Brevet FR2668837A1 — publié le 19920507

"Dispositif d'objectif anamorphoseur à longueur focale variable" La présente invention concerne un dispositif d'objectif à longueur focale variable, qui est conçu pour élargir le champ objet horizontal à partir d'un format image standard. Cet objectif est susceptible d'être employé pour la réalisation de prises de vue destinées à être transmises par télévision, et correspondant au standard HDTV 16/9, à l'aide de caméras équipées d'un système tritube ou tri-CCD, pour un transfert d'image sur des récepteurs répondant au standard classique 4/3. A cet effet, le dispositif en cause comporte un système anamorphoseur assurant la transformation du champ objet au standard 16/9 en un champ image au standard 4/3. Pour le cinémascope, on emploie déjà des objectifs aptes à transformer un champ objet en un champ image resseré dans le sens horizontal, et ce dans un rapport 1/2. Dans ce but, ces objectifs sont équipés d'un système anamorphoseur, généralement situé à l'arrière de l'objectif, donc dans une partie de l'objectif où l'image focalisée est de bonne qualité. Cependant, dans le cas d'une caméra de télévision tri-tube ou tri-CCD, il existe un problème particulier. En effet, du fait de la traversée de verre du système séparateur interne, l'image présente de fortes aberrations à la sortie de l'objectif, donc à l'entrée du séparateur. En conséquence, un système anamorphoseur interposé à ce niveau ne peut pas donner une image de bonne qualité. Dans le domaine de la cinématographie, il a également été proposé des objectifs anamorphoseurs à longueur focale variable dans lesquels le système anamorphoseur est interposé entre un groupe frontal de lentilles de focalisation qui est afocal et un groupe de lentilles assurant la variation de la longueur focale de l'ensemble. Le brevet FR 2.207.289 décrit un objectif de ce genre dans lequel un système anamorphoseur est divisé en deux groupes de lentilles cylindriques dont un groupe est mobile pour participer à la mise au point lors d'une variation de longueur focale.Cependant la conception de cet objectif est telle que cette mise au point nécessite le déplacement concomitant, suivant des lois différentes, de trois parties distinctes, en l'occurrence l'une des deux parties déjà mentionnées du système anamorphoseur, une partie du groupe avant afocal et l'élément avant du groupe de lentilles assurant la variation de longueur focale variable. Une telle solution entraîne donc une complication des systèmes de commande qui sont nécessaires pour assurer la mise au point. Par ailleurs, cette solution a également pour inconvénient qu'un grand nombre de lentilles se trouvent ainsi situées en avant du système de variation de focale. Or il s'agit de lentilles de grandes dimensions dans le cas d'un objectif possédant un grand champ angulaire. C'est pourquoi la présente invention a pour but de réaliser un objectif anamorphoseur à longueur focale variable qui est spécialement conçu pour le problème exposé précédemment et qui, tout en comportant un système simplifié de commande de mise au point, est en mesure d'assurer l'obtention d'une image de très bonne qualité en augmentant le champ de l'objectif tout en conservant son ouverture. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif du type en cause caractérisé en ce que - le système anamorphoseur est disposé à l'avant de toutes les autres lentilles de l'objectif et il est constitué par un groupe afocal de trois lentilles cylindriques dont seule la lentille intermédiaire est mobile et est en mesure d'assurer, par son déplacement, la re-focalisation des deux directions perpendiculaires, tout en conservant un rapport d'anamorphose constant dans une fourchette de + à - 5%, et ce pour toutes les distances de mise au point de l'objectif, - cette lentille intermédiaire mobile est couplée avec l'élément de mise au point de l'objectif par l'intermédiaire d'un système, mécanique ou autre, assurant un déplacement concomitant approprié de cette lentille en fonction de celui imparti à l'élément de mise au point, - les trois lentilles du système anamorphoseur répondent aux relations suivantes f'1 1 fl 3 f'1 étant la distance focale de la lentille frontale du système anamorphoseur, f'2 la distance focale de sa lentille intermédiaire mobile, f'3 celle de sa lentille arrière, cependant que e désigne l'entreverre entre les deux premières lentilles. Etant donné que le système anamorphoseur est disposé à l'avant, il se trouve placé en un endroit ou une correction optique est bonne. Dans ces conditions, il suffit d'anamorphoser la dimension horizontale du champ objet de manière à diminuer le champ image dans le rapport voulu. De plus, la disposition du système anamorphoseur en avant de l'objectif a l'avantage d'utiliser tout le champ utile de l'objectif de base, donc de conserver les performances de grand angulaire de l'objectif de base. Selon une autre caractéristique du système anamorphoseur prévu dans le présent dispositif, la lentille intermédiaire mobile de ce système consiste en une lentille cylindrique bi-concave, cependant que la lentille frontale fixe de ce système est constituée par une lentille cylindrique ménisque divergente et que la lentille arrière consiste en une lentille cylindrique biconvexe convergente. Cependant d'autres particularités et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un exemple de réalisation de celuici. Cette description est donnée en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe horizontale d'un dispositif selon l'invention, représenté pour une mise au point à l'infini. La figure 2 est une vue correspondante en coupe verticale. Les figures 3 et 4 sont des vues correspondantes représentant ce même objectif pour une mise au point à un mètre. L'objectif représenté comporte quatre groupes distincts de lentilles, désignés respectivement par les références I, II, III et IV. Le groupe IV est un objectif primaire fixe, cependant que le groupe III constitue le groupe variateur de la longueur focale de l'ensemble, ce groupe comportant deux éléments divergents IIIa et IIIb. Pour sa part, le groupe II est convergent et constitue l'élément mobile de focalisation de l'objectif. Enfin, le groupe frontal I constitue le système anamorphoseur du présent objectif. Ce système comprend trois lentilles, à savoir en allant de l'avant vers l'arrière : une première lentille 1 cylindrique ménisque divergente, une seconde lentille cylindrique bi-concave et une troisième lentille 3 cylindrique bi-convexe convergente Ce système anamorphoseur constitue un groupe afocal dans lequel les trois lentilles 1, 2 et 3 répondent aux relations suivantes 1 1 0 f'3 f'l étant la distance focale de la lentille frontale du système anamorphoseur, f'2 la distance focale de sa lentille intermédiaire mobile, f'3 celle de sa lentille arrière, cependant que e désigne la distance entre les deux premières lentilles. Dans le présent système anamorphoseur, seule la lentille intermédiaire 2 est mobile, les deux autres lentilles 1 et 3 étant fixes. Cette lentille mobile 2 est destinée à assurer à elle seule, par ses déplacements, la re-focalisation dans les deux directions perpendiculaires lors d'une variation de longueur focale. A cet effet, cette lentille est couplée avec le groupe II de mise au point de l'objectif, et ce par l'intermédiaire d'un système, mécanique ou autre, assurant un déplacement voulu de cette lentille en fonction de celui imparti au groupe II. Ce système doit donc être en mesure de respecter les lois de déplacement de la lentille 2 en fonction des déplacements du groupe II. Cette loi peut être formalisée par un polynôme du second degré, ou plus, et le déplacement voulu de la lentille peut être assuré mécaniquement par une came. Compte tenu de l'application particulière du présent objectif, le système anamorphoseur I est conçu pour anamorphoser la dimension horizontale du champ objet de manière à diminuer le champ image dans le rapport 4/3 divisé par 16/9 soit 4/3 x 9/16 = 3/4 = 0,75. En conséquence, ce système assure une réduction de la distance focale dans le sens horizontal dans le rapport 3/4, soit 0.75. Cependant ce système doit assurer ce même rapport d'anamorphose de 0.75, de même qu'une bonne qualité image, pour des distances objet variant de 1' oo à une certaine distance minimale D (D pouvant être de l'ordre de 0,8 M et même moins). Ceci implique que ce système devra assurer la même position de l'image intermédiaire pour toute direction d'exploration de la pupille d'entrée, en particulier pour les deux directions perpendiculaires où la puissance est la plus différente. Comme déjà indiqué, la lentille mobile 2 du système anamorphoseur est en mesure d'assurer une refocalisation dans les deux directions perpendiculaires. Elle doit donc réaliser la fixité de la focalisation de l'image quelque soit la direction d'exploration de la pupille. Cependant il faut également que la puissance de la lentille mobile 2 soit telle que le rapport d'anamorphose ne varie pas plus de + à - 5%. En effet, il s'agit là d'une variation infime qui n'est pas décelable à l'oeil. Le tableau 1 ci-après indique des valeurs prévues dans un exemple particulier du système anamorphoseur selon l'invention et de l'objectif à longueur focale variable auquel celui-ci est associé. I1 s'agit d'un objectif de grande ouverture et de grand champ, pour la télévision. L'ouverture de cet objectif peut atteindre F/1,4 et le champ jusqu'à 55C à l'horizontale. Le dispositif complet incorporant le système anamorphoseur conserve une ouverture maximum de F/1,4, cependant que le champ est augmenté jusqu'à 67C dans la direction horizontale. Dans le tableau 1, R'1, R'2, ... indiquent la valeur du rayon de courbure des faces avant et arrière de chacune des lentilles du dispositif anamorphoseur en allant de l'avant vers l'arrière, cependant que R1, R2... indiquent la valeur du rayon de courbure des faces avant et arrière des autres lentilles. TABLEAU 1 Dioptres Epaisseur matière cylindriques indice constrigence R 1 222.10 5.000 D13538 53,80 R' 2 89.30 1S.000 AIR R' 3 -1515.00 5.000 D13538 53.80 RJ 4 288.49 32.000 AIR R' 5 169.30 10.000 C20603 60,30 R' 6 -279.42 R 1 5674.00 13.000 AIR R 2 106.89 2.000 785261 R 3 176.65 3.000 AIR R 4 -152.97 10,000 497816 .200 AIR R 5 75.65 12.000 497816 R 6 -389.56 .200 AIR R 7 59.52 6.500 729547 R 8 132.06 .864 AIR R 9 60.46 1.000 772497 R 10 19.41 3.500 AIR R 11 -357.27 1.000 772497 R 12 38.97 4.300 AIR R 13 -17.73 1.000 772497 R 14 33.084.500 785261 R 15 -34.87 43.697 AIR R 16 -27.94 1.000 772497 R 17 33.93 3.300 847239 R 18 515.50 6.100 AIR R 19 -133.60 3.600 D17480 R 20 -36.47 .200 AIR R 21 166.50 4.700 523508 R 22 -41.82 .100 AIR R 23 96.82 7.400 487702 R 24 -28.14 1.400 883408 R 25 -206.30 32.300 AIR R 26 407.40 5.500 B16642 R 27 -43.30 .200 AIR R 28 -109.76 1.500 883408 R 29 33.79 8.800 B16642 R 30 -56.91 .200 AIR R 31 121.86 6.500 A87704 R 32 -35.05 1.500 883408 R 33 -122.93 .200 AIR R 34 76.76 5.500 C17551 R 35 -57.68 .000 AIR R 36 99999.99 33.000 603380 R 37 99999.99 14.000 B16642 R 38 99999.99 .000 AIR Le tableau 2 ci-après indique les écarts existant dans le rapport d'anamorphose vis à vis du rapport théorique d'anamorphose, et ce en fonction de la distance de mise au point. TABLEAU 2 Mise au point F = 9 F = 20 F = 40 F = 60 F = 90 F = 126 INFINI 0,7354 +1.95% 0,7447 +0.71% 0.7411 +1.19% 0.7400 +1.33% 0.7397 +1.38% 0.7398 +1.36% 10 M 0.7398 +1.36% 0.7479 +0.28% 0.7442 +0.77% 0.7432 +0.91% 0.7429 +0.94% 0.7430 +0.93% 5 M 0.7441 +0.78% 0.7510 -0.13% 0.7473 +0.36% 0.7464 +0.48% 0.7461 +0.52% 0.7463 +0.49% 3 M 0.7497 +0% 0.7550 -0.67% 0.7514 -0.19% 0.7505 -0.07% 0.7503 -0.04% 0.7506 -0.08% 1.5 M 0.7628 -1.71% 0.7647 -1.96% 0.7610 -1.47% 0.7603 -1.37% 0.7603 -1.37% 0.7608 -1.44% 1 M 0.7747 -3.29% 0.7736 -3.15 0.7700 -2.67% 0.7695 -2.60% 0.7697 -2.63% 0.7704 -2.72 0.8 M 0.7829 -4.39% 0.7798 -3.97% 0.7763 -3.51% 0.7758 -3.44% 0.7761 -3.48% 0.7770 -3.60% REVENDICATIONS 1. Dispositif d'objectif anamorphoseur à longueur focale variable, du type dans lequel le système anamorphoseur est placé devant les lentilles assurant la variation de focale et consiste en plusieurs lentilles cylindriques dont une au moins est mobile pour assurer la re-focalisation lors d'une variation de mise au point de l'objectif, caractérisé en ce que - le système anamorphoseur (I) est disposé à l'avant de toutes les autres lentilles de l'objectif et il est constitué par un groupe afocal de trois lentilles cylindriques (1,2,3) dont seule la lentille intermédiaire (2) est mobile et est en mesure d'assurer, par son déplacement, la re-focalisation des deux directions perpendiculaires, tout en conservant un rapport d'anamorphose constant dans une fourchette de + à - 5% et ce pour toutes les distances de mise au point de l'objectif, - cette lentille intermédiaire mobile (2) est couplée avec l'élément (II) de mise au point de l'objectif par l'intermédiaire d'un système, mécanique ou autre, assurant un déplacement concomitant approprié de cette lentille en fonction de celui imparti à l'élément de mise au point, - les trois lentilles du système anamorphoseur répondent aux relations suivantes : fl 1 o f'3 ( I f'1 1 f'1 étant la distance focale de la lentille frontale du système anamorphoseur, f'2 la distance focale de sa lentille intermédiaire mobile, f'3 celle de sa lentille arrière, cependant que e désigne la distance entre les deux premières lentilles. 2. Dispositif d'objectif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lentille intermédiaire mobile (2) du système anamorphoseur (I) consiste en une lentille cylindrique bi-concave, cependant que la lentille frontale fixe (1) de ce système est constituée par une lentille cylindrique ménisque divergente et que la lentille arrière (3) consiste en une lentille cylindrique bi-convexe convergente.