Brevet FR2682777A1 — publié le 19930423

La présente invention concerne de façon générale un objectif zoom qui peut être utilisé avec des appareils de prise de vues de petite dimension et qui présentent de plus faibles contraintes au foyer image que les appareils de prise de vues reflex à un seul objectif Plus précisément, la présente invention concerne un objectif zoom qui donne un rapport élevé de variation de distance focale supérieur ou égal à 2,5. On connaît déjà divers types d'objectifs zooms destinés à des appareils de prise de vues de faible encom- brement Les objectifs zooms qui comportent au moins trois groupes de lentilles, avec un rapport de distances focales dépassant 2, sont classés de la manière suivante. (i) Les objectifs zooms à quatre groupes de len- tilles (groupes convergent, divergent, convergent et divergent), avec un diaphragme placé entre le second et le troisième groupe, tous les groupes étant déplacés indépen- damment les uns des autres vers l'objet (ce type comprend un objectif dans lequel certains des quatre groupes sont associés) Des exemples de tels objectifs zooms sont décrits dans les demandes de brevet japonais mises à l'inspection publique no Sho 63-43 115, 63-159 818 et 63-157 120. (ii) Les objectifs zooms à trois groupes de len- tilles (groupes convergent, convergent et divergent), avec un diaphragme placé dans le second groupe, tous les groupes étant déplacés indépendamment les uns des autres vers l'objet Des exemples d'un tel objectif zoom sont décrits dans les demandes de brevet japonais mises à l'inspection publique N O Sho 63-153 511 et 63-161 423. (iii) Un objectif zoom à trois groupes de lentilles (groupes convergent, convergent et divergent) avec un diaphragme placé entre le second et le troisième groupe, tous les groupes étant déplacés vers l'objet (par exemple comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 978 204). (iv) Un objectif zoom pratiquement à quatre groupes qui a la même composition que l'objectif (ii) mais dans lequel le second groupe est divisé en un groupe avant et un groupe arrière qui sont mobiles indépendamment l'un de l'autre (voir l'exemple 3 du brevet des Etats- Unis d'Amé- rique N O 4 978 204). Les objectifs zooms classiques précités posent des problèmes Dans l'objectif (i), les quatre groupes de lentilles doivent être déplacés indépendamment si bien qu'on doit utiliser un grand nombre de cames; cependant, il est difficile au point de vue mécanique de loger ces cames dans le petit espace disponible pour les objectifs utilisés dans un appareil de prise de vues de petite dimension. Les objectifs (i) et (ii) nécessitent qu'un bloc obturateur utilisé aussi comme diaphragme soit placé entre le second et le troisième groupe (qui présente une détério- ration importante de performances due aux erreurs de fabrication) ou à l'intérieur du second groupe Dans ces conditions, il faut une grande précision pour le position- nement du bloc obturateur et, simultanément, il est diffi- cile d'assurer des performances optiques reproductibles puisque les performances de formation d'image sont forte- ment détériorées en présence de petites erreurs. En outre, le dernier groupe négatif d'un objectif zoom classique à trois ou quatre groupes a une vergence supérieure à celle des autres groupes De plus, il com- porte, dans l'ordre depuis le côté de l'objet, un élément convergent, un élément divergent et un élément divergent ou un élément convergent, un élément divergent et un élément convergent, pour la formation d'une composition à trois groupes et trois éléments ou à deux groupes et trois éléments Ainsi, un plus grand nombre d'éléments doit être utilisé, et chaque élément a une plus grande vergence et pose un problème car l'objectif dans son ensemble présente une détérioration importante de performances due aux erreurs de fabrication ou de montage ou à un grand décalage du foyer dû aux variations de température ou d'humidité. Ces phénomènes de détérioration des performances et de déplacement du foyer risquent de prendre de l'importance lorsque la longueur totale de l'objectif diminue. Une autre caractéristique des objectifs zooms de la technique antérieure est que, pour la correction des aberrations, on utilise un verre d'optique ayant un petit nombre d'Abbe dans le premier élément du dernier groupe alors que deux ou plusieurs éléments divergents de grande vergence sont placés dans la partie arrière; cependant, ceci augmente le nombre d'éléments constituants. La présente invention a été réalisée compte tenu des problèmes précités posés par la technique antérieure et elle a pour objet la réalisation d'un objectif zoom qui donne un rapport élevé de distances focales, supérieur ou égal à 2,5, qui a une faible longueur totale, qui est composé d'un nombre réduit d'éléments, et qui ne subit qu'une faible détérioration des performances due aux erreurs de fabrication ou de montage, ou qu'un moindre déplacement du foyer dû aux variations de température et d'humidité, et qui convient donc à un appareil de prise de vues de faible encombrement. L'invention atteint cet objet par réalisation d'un objectif zoom comprenant au moins trois groupes de len- tilles qui sont placés, dans l'ordre depuis le côté de l'objet, sous forme d'un premier groupe ayant une distance focale positive, d'un second groupe ayant une distance focale positive et d'un troisième groupe ayant une distance focale négative, et dans lequel, lors d'une variation de distance focale d'un grand angle àla configuration de téléobjectif, le premier, le second et le troisième groupe se déplacent vers l'objet d'une manière telle que la distance comprise entre le premier et le second groupe augmente alors que la distance comprise entre le second et le troisième groupe diminue, le troisième groupe compre- nant, dans l'ordre depuis le côté de l'objet, un élément ( 3 a) ayant une petite vergence et un autre élément ( 3 b) ayant une grande vergence négative, le troisième groupe ayant au moins une surface asphérique et remplissant les conditions suivantes (a), (b) et (c) (a) 0,2 troisième groupe. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: les figures 1, 5 et 9 sont des coupes simplifiées d'objectifs zooms selon les exemples 1, 2 et 3 respecti- vement, à l'extrémité de grand angle; et les figures 2 à 4, 6 à 8, et 10 à 12 représentent les courbes d'aberrations obtenues avec l'objectif zoom de l'exemple 1, 2 et 3 respectivement, chacune des figures étant composée de quatre graphiques dont le premier repré- sente la condition des sinus (SC) et l'aberration sphérique (SA), le second représente l'aberration chromatique pour les raies d, g et c, le troisième représente l'astigmatisme (S et M) et le quatrième la distorsion. On décrit maintenant des exemples de l'invention. Chacun des objectifs zooms des exemples est du type d'un téléobjectif qui comprend, dans l'ordre depuis le côté de l'objet, un premier groupe de lentilles ayant une distance focale positive, un second groupe de lentilles de vergence élevée ayant une distance focale positive, et un troisième groupe de lentilles ayant une distance focale négative. Le troisième groupe de lentilles, dans chaque objectif zoom, a une composition à deux éléments qui comprend, dans l'ordre depuis le côté de l'objet, un élément 3 a de faible vergence et un autre élément 3 b de faible vergence négative; il comporte au moins une surface asphérique et remplit les conditions suivantes (a) et (b) et il permet ainsi une réduction satisfaisante du nombre d'éléments et de la longueur totale de l'objectif (a) 0,2 troisième groupe. Si la limite supérieure de la condition (a) est dépassée, la charge optique de l'élément 3 a augmente à un point qui crée des difficultés pour l'obtention d'une correction efficace de l'astigmatisme et d'autres aberra- tions Si la limite inférieure de cette condition n'est pas atteinte, la vergence de l'élément convergent placé dans le dernier groupe divergent du côté le plus proche de l'objet augmente, et la vergence du groupe divergent de la partie arrière augmente en conséquence, si bien que la détériora- tion des performances due aux erreurs de fabrication ou de montage est accrue ou le décalage du foyer est accru lors des variations de température ou d'humidité. La condition (b) concerne la vergence de l'élément 3 b Si la limite supérieure de cette condition est dépas- sée, les difficultés de correction des aberrations sont considérables, à moins que le nombre d'éléments utilisés soit accru Si la limite inférieure de la condition (b) n'est pas atteinte, la divergence de l'élément 3 a augmente et crée des difficultés pour la correction de l'astimagtisme. La condition (c) doit être remplie pour que la correction des aberrations chromatiques soit efficace Si cette condition n'est pas remplie, il est difficile de corriger l'aberration chromatique latérale. L'élément 3 a a un petit diamètre et, en outre, sa vergence est limitée à une faible valeur par la condition (a) En conséquence, une surface asphérique est de préfé- rence incorporée à l'élément 3 a, et cette disposition est aussi avantageuse au point de vue de la fabrication. L'utilisation d'une surface asphérique dont le coefficient d'astigmatisme comprend un terme de sphéricité et un terme d'asphéricité ayant des signes opposés, est préférable au point de vue non seulement de la correction des aberrations mais aussi de la suppression des erreurs qui peuvent apparaître au cours de la fabrication de la surface asphérique En d'autres termes, il est préférable d'utiliser une surface asphérique qui remplit la condition suivante (d): (d) 1,0 est égale à 1,0), et AIIIASP est l'amplitude de la varia- tion du coefficient d'astigmatisme due à la surface asphé- rique du troisième groupe. La suite est une discussion supplémentaire relative à la variation du coefficient de l'aberration du troisième ordre due à une surface asphérique La configuration d'une surface asphérique peut être exprimée de façon générale par l'équation ( 1) suivante: x = lcy 2/( 1 + 1-( 11 + K)c 2 y 2)l+a 4 y 4 +a 6 y 6 +a 8 y 8 +al Oy 10 + x étant la distance d'écart des coordonnées du point de la surface asphérique auquel la hauteur par rapport à l'axe optique est égale à y dans le plan tangent au sommet de la surface asphérique, c étant la courbure ( 1/r) du sommet de la surface asphérique, K étant la constante de conicité, et a 4, a 6, a 8 et alt O étant les coefficients asphériques du quatrième, du sixième, du huitième et du dixième ordre respectivement. Le calcul de la distance focale sous forme f = 1,0, c'est-à-dire l'utilisation des grandeurs X = x/s, Y = y/s, C = fc, A 4 = f a 4, A 6 = f 5 a 6, A 8 = f a 8 et A 10 = f 9 al O dans l'équation ( 1) donne l'équation suivante ( 2): X = lCY 2/(l+/l-(l+K)C 2 y 2)l+A 4 Y 4 +A 6 Y 6 +A 8 Y 8 +A 10 Y 10 +. Le second terme et les termes suivants de l'équation ( 2) donnent la valeur de l'asphéricité et la relation entre le coefficient A 4 du second terme et le coefficient asphé- rique du troisième ordre est donnée par: = 8 (N'-N)A 4 N étant l'indice de réfraction du milieu avant la surface asphérique N' l'indice de réfraction du milieu après la surface asphérique. Le coefficient asphérique c donne les amplitudes suivantes de variation des coefficients d'aberration du troisième ordre qu'on peut obtenir d'après la théorie des aberrations: AI = h 40 AII = h 3 H AIII = h 2 H 2 AIV = h 22 H AV =h H 3 I étant le coefficient d'aberration sphérique, II étant le coefficient de coma, III étant le coefficient d'astig- matisme, IV étant le coefficient de courbure de champ sagittal, V étant le coefficient de distorsion, h étant la hauteur des rayons paraxiaux sur l'axe à l'endroit o ils passent à travers chaque surface de lentille, et H étant la hauteur des rayons paraxiaux désaxés passant par le centre de la pupille, à la hauteur à laquelle ils passent à travers chaque surface de lentille. Si la limite supérieure de la condition (d) est dépassée, les termes de sphéricité et d'asphéricité du coefficient d'astigmatisme prennent le même signe Si la limite inférieure de la condition (d) n'est pas atteinte, le coefficient d'astigmatisme du terme d'asphéricité devient si petit par rapport à celui du terme de sphéricité que l'efficacité de l'adoption d'une surface asphérique est réduite. Si l'élément 3 a du troisième groupe est formé d'une lentille de matière plastique ayant un nombre d'Abbe important et une faible vergence, le décalage du foyer qui pourrait se produire lors des variations de température ou d'humidité peut être supprimé Cette solution est avanta- geuse au point de vue de la rentabilité. Lorsqu'on utilise une lentille de matière plastique comme élément 3 a dans le troisième groupe, une lentille convergente de petite vergence est de préférence utilisée afin que le décalage du foyer qui pourrait se produire à la suite d'une variation de température ou d'humidité dans la monture de l'objectif soit évité. Les exemples 1 à 3 d'objectif zoom selon l'invention sont décrits dans la suite en référence à des tableaux dans lesquels r désigne le rayon de courbure d'une surface individuelle de lentille (en millimètres), N désigne l'indice de réfraction d'une lentille individuelle pour la raie d et V désigne le nombre d'Abbe d'une lentille indivi- duelle pour la raie d Dans tous les tableaux, a 4, a 6 et a 8 désignent les coefficients asphériques du quatrième, du sixième et du huitième ordre respectivement, et les réfé- rences de surface ayant un astérisque correspondent à des surfaces asphériques En outre, ON désigne l'ouverture numérique, f la distance focale, f B le foyer image, et 6 le demi-angle de vision (en degrés). Exemple 1 La figure 1 est une coupe simplifiée d'un objectif zoom de l'exemple 1, du côté des grands angles Les données particulières à cet exemple sont indiquées dans le tableau 1 Les courbes d'aberration obtenues avec cet objectif sont indiquées sur les figures 2, 3 et 4. Tableau 1 Surface n r 1 46,849 2 -120,146 3 22,585 4 -126,251 * 27,245 6 12,806 7 * 213,136 8 -12,198 9 * -22,397 -21,089 11 -12,899 12 -468,504 Cinquième surface K = O d 1,50 0,20 4,92 variable 2,50 1,41 6,88 variable 3,03 2,85 1,25 asphérique a 4 = -0,20748329 x 10-3 a 6 = -0, 26813269 x 10-5 a 8 = O Neuvième surface asphérique K = O n 1,83400 1,48749 1,83400 1,62299 1,48749 1,56907 Septième surface K = O a 4 = 0,22180924 a 6 = 0,31810508 a 8 = O v 37,2 , 2 37,2 58,1 ,2 71,3 asphérique x 10-3 x 10 a 4 = 0,50355359 x 10-4 a 6 = 0,10192653 x 10-6 a 8 = 0,53810163 x 10-9 Les valeurs de ON, f, f B, 6, d 4 et d 8 varient avec la variation de la distance focale comme l'indique le tableau 2 qui suit. ON f f B e d 4 d 8 Tableau 2 3,8 5,4 37,99 60,00 8,50 24,29 29,2 19,4 2,00 8,36 14,60 8,24 8,2 102,00 53,68 11,8 13,60 3,00 Exemple 2 La figure 5 est une coupe simplifiée de l'objectif zoom de l'exemple 2 du côté des grands angles Les résul- tats propres à cet exemple sont indiqués dans le tableau 3.5 Les courbes d'aberration obtenues avec cet objectif sont indiquées sur les figures 6, 7 et 8. Tableau 3 Surface n r d 1 40,624 1,51 2 -131,101 0,21 3 24,074 4,1 4 74,799 varial * 28,844 2,5 ' 6 13,447 1,6 7 * 661,131 6,6. 8 -12,410 varial 9 * -23,000 3,1 -20,448 3,0: 11 -12,060 1,41 12 -101,186 Cinquième surface asphériqu, K= O a 4 = -0,17966510 x 103 a 6 = -0,19844449 x 10 a 8 = 0,12125023 x 10- Neuvième surface asphérique K= O a 4 = 0,78007555 x 10-4 a 6 = 0,17348425 x 10-6 a 8 = 0,15729598 x 10-8 Les valeurs de ON, la variation de la distanci tableau 4 qui suit. 0 o ble ble e n 1,83400 1,48749 1,73077 1,58913 1,49176 1,64000 v 37,2 ,2 ,5 61,2 57,4 ,1 Septième surface asphérique K = O a 4 = 0, 15361650 x 10-3 a 6 = 0,26760264 x 10 a 8 O f, f B, 8, d 4 et d 8 varient avec ae focale comme indiqué dans le ON f f B d 4 d 8 Tableau 4 3,6 5,2 38,00 60,00 8,59 24,58 29,1 19,4 2,00 7,78 13,89 8,11 8,2 102,00 54,67 11,9 12,39 3,50 Exemple 3 La figure 9 est une coupe simplifiée de l'objectif zoom de l'exemple 3 du côté des grands angles Les données particulières à cet exemple sont indiquées dans le tableau Les courbes d'aberration obtenues avec cet objectif sont indiquées sur les figures 10, 11 et 12. Tableau 5 Surface n r d 1 47,431 1,50 2 -656,466 0,20 3 22,259 3,92 4 -193,075 variable * 31,683 2,50 6 * 12,063 1,00 7 36,333 7,50 8 -13,056 variable 9 * -23,000 2,97 -30,680 2,94 11 -14,596 1,40 12 -329,137 Cinquième surface asphérique K = O a 4 = -0,42114860 x 10-3 a 6 = -0,90193505 x 10-6 a 8 O Neuvième surface asphérique K= O a 4 = 0,38145979 x 10-4 a 6 = 0,20084770 x 10-7 a 8 = 0,27896596 x 10- 9 n 1,83400 1,58913 1,73077 1,58913 1,48749 1,56907 v 37,2 61,2 ,5 61,2 ,2 71,3 Sixième surface asphérique K = O a 4 = 0, 45457599 x 10-3 4 -5 a 6 = 0,22145289 x 10 a 8 = O Les valeurs de ON, f, f B, 0, d 4 et d 8 varient avec la variation de la distance focale comme l'indique le tableau 6 qui suit. Tableau 6 ON 3,6 5,2 8,1 f 38,00 60,00 102,00 f B 8,50 24,62 54,90 e 29,1 19,5 11,9 d 4 2,00 7,81 12,47 d 8 13,97 8,16 3,50 Le tableau 7 indique des valeurs qui remplissent les conditions (a) à (d) dans les exemples 1 à 3. Tableau 7 Condition f 3/f 3 a f 3/f 3 b v 3 aIIISP/AIIIASP Ex 1 0,056 1,02 70,2 0,22 Ex 2 0,085 1,05 57,4 0,26 Ex 3 0,11 0,85 70,2 0,36 Comme décrit dans les pages qui précèdent, l'objec- tif zoom selon l'invention a une disposition aussi simple que celle d'une composition à trois groupes et cependant, grâce aux caractéristiques particulières de la disposition des éléments du troisième groupe et à leur configuration, le rapport de variation de la distance focale peut avoir une valeur aussi élevée que 2,5 ou plus avec réduction de la longueur totale de l'objectif et utilisation d'un petit nombre d'éléments constituants En outre, la détérioration des performances dues aux erreurs de fabrication et de montage est supprimée de même que le décalage du foyer dû aux variations de température et d'humidité En consé- quence, l'invention concerne un objectif zoom du type d'un téléobjectif qui convient à un appareil de prise de vues de faible encombrement. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux objectifs zooms qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Objectif zoom comprenant au moins trois groupes de lentilles qui sont placés, dans l'ordre depuis le côté de l'objet, sous forme d'un premier groupe ayant une distance focale positive, d'un second groupe ayant une distance focale positive et d'un troisième groupe ayant une distance focale négative, caractérisé en ce que, lors d'une variation de distance focale d'un grand angle àla configu- ration de téléobjectif, le premier, le second et le troi- sième groupe se déplacent vers l'objet d'une manière telle que la distance comprise entre le premier et le second groupe augmente alors que la distance comprise entre le second et le troisième groupe diminue, le troisième groupe comprenant, dans l'ordre depuis le côté de l'objet, un élément ( 3 a) ayant une petite vergence et un autre élément ( 3 b) ayant une grande vergence négative, le troisième groupe ayant au moins une surface asphérique et remplissant les conditions suivantes (a), (b) et (c) (a) 0,2 troisième groupe. 2 Objectif zoom selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'élément de lentille ( 3 a) du troisième groupe a une surface asphérique. 3 Objectif zoom selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la surface asphérique remplit la condition suivante (d): (d) 1,0 est égale à 1,0), et àIIIASP est l'amplitude de la varia- tion du coefficient d'astigmatisme due à la surface asphé- rique du troisième groupe. 4 Objectif zoom selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'élément ( 3 a) du troisième groupe est formé de matière plastique et a au moins une surface asphérique. Objectif zoom selon la revendication 4, caracté- risé en ce que l'élément ( 3 a) du troisième groupe est une lentille convergente de petite vergence.