantes: 0,065 (d 2 +d 4)/f 0,120 0, 85 est remplie. 4 Objectif d'analyse selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la condition 1,240 est remplie. Objectif d'analyse selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la condition 1,260 f 3/f S 1 300 est remplie. 6 Objectif d'analyse selon la revendication 1, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la condition 1,280 fl/f 3 est remplie. 7 Objectif d'analyse selon la revendication 1, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la condition 1,295 fl/f 3 1,365 est remplie. 8 Objectif d'analyse selon la revendication 1 ou 3 à 7, caractérisé en ce que la condition 1,680 fl/f 1,820 est remplie - 9 Objectif d'analyse selon la revendication I ou 3 à 7, caractérisé en ce que la condition 1,710 fl/f 1,800 est remplie. Objectif d'analyse selon la revendication I ou 3 à 7, caractérisé en ce que la condition 1,720 c fl/f 1,795 est remplie. 11 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la condition 1,5 5 d 2/d 4 est remplie. 12 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications I à 10, caractérisé en ce que la coidition 2,0 est remplie. 13 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 ou 11, 12, caractérisé en ce que la con- dition 1,600 f 11/f revendications I à 13, caractérisé en ce que les-rayons rl r 4 satisfont à la condition 1,2 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, carac-térisé en ce que les rayons rl r 4 satisfont à la condition 1,3 5 Ir 1 l lr 4 l 5,5 f 16 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les rayons rl à r 4 satisfont à la condition 1,4 Irli lr 41 4,5 f. 17 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendic ations 1 à 16, caractérisé en ce que le rayon r 5 satisfait à la condition 0,6 1 r 51 0,95 f. 18 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications I à 16, caractérisé en ce que le rayon r 5 satisfait à la condition 0,75 5 r S 5 0,88. 19 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le rayon r 5 satisfait à la condition r 5 = ( 0,82 + 0,025)f. 20 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que le rayon r 2 satisfait à la condition 1 r 21 2,8 f. 21 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les valeurs absolues des rayons de courbure des deux surfaces de la première lentille sont à peu près égales. 22 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que le bord de la première surface (r 3) de la seconde lentille ( 2) s'applique contre la seconde surface Cr 2) de lapremière lentille ( 1). 23 Objectif d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que la plaque ( 4) à faces parallèles intervient dans la correction.