Brevet FR2729231A1 — publié le 19960712

SYSTEXE D'OBJECTIF POUR UN APPAREIL DE PRISE DE VUES A DISPOSITIF A COUPLAGE DE CHARGES DU TYPE A TETE SEPAREE L'invention concerne un système de téléobjectif et un système d'objectif de type standard d'un appareil de prise de vues à dispositif à couplage de charges (CCD) à tête séparée, utilisé pour un contrôle général. Le système d'objectif d'un appareil de prise de vues à dispositif CCD utilise de façon typique des lentilles facultatives telles que des lentilles télescopiques, des lentilles de grand angle d'observation, etc. Avec la technologie CCD, il est possible d'obtenir des images à haute définition. L'appareil de prise de vues CCD possède une monture pour lentilles servant à retenir les lentilles. Des montures typiques sont une monture C et une monture CS, les lentilles facultatives étant de façon typique des lentilles du type à rétrofoyer. Les caractéristiques optiques de la lentille du type à rétrofoyer sont les suivantes: tout d'abord, si l'aberration de distorsion possède une valeur négative, elle augmente pour une lentille à grand angle d'observation avec un angle d'image supérieur à 60'. En second lieu, la distance focale arrière augmente, ce qui rend difficile l'obtention d'une haute définition lorsqu'on améliore la compensation de l'aberration. En troisième lieu, le système d'objectif du type à rétrofoyer requiert l'installation d'une lentille concave hautement réfringente dans une posi- tion avant. Ceci augmente la valeur absolue du coefficient d'aberration sphérique, qui représente la différence entre le point focal central du centre de la lentille et le point focal de la surface périphérique de la lentille. Par consé- quent, il faut prévoir des moyens pour corriger l'aberra- tion dans la position arrière. Ces caractéristiques rendent difficiles l'obtention d'un appareil de prise de vues à dispositif CCD à haute définition pour son utilisation dans un système d'automatisation d'usine (FA). En outre, un système 2 2729231 d'objectif satisfaisant aux exigences de haute définition n'est pas compact et léger. Pour éliminer de tels problèmes, dans l'appareil de prise de vues FA CCD on utilise un système d'objectif conçu pour présenter des5 dimensions extrêmement faibles et un très faible poids. En outre, l'emploi d'appareils de prise de vues CCD dans des dispositifs utilisés dans un système FA et dans un système d'observation pour le contrôle du fonctionnement normal de différentes machines est en augmentation rapide. Ces dispo-10 sitifs comprennent un système d'objectif à tête séparée, qui utilise un fil de raccordement permettant de séparer la monture de l'objectif et le système d'objectif. C'est pourquoi, un but de la présente invention est de fournir un système de téléobjectif pour un appareil de prise de vues FA CCD, qui fournit un angle d'image supérieur à 29' ainsi qu'une haute définition. Un autre but de la présente invention est de fournir un système d'objectif de type standard pour un appareil de prise de vues CCD à tête séparée, qui fournit un angle d'image supérieur à 63' ainsi qu'une haute définition. D'autres buts et avantages de l'invention vont être décrits pour partie dans la description qui va suivre et apparaîtront pour partie à l'évidence à partir de la description ou bien sur la base de la mise en oeuvre pratique de l'invention. La présente invention a pour objet, selon un premier mode de réalisation, un système de téléobjectif d'un appareil de prise de vues à dispositif à couplage de charges (CCD) à tête séparée. Ce système comprend un30 premier groupe de lentilles possédant une distance focale positive, un second groupe de lentilles possédant une distance focale négative et un troisième groupe de lentilles. Le premier groupe de lentilles possède une première surface de lentille convexe tournée vers un objet et une surface supérieure convexe. Le troisième groupe de lentilles comporte une première lentille possédant une distance focale positive et une seconde lentille possédant 3 2729231 une distance focale négative et réunie à la première lentille. L'invention a également pour objet, selon un autre mode de réalisation, un système d'objectif de type standard et un appareil de prise de vues CCD à tête séparée. Ce système comprend un premier groupe de lentilles comportant des première et seconde lentilles possédant une distance focale négative, un second groupe de lentilles possédant une distance focale positive et dont les deux faces sont convexes, et un troisième groupe de lentilles comportant des première, seconde et troisième lentilles. La première lentille du premier groupe de lentilles possède une première surface convexe tournée vers un objet et une face supérieure concave avec une distance focale négative. La seconde lentille du premier groupe de lentilles possède une face supérieure concave avec une distance focale négative. La première lentille du troisième groupe de lentilles possède une distance focale négative et ses deux faces sont concaves. La seconde lentille du troisième groupe de lentilles possède une distance focale positive et sa face supérieure est convexe, et la troisième lentille du troisième groupe de lentilles possède une distance focale positive et ses deux faces sont convexes. Les dessins annexés, qui sont incorporés et font partie de la description, illustrent des formes de réali- sation préférées de l'invention. Conjointement avec la description, ils vont servir à expliquer les buts, avantages et principes de l'invention. Sur les dessins: - la figure 1 est un schéma servant à représenter l'agencement d'un système de téléobjectif d'un appareil de prise de vues CCD selon une forme de réalisation de l'in- vention; - la figure 2 est un graphique illustrant l'aberration sphérique du système d'objectif de la figure 1; - la figure 3 est un graphique illustrant l'aberration astigmatique du système d'objectif de la figure 1; 4 2729231 - la figure 4 est un graphique illustrant l'aberration de distorsion du système d'objectif de la figure 1; - la figure 5 représente des graphiques illustrant l'aberration chromatique du système d'objectif de la figure 1; - la figure 6 est un schéma illustrant l'agencement d'un système d'objectif de type standard de l'appareil de prise de vues CCD selon une seconde forme de réalisation de la présente invention; - la figure 7 est un graphique illustrant l'aberration sphérique du système d'objectif de la figure 6; - la figure 8 est un graphique illustrant l'aberration astigmatique d'objectif de la figure 6; - la figure 9 est un graphique illustrant l'aberration de distorsion du système d'objectif de la figure 6; et - la figure 10 représente l'aberration chromatique du système d'objectif de la figure 6. On va se référer maintenant de façon détaillée à un système de téléobjectif d'un appareil de prise de vues CCD conformément à la première forme de réalisation de la présente invention, telle qu'elle est représentée sur les figures 1-5. La forme de réalisation prise à titre d'exemple d'un système de téléobjectif selon la présente invention est représentée sur la figure 1 et est désignée d'une manière générale par le chiffre de référence 20. Tel qu'il est représenté ici et en référence à la figure 1, le système de téléobjectif 20 comprend un groupe de lentilles Il possédant une première surface de lentille convexe rl tournée vers un objet, une surface supérieure convexe r2, et une distance focale positive. Un second groupe de lentilles II1 possède une distance focale négative en direction de l'objet. Un troisième groupe de lentilles III1 comporte une première lentille 1 possédant une distance focale positive et une seconde lentille 2 possédant une distance focale négative. Un diaphragme à iris 3 est situé entre le second groupe de lentilles II1 et 2729231 le troisième groupe de lentilles III1. Un filtre 4 est installé en arrière du troisième groupe de lentilles III1. Par conséquent, la présente forme de réalisation fournit un système de téléobjectif 20 possédant un point focal fixe et qui comporte trois groupes de lentilles comprenant quatre lentilles. Le premier groupe de lentilles Il comprend une lentille convexe possédant une distance focale positive. Le second groupe de lentilles II1 comprend une lentille concave possédant une distance focale négative. Le troisième groupe de lentilles III1 comprend des première et seconde lentilles 1 et 2 possédant respectivement une distance focale positive et une distance focale négative pour former une distance focale arrière suffisamment importante pour un appareil de prise de vues CCD du type à tête séparée. Le système de téléobjectif selon la présente forme de réalisation satisfait aux relations définies par: Fb 0,3 F d5 0,2 groupe de lentilles III1. La première formule (1) est utilisée pour spécifier la distance focale combinée du premier groupe de lentilles Il et du second groupe de lentilles II1 et la distance focale arrière de manière à rendre compact le système de téléobjectif 20. Par exemple, si la valeur dépasse la limite supérieure, le taux d'aberration de distorsion augmente. Il est difficile de corriger l'aberration. Par conséquent, la performance du système d'objectif est 6 2729231 réduite d'une manière générale. Si la valeur tombe au- dessous de la limite inférieure, la correction de l'aberra- tion peut être aisément réalisée. Cependant il devient difficile de fixer la distance focale arrière correcte5 nécessaire pour former un système d'objectif utilisé à la fois pour la couleur et le noir et blanc. La seconde formule (2) spécifie la distance admissible en fonctionnement entre le second groupe de lentilles II1 et le diaphragme à iris 3 et entre le diaphragme à iris 310 et la première lentille 1 du troisième groupe de lentilles III1. Dans ce cas, si la valeur dépasse la limite supérieure, la distance admissible du point de vue opéra- tionnel du diaphragme à iris 3 est fixée d'une manière suf- fisante, mais il devient difficile de corriger l'aberra- tion. Si la valeur tombe au-dessous de la limite infé- rieure, la correction de l'aberration peut être aisément réalisée, ce qui améliore la performance du système d'objectif 20. Cependant, il devient très difficile de monter le diaphragme à iris 3. En outre, le système de téléobjectif de la présente forme de réalisation satisfait à la relation définie par: 2 1 1 3,0 La référence FG3I désigne la distance focale de la "i- ème" lentille du troisième groupe de lentilles III1 lorsque la numérotation part du côté objet, et vdGI le nombre d'Abbe de la "i-ème" lentille indiquée précédemment. La formule (3) est utilisée pour corriger la variation chromatique, qui est un défaut optique d'une lentille provoquant des franges colorées, étant donné que le matériau de la lentille focalise différentes couleurs de la lumière en différents points. Si cette valeur diffère de l'encadrement défini par la formule, une aberration chromatique de grandissement apparaît dans la partie supérieure des lentilles, écartée de l'axe optique. Il est particulièrement difficile de corriger l'aberration 7 2729231 chromatique de la ligne g avec une longueur d'onde corres- pondant à une couleur bleuâtre. En outre, le système de téléobjectif selon l'invention pour l'appareil de prise de vues CCD du type à tête séparée satisfait aux relations définies par 9 1 Le symbole di désigne la distance centrale de la ni- ème" lentille, F la distance focale combinée du système d'objectif et Fb la distance focale arrière du système d'objectif. Les formules (4) et (5) sont utilisées pour limiter la longueur totale du système d'objectif et la lentille du second groupe de lentilles II1. Lorsque ces relations ne sont pas satisfaites, on ne peut pas obtenir un agencement compact et corriger aisément des problèmes d'aberration. En outre, dans ce cas, la distance focale arrière n'est pas fixée, ce qui rend difficile de réaliser un système d'objectif utilisé à la fois pour des images en couleurs et des images en noir et blanc. Le tableau 1 ci-après indique les valeurs caractéristiques de la présente forme de réalisation lorsque l'ouverture numérique FNO de la lentille est égale à 2, que la distance focale combinée F est égale à 12,244, que la distance focale arrière Fb est égale à 5,8938 et que l'angle d'image W est égal à 28,83'. Dans le tableau 1, le symbole de référence ri (i = 1, 2,...) désigne le rayon de courbure de chaque surface de lentille, di (i = 1, 2,...) la distance ou l'épaisseur entre deux surfaces adjacentes de lentille, ndi l'indice de réfraction de chaque lentille pour la longueur d'onde "d" et vdi le nombre d'Abbe de chaque lentille pour la longueur d'onde "d". 8 2729231 Tableau 1 Numéro de surface de lentille r d nd vd 1 6,515 2,11 1,80420 46,50 2 -85,420 1,09 3 -11,5041 0,70 1,64769 33,84 4 4,259 2,14 C 0,60 1,77250 49,62 6 17,147 2,55 7 -4,988 0,7 1,80518 25,46 8 -8,2180 0,0 9 o 3,46 1,51680 64,20 CD On va maintenant se référer de façon détaillée à un système d'objectif de type standard d'un appareil de prise de vues CCD correspondant à la seconde forme de réalisation de la présente invention, telle qu'elle est représentée sur les figures 6-10. Comme cela est réalisé ici et en référence à la figure 6, le système d'objectif standard 22 comprend un premier groupe de lentilles I2, un second groupe de lentilles II2 et un troisième groupe de lentilles III2. Un diaphragme à iris 24 est situé entre le second groupe de lentilles II2 et le troisième groupe de lentilles III2. Un filtre 26 est monté en arrière du troisième groupe de lentilles III2. Le premier groupe de lentilles I2 comprend une première lentille Ia possédant une distance focale négative et une première surface convexe rl tournée vers l'objet et une surface supérieure r2 concave. Une seconde lentille Ib du premier groupe de lentilles I2 possède une distance focale négative et sa surface supérieure r4 est concave, ce qui permet d'obtenir la distance focale combinée ayant une valeur négative. Le second groupe de lentilles II2 possède une distance focale positive et ses deux faces r5, r6 sont convexes. Le troisième groupe de lentilles III2 comprend une première lentille IIIa possédant une distance focale négative et dont les deux faces rl, r2 sont concaves, une seconde lentille IIIb possédant une distance focale positive et dont la surface supérieure rll est convexe, une troisième lentille IIIc possédant une distance focale positive et dont les deux faces r12, r13 sont convexes. Le présent système d'objectif de type standard selon la présente invention, telle qu'elle est mise en oeuvre ici, possède une distance focale fixe et comporte trois groupes de lentilles comprenant six lentilles. Les groupes de lentilles I2, II2 et III2 possèdent des distances focales respectivement négative, positive et positive. La première lentille Ia du premier groupe de lentilles I2 est une lentille concave (par rapport à l'objet) possédant une distance focale négative, et la seconde lentille possède une distance focale positive. Le troisième groupe de len- tilles III2 comporte une lentille concave réunie bord à bord à une lentille convexe, et une autre lentille convexe située en arrière de la précédente. De cette manière, la distance focale arrière est fixée d'une manière satisfaisante pour le système d'objectif de type standard d'un appareil de prise de vues CCD à tête séparée, utilisé dans un système d'automatisation d'usine (FA). Ce système d'objectif de type standard satisfait aux relations définies par Fb 0,9 IIIa du troisième groupe de lentilles III2. ]o 2729231 La formule (6) est utilisée pour spécifier la distance focale combinée et la distance focale arrière, qui permettent de fabriquer un système d'objectif compact. Dans ce cas, si la limite supérieure est dépassée, l'aberration de distorsion augmente. Il est difficile de corriger l'aberration. C'est pourquoi, la performance du système d'objectif s'en trouve altérée. Si la limite inférieure est dépassée, la correction de l'aberration est réalisée aisé- ment. Cependant, la distance focale arrière est difficile à fixer pour être utilisée à la fois pour des images en couleurs et en noir et blanc. La formule (7) spécifie la distance dans la gamse de fonctionnements pour le montage du diaphragme à iris 24 entre le premier groupe de lentilles, à savoir le premier groupe de lentilles I2 et le second groupe de lentilles II2 et le groupe de lentilles arrière, à savoir le troisième groupe de lentilles III2. Dans ce cas, lorsque la limite supérieure est dépassée, la distance opérationnelle du diaphragme à iris 24 est fixée d'une manière suffisante, mais la correction de l'aberration est difficile à réaliser. Si la limite inférieure est dépassée, la correction de la variation peut être aisément réalisée, ce qui améliore la performance du système de lentilles 22. Cependant, il est difficile d'obtenir la distance' pour le montage du diaphragme à iris 24. En outre, le système d'objectif de type standard de la présente forme de réali- sation satisfait à la relation définie par: 2 1 1 0,1 Le symbole FGI désigne la distance focale de la "i- éme" lentille du premier groupe de lentilles repérée par I2 à partir de l'objet, et vdGi le nombre d'Abbe de la "i-ème" lentille du troisième groupe de lentilles, numérotée à partir de l'objet. La formule (8) est utilisée pour corriger l'aberration chromatique, qui est un défaut optique de l'objectif I 12729231 provoquant des franges colorées étant donné que le matériau de l'objectif provoque la focalisation de différentes couleurs de la lumière en différents points. Si cette valeur s'écarte de la gamme définie par la formule, une aberration chromatique de grandissement apparaît dans la partie supérieure des lentilles en dehors de l'axe optique. Il est particulièrement difficile de corriger l'aberration chromatique de la ligne g avec une longueur d'onde corres- pondant à une couleur bleuâtre. En outre, le système d'objectif de type standard selon l'invention d'un appareil de prise de vues CCD du type à tête séparée satisfait aux relations définies par 3 1 Le symbole dI désigne la distance centrale à la ni- éme" lentille, F la distance focale combinée du système d'objectif 22 et Fb la distance focale arrière du système d'objectif 22. Les formules (9) et (10) sont utilisées pour limiter la longueur totale du système d'objectif 22 et la longueur du second groupe de lentilles II2. Lorsque ces relations ne sont pas satisfaites, il peut se poser des problèmes pour l'obtention d'un agencement compact et d'une correction aisée de l'aberration. En outre, dans ce cas, la distance focale arrière n'est pas fixée, ce qui rend difficile de30 réaliser un système d'objectif utilisé à la fois pour des images en couleurs et en noir et blanc. Le tableau 2 indique les valeurs caractéristiques de la présente forme de réalisation lorsque l'ouverture numérique FNO de la lentille est égale à 1,6, que la distance focale combinée F est égale à 5,5237, que la distance focale arrière Fb est égale à 5,7602 et que 12 2729231 l'angle d'image W est égal à 63,31'. Dans le tableau 2, le symbole de référence ri (i = 1, 2,...) désigne le rayon de courbure de chaque surface de lentille, di (i = 1, 2,...) la distance ou l'épaisseur entre deux surfaces adjacentes de lentilles, ndi l'indice de réfraction de chaque lentille pour la longueur d'onde "d", et vdi est le nombre d'Abbe de chaque lentille pour la longueur d'onde "d". Tableau 2 Numéro de surface de lentille r d nd vd I. 11,410 1,30 1,48749 70,44 II. 4,635 1,26 1,51680 64,20 III. 27,311 0,80 1,84300 37,34 IV. 5,257 3,25 1,84666 23,78 V. 12,625 2,19 1,62041 60,34 VI. -16,994 2,01 1,58913 61,25 VII. 1,91 VIII. -16,7220 0,70 IX. 10,376 0,24 X. 32,133 1,94 XI. -6,825 0,10 XII. 9,282 2,30 XIII. -15,452 0,00 XIV. 3,46 XV. Par conséquent, on a indiqué un système d'objectif de type standard pour l'appareil de prise de vues CCD à tête séparée, qui fournit un angle d'image supérieur à 69 et produit des images de haute définition. On a également indiqué le système de téléobjectif comportant des groupes de lentilles de type tessa, qui fournit un angle d'image supérieur à 29' et produit des images à haute définition. D'autres formes de réalisation apparaîtront aux spécialistes de la technique à la lecture de la description et lors de la mise en oeuvre de l'invention ici décrite. La 13 2729231 description doit être considérée uniquement à titre d'exemple. 14 2729231 REVENDICATIONS 1. Système de téléobjectif pour un appareil de prise de vues à dispositif à couplage de charges (CCD) à tête séparée, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier groupe de lentilles (Il) possédant une distance focale positive, le premier groupe de lentilles possédant une première surface convexe (rl) tournée vers un objet et une surface supérieure convexe (r2), un troisième groupe de lentilles (III) comportant une première lentille (1) possédant une distance focale positive et une seconde lentille (2) possédant une distance focale négative et réunie à la première lentille, la première lentille étant disposée plus près du premier groupe de lentilles que ne l'est la seconde lentille, et un second groupe de lentilles (II1) possédant une distance focale négative et disposée entre le premier groupe de lentilles et le troisième groupe de lentilles. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il satisfait aux relations définies par: Fb 0,3 F d5 0,2 d4 F désignant une distance focale combinée du système d'objectif, Fb la distance focale arrière, d4 la distance entre le second groupe de lentilles et un diaphragme à iris (3) disposé entre le second groupe de lentilles et le troisième groupe de lentilles, et d5 la distance centrale entre le diaphragme à iris et la première lentille du troisième groupe de lentilles. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il satisfait aux relations définies par: 2729231 2 1 1 3,0 nombre d'Abbe de la "i-ème" lentille indiquée précédemment. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il satisfait aux relations définies par: 9 1 16 2729231 troisième groupe de lentilles possédant une distance focale négative et ayant deux faces (r8,r9) sont concaves, la seconde lentille du troisième groupe de lentilles possédant une distance focale positive et une face supérieure convexe5 (rll), et la troisième lentille du troisième groupe de lentilles possédant une distance focale positive et ayant ses deux faces (r12,r13) convexes, et la seconde lentille étant située entre la première lentille et la troisième lentille, alors que la première lentille est plus proche du premier groupe de lentilles que ne l'est la seconde lentille, et un second groupe de lentilles (II2) possédant une distance focale positive et ayant ses deux faces (rS,r6) convexes, le second groupe de lentilles étant situé entre le premier groupe de lentilles et le troisième groupe de lentilles. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la lentille satisfait aux relations définies par: Fb 0,9 F d7 0,8 d6 F désignant la distance focale combinée du système d'objectif, Fb la distance focale arrière, d6 la distance entre le second groupe de lentilles et diaphragme à iris disposé entre le second groupe de lentilles et le troisième groupe de lentilles, et d7 la distance centrale entre le diaphragme à iris et la première lentille du troisième groupe de lentilles. 17 2729231 7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il satisfait aux relations définies par 3 1