Brevet FR2674640A1 — publié le 19921002

La présente invention concerne un système de lentilles à focale variable (zoom) et, plus particulièrement, un système de lentilles à focale variable en deux groupes destiné à un dispo- sitif de réglage de focale motorisé. Les systèmes de lentilles à focale variable normalisés qui couvrent une distance focale allant de l'extrémité grand-angle à une extrémité que l'on pourrait appeler petit téléobjectif sont généralement constitués de deux groupes de lentilles, un premier groupe de lentilles à vergence négative et un deuxième groupe de lentille à vergence positive, disposés dans cet ordre depuis le côté objet Dans ces systèmes de lentilles normalisés, le diaphragme est habituellement placé en avant du deuxième groupe de lentilles ou bien à l'intérieur de celui- ci, de façon à se déplacer en même temps que le deuxième groupe de lentilles lors de la variation de la focale (effet de zoom). Ces systèmes classiques de lentilles à focale variable sont quelquefois conçus sous la forme d'objectifs à focale varia- ble motorisés, qui comportent un moteur d'entraînement des lentil- les intégré au barillet d'objectif et servant à effectuer l'effet de zoom Toutefois, dans ce cas, le moteur se trouve inévi- tablement placé à l'extérieur du diaphragme, ce qui augmente le diamètre du barillet d'objectif. La demande de brevet japonais publié sans examen o n 266 511/1987 décrit un système de lentilles à focale variable destiné à être utilisé avec des caméras vidéo, qui possède un diaphragme fixe placé entre les premier et deuxième groupes de lentilles Toutefois, ce système de lentilles utilisant un diaphragme fixe a pour inconvénient que des "rayons de lumière parasite" sont produits lors de l'effet de zoom. L'invention a été réalisée pour faire face aux circons- tances ci-dessus indiquées et son but est de produire un système de lentilles à focale variable dans lequel le diaphragme est disposé en une position appropriée, de façon que la compacité du barillet d'objectif ne soit pas affectée même lorsqu'un moteur est incorporé dans le système de lentilles à focale variable, ce système étant en outre en mesure d'empêcher l'apparition de "rayons de lumière parasite". Les buts ci-dessus énoncés ainsi que d'autres buts sont obtenus à l'aide d'un système de lentilles à focale variable comprenant, dans cet ordre depuis le côté objet, un premier groupe de lentilles à vergence négative, un diaphragme, un deuxième groupe de lentille à vergence positive, et un moyen de blocage servant à arrêter les "rayons de lumière parasite", lesdits premier et deuxième groupes de lentilles pouvant être déplacés pour réaliser l'effet de zoom, ledit diaphragme se déplaçant indépendamment dudit deuxième groupe de lentilles pendant l'effet de zoom, et o les conditions suivantes sont satisfaites: ( 1) 2,5 deuxième groupe de lentilles. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le système de lentilles à focale variable comprend, dans cet ordre depuis le côté objet, un premier groupe de lentilles à vergence négative, un premier moyen de blocage servant à arrêter les "rayons de lumière parasite", un deuxième groupe de lentilles à vergence positive, et un deuxième moyen de blocage servant à arrêter les "rayons de lumière parasite", ledit système réalisant la variation de focale par déplacement desdits premier et deuxième groupes de lentilles, ledit premier moyen de blocage se déplaçant indépendamment dudit deuxième groupe de lentilles pendant la variation de focale, ledit système satisfaisant les conditions suivantes: ( 2) O et, ou bien, deuxième moyens de blocage peuvent se déplacer ensem- ble. On emploie l'expression "rayons de lumière parasite" pour désigner à la fois la lumière parasite relative à l'aberration de coma des rayons lumineux normaux associés à la formation d'une image et la lumière parasite proprement dite qui est réfléchie au niveau des parties marginales des éléments de lentille et du barillet d'objectif et qui parviennent dans le plan focal. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est un schéma simplifié montrant la structure de base du système de lentilles à focale variable selon l'invention; la figure 2 est une vue en section droite simplifiée du système de lentilles selon un premier exemple correspondant à l'extrémité grand-angle (courte focale); les figures 3 A à 3 D sont un ensemble de graphes représen- tant les courbes d'aberration obtenues avec le système de lentilles de la figure 2 pour l'extrémité grand-angle; la figure 4 est une vue en section droite simplifiée du système de lentilles de la figure 2 pour la position angulaire moyenne (focale normale); les figures 5 A à 5 D sont un ensemble de graphes repré- sentant les courbes d'aberration obtenues avec le système de lentilles de la-figure 2-pour la position angulaire moyenne; la figure 6 est une vue en section droite simplifiée du système de lentilles de la figure 2 pour l'extrémité à petit angle de champ (longue focale); les figures 7 A à 7 D sont un ensemble de graphes représen- tant les courbes d'aberration obtenues avec le système de lentilles de la figure 6 pour l'extrémité à petit angle de champ; la figure 8 est une vue en section droite simplifiée du système de lentilles selon un deuxième exemple pour l'extrémité grand-angle; les figures 9 A à 9 D sont un ensemble de graphes représen- tant les courbes d'aberration obtenues avec le système de lentilles de la figure 8 pour l'extrémité grand-angle; la figure 10 est une vue en section droite simplifiée du système de lentilles de la figure 8 pour la position angulaire moyenne; les figures 11 A à 11 D sont un ensemble de graphes repré- sentant les courbes d'aberration obtenues avec le système de lentilles de la figure 10 pour la position angulaire moyenne; la figure 12 est une vue en section droite simplifiée du système de lentilles de la figure 8 pour l'extrémité à petit angle de champ; et les figures 13 A à 13 D sont un ensemble de graphes repré- sentant les courbes d'aberration obtenues avec le système de lentilles de la figure 12 pour l'extrémité à petit angle de champ. Comme on peut le voir sur la figure 1, le système de lentilles à focale variable selon l'invention comprend, dans cet ordre depuis le côté objet, un premier groupe N de lentilles à vergence négative, un diaphragme A, un deuxième groupe P de lentilles à vergence positive, et un moyen de blocage B servant à arrêter les rayons de lumière parasite Un moteur de variation de focale, intégré au barillet d'objectif, entraîne les deux groupes de lentilles N et P, ainsi que le diaphragme A et le moyen de blocage B, pour réaliser l'effet de zoom De manière facultative, un élément de lentille de faible puissance peut être prévu en association avec chacun des éléments diaphragme A et moyen de blocage B, comme indique par des lignes en trait interrompu sur la figure 1, de façon qu'ils puissent respectivement se déplacer ensemble. Le système de lentilles à focale variable selon l'inven- tion satisfait en outre les conditions suivantes: ( 1) 2,5 deuxième groupe de lentilles. La condition ( 1) exprime la distance Xs du diaphragme A au plan image en fonction de son rapport relatif à la distance focale fs Si la limite inférieure de cette condition n'est pas atteinte, le diaphragme A est placé si près du plan image que ceci amène des difficultés considérables pour incorporer un moteur d'entraînement Si la limite supérieure de la condition ( 1) est dépassée, le diaphragme est alors placé, pour l'extrémité grand- angle, si près de l'objet que le diamètre du deuxième groupe de lentilles B augmente. La condition ( 2) exprime la relation entre les intervalles de déplacement du diaphragme A et du deuxième groupe de lentilles P Si la limite inférieure de cette condition n'est pas atteinte, la distance entre le diaphragme A et le deuxième groupe de lentilles P devient excessive, ce qui augmente la quantité de rayons de lumière parasite qui sont produits sur l'intervalle allant de l'extrémité grand-angle à la position angulaire moyenne. Il faut noter que l'on peut arrêter plus efficacement les rayons de lumière parasite en réglant le diaphragme de façon à avoir un plus petit diamètre d'ouverture pour l'extrémité grand-angle Si AXA/fs est supérieur à AX 2/fs, le diaphragme est placé si près du plan image que ceci eintraîne des difficultés considérables pour incorporer un moteur d'entraînement. IL faut que la condition ( 3) soit satisfaite pour que soient arrêtés tous Les rayons de lumière parasite qui apparaissent dans l'intervalle allant de la position angulaire moyenne à l'ex- trémité correspondant au petit angle de champ Si la limite infé- rieure de cette condition n'est pas atteinte, l'ouverture du moyen de blocage B voit son diamètre augmenter pour assurer l'entrée d'une quantité nécessaire de lumière pour l'angle de champ maximal existant à l'extrémité grand-angle, et il devient alors impossible d'arrêter les rayons de lumière parasite Si AXB/fs dépasse AX 2/fs, le moyen de blocage B ne fonctionne pas de manière effi- cace. Si la construction le permet, on peut rendre variable Le diamètre de L'ouverture du moyen de blocage B, et ceci aide généra- Lement à réaliser un blocage plus efficace des rayons de Lumière parasite qui se créént sur L'interva L Le allant de la position angulaire moyenne jusqu'à L'extrémité correspondant au petit angle de champ De plus, on peut réa Liser un dessin structure L simple en faisant en sorte que le diaphragme A et Le moyen de b Locage B se déplacent ensemble. Exemple 1 La figure 2 est une vue en section droite simp Lifiée d'un système de Lentilles à focale variable (à effet de zoom) selon un premier exemp Le (que l'on appellera Exemp Le 1) pour l'extrémité grand-angle, et les figures 3 A à 3 D sont un ensemble de graphes représentant Les courbes d'aberration obtenues avec ce système de Lentilles Les données numériques spécifiques correspondant au système de lenti L Les sont données dans les tableaux 1 et 2, o r désigne le rayon de courbure, d est la distance entre Les surfaces d'une lentilles, N est l'indice de réfraction, v est Le nombre d'Abbe, F No est l'ouverture numérique, f est la distance focale,, est le demi-angle de champ, et f B est la distance focale postérieure, c'est-à-dire le tirage optique image. Tableau 1 o Surface N r d N v 1 1000,000 2,88 1,72000 46,0 2 -297,746 0,10 - 3 106,695 1,93 1,83400 37,2 4 23,311 7,08 - 339,964 1,60 1,77250 49,6 6 42,302 2,93 - 7 36,155 4,70 1,80518 25,4 8 174,306 variable - 9 47,094 4,30 1,67003 47,3 -96,861 0,10 - 11 20,394 5,57 1,51454 54,7 12 352,297 0,70 - 13 -145,314 8,59 1,80518 25,4 14 18,530 3,30 - 151,526 3,20 1,56732 42,8 16 -35,485 Tableau 2 F No 1:3,7 1:4,6 1:4,9 f 28,90 52,00 77,60 w 38,2 22,7 15,5 fb 43,50 56,40 76,20 d 8 47,40 16,74 4,08 - La figure 4 est une vue en section droite simplifiée du système de lentilles de la figure 2 pour la position angulaire moyenne, et les figures 5 A à 5 D sont un ensemble de graphes représentant les courbes d'aberration obtenues avec ce système de lentilles La figure 6 est une vue en section droite simplifiée de ce même système de lentilles pour l'extrémité correspondant au petit angle de champ, et les figures 7 A à 7 D sont un ensemble de graphes représentant les courbes d'aberration obtenues avec ce système de lentilles. Le système de lentilles de l'Exemple 1 a une structure telle que le diaphragme A et le moyen de blocage B se déplacent ensemble, fs, Xs, AXA, AXB et AX 2 étant respectivement fixés de manière à satisfaire les conditions indiquées dans le tableau 3 ci- après. Tableau 3 Condition Valeur Xs/fs 2,72 1 AXA/fs 1,13 AXB/fs 1,13 AX 2/fs 1,40 Avec le système de lentilles de l'Exemple 1, la distance (d A) entre le diaphragme A et le groupe de lentilles positives P, le rayon effectif (UHA) de l'ouverture du diaphragme A, la distance (d B) entre le groupe de lentilles positives P et le moyen de blocage B, et le rayon effectif (UHB) de l'ouverture du moyen de blocage B ont été fixés aux valeurs données dans le tableau 4 ci- après pour trois distances focales différentes, à savoir l'extrémité grand-angle (S), la position angulaire moyenne (M) et l'extrémité à petit ang L de champ (L). Tableau 4 S M L d A 8,78 2,53 1,10 UHA 8,50 9,30 11,30 d B 0,50 6,75 8,18 UHB 9,08 9,08 9,08 Exemple 2 La figure 8 est une vue en section droite simplifiée d'un système de lentilles à focale variable selon un deuxième mode de réalisation (Exemple 2) pour l'extrémité grand-angle, et les figures 9 A à 9 D sont un ensemble de graphes représentant les courbes d'aberration obtenues avec ce système de lentilles Les données numériques spécifiques de ce système de lentilles sont données dans les tableaux 5 et 6. Tableau 5 Surface n r d N 1 316,353 3,45 1,66755 41,9 2 -437,002 0,15 3 135,689 1,93 1,83400 37,2 Tableau 5 (suite) Surface N r d N v 4 24,315 7,18 - 472,971 1,60 1,77250 49,6 6 43,829 3,02 - 7 38,031 4,91 1,80518 25,4 8 224,796 variable - 9 45,404 4,18 1,72000 46,0 -116,446 0,10 - 11 20,504 5,02 1,51821 65,0 12 108,596 0,95 - 13 -220,216 8,59 1,80518 25,4 14 18,632 3,30 - 151,515 3,19 1,57501 41,5 16 -35,208 Tableau 6 F No 1:3,7 1:4,6 1:4,9 f 28,90 52,00 77,60 38,5 22,7 15,5 fb 43,47 55,88 69,64 d 8 47,38 16,12 3,22 La figure 10 est une vue en section droite simplifiée du système de lentilles de la figure 8 pour la position angulaire moyenne, et les figures 11 A à 11 D sont un ensemble de graphes représentant les courbes d'aberration obtenues avec ce système de lentilles La figure 12 est une vue en section droite simplifiée de ce même système de lentilles pour l'extrémité à petit angle de champ, et les figures 13 A à 13 D sont un ensemble de graphes 1 il représentant les courbes d'aberration obtenues avec ce système de lentilles. Le système de lentilles de l'Exemple 2 possède une structure telle que le diaphragme A et le moyen de blocage B se déplacent indépendamment l'un de l'autre, fs, Xs, AXA, AXB et AX 2 étant respectivement fixés de façon à satisfaire les conditions indiquées dans le tableau 7 ci-après. " Tableau 7 Condition Valeur Xs/fs 2,60 AXA/fs 1,08 MXB/fs 0,91 AX 2/fs 1,38 Avec le système de lentilles de l'Exemple 2, la distance (d A) entre le diaphragme A et le groupe de lentilles positives P, le rayon effectif (UHA) de l'ouverture du diaphragme A, la distance (d B) entre le groupe de lentilles positives P et le moyen de blocage B et le rayon effectif (UHB) de l'ouverture du moyen de blocage B sont fixés aux valeurs indiquées dans le tableau 8 ci-dessous pour trois distances focales différentes, à savoir l'extrémité grand-angle (S), la position angulaire moyenne (M) et l'extrémité à petit angle de champ (L). Tableau 8 S M L d A 9,13 5,08 0,60 UHA 8,42 8,97 11,30 d B 0,50 6,98 14,159 UHB 8,90 8,90 8,90 Comme décrit en détail ci-dessus, l'invention produit un système de lentilles à focale variable dans lequel un moteur d'entraînement de lentilles peut être incorporé sans gêner le diaphragme, et qui est néanmoins en mesure de réduire la quantité de rayons de lumière parasite. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du système dont la description vient d'être donnée simple- ment illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Système de lentilles à focale variable, caractérisé en ce qu'il comprend, dans cet ordre depuis le côté objet, un premier groupe (N) de lentilles à vergence négative, un diaphragme (A), un deuxième groupe (P) de lentilles à vergence positive, et un moyen de blocage (B) servant à arrêter les rayons de lumière parasite, ledit système faisant varier la focale par déplacement desdits premier et deuxième groupes de lentilles, ledit diaphragme se déplaçant indépendamment dudit deuxième groupe de lentilles pendant la variation de focale, ledit système satisfaisant les conditions suivantes: ( 1) 2,5 deuxième groupe de lentilles. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de blocage se déplace indépendamment dudit deuxième groupe de lentilles pendant la variation de focale. 3 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de blocage ne comporte pas d'éLément de Lenti L Le, mais est simplement constitué par un cadre réalisant un effet de blocage. 4 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de blocage comporte un éLément de lentille de faible puissance. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre d'ouverture dudit diaphragme augmente pendant la variation de focale faisant aller de l'extrémité grand-angle en direction de l'extrémité à petit angle de champ. 6 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre d'ouverture dudit moyen de blocage varie pendant la variation de focale. 7 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit diaphragme se déplace en même temps qu'un élément de lentille à faible puissance. 8 Système selon la revendication 2, o ledit diaphragme et ledit moyen de blocage se déplacent ensemble. 9 Système de lentilles à focale variable, caractérisé en ce qu'il comprend, dans cet ordre depuis le côté objet, un premier groupe (N) de lentilles à vergence négative, un premier moyen de blocage (B) servant à arrêter les rayons de lumière parasite, un deuxième groupe (P) de lentilles à vergence positive, et un deuxième moyen de blocage (B) servant à arrêter les rayons de lumière parasite, ledit système réalisant la variation de focale par déplacement desdits premier et deuxième groupes de lentilles, ledit premier moyen de blocage se déplaçant indépendamment dudit deuxième groupe de lentilles pendant la variation de focale, ledit système satisfaisant les conditions suivantes: ( 2) O groupe de lentilles. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen de blocage ne comporte pas d'élément de lentille, mais est simplement constitué d'un cadre assurant un effet de blocage. 11 Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen de blocage comporte un éLément de lentille de faible puissance. 12 Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le diamètre d'ouverture dudit premier moyen de blocage et, ou bien, celui du deuxième moyen de blocage augmentent pendant la variation de focale qui va de l'extrémité grand-angle en direction de l'extrémité à petit angle de champ. 13 Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le diamètre d'ouverture dudit deuxième moyen de blocage varie lors de la variation de focale. 14 Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits premier et, ou bien, deuxième moyens de blocage se déplacent en même temps qu'un éLément de lentille de faible puis- sance. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits premier et, ou bien, deuxième moyens de blocage se déplacent ensemble.