Brevet FR2838528A3 — publié le 20031017

FR 2838528 A3 20031017 FR 0204689 A 20020415 MANDATAIRE: Cabinet LAURENT & CHARRAS - 1 La présente demande concerne un objectif de prises de vues possédant un champ angulaire de 180 degrés environ et destiné à 1'observation ou la mesure de phénomènes précis sur des bandes spectrales étroites. Il existe, pour la photographie ou la cinématographie, des objectifs captant un champ voisin de 180 degrés. Quand ils donnent une image de bonne qualité, leur partie frontale est de grande dimension et leur structure est complexe car la correction des aberrations sur un tel champ exige beaucoup d'éléments, souvent une dizaine de lentilles. Dans le système optique, objet de la présente demande, ces inconvénients peuvent être sensiblement réduits, puisqu'on opère sur des bandes spectrales étroites. En effet il n'est pas nécessaire de corriger les aberrations chromatiques. Ainsi la partie- avant, précédant le diaphragme d'ouverture, peut être constituée d'un petit nombre de lentilles simples, ce qui diminue beaucoup les diamètres de ces premières lentilles. Une autre façon de réduire l'encombrement du système consiste à diminuer sa distance focale. Or pour obtenir suffisamment d'informations sur un petit format, il est nécessaire d'avoir une image de haute définition. En négligeant les aberrations chromatiques, il est plus aisé d'obtenir une très bonne qualité dans tout le champ de 180 degrés. D'autre part, un procédé courant pour opérer en lumière monochromatique consiste à utiliser des filtres interférentiels. Pour conserver leur efficacité ces filtres doivent être attaqués par les divers pinceaux lumineux sous des incidences faibles, inférieures à douzaine de degrés. Pour cette raison, dans l'objectif selon l'invention, le diaphragme est placé au foyer- objet de la partie postérieure et les filtres sont disposés après le système. Ainsi, pour chaque angle de champ, le rayon lumineux principal, passant par le centre du diaphragme, sort parallèlement à l'axe optique du système et attaque les fltres sous une incidence nulle; les rayons qui s'appuient sur les bords du diaphragme frappent les filtres sous une incidence minimum. Pour rabattre les rayons principaux parallèlement à l'axe optique, la partie de l'objectif précédant le diaphragme est divergente et la partie postérieure convergente. Par ailleurs, la première surface de l'objectif est nécessairement convexe pour capter les rayons perpendiculaires à 1'axe. En vue d'obtenir un ensemble de faible encombrement, de bonne qualité et de structure relativement simple, la partie antérieure est formée de deux ménisques divergents dont les faces convexes sont tournées vers l' avant tandis que la partie postérieure comporte trois éléments convergents; parmi ceux-ci, deux sont des lentilles simples et le troisième est - 2 un doublet comportant une surface de collage divergente, c'est à dire une surface dont le centre est dans le milieu de plus faible indice. Pour aplanir le champ image, les distances focales des deux groupes sont à peu près opposées, à mieux de 20% près. Un objectif conforme à la présente demande est donc formé de deux groupes de lentilles disposés de part et d'autre du diaphragme d'ouverture et caractérisé par les points suivants: - le premier groupe est constitué de deux ménisques divergents tournant leur convexité vers l'avant; - le second groupe comprend trois éléments convergents, dont deux sont des lentilles simples et le troisième un doublet collé dont la surface de collage est divergente; - les distances focales Fd et Fc respectivement du premier et du second groupe vérifient la relation: 0.8 Fc deux lentilles simples accolées et séparées par une mince lame d'air. On donne ci-dessous deux exemples de réalisation conformes à la demande. Selon un mode de représentation classique, les tableaux 1 et 2 donnent la formule optique des systèmes, représentés en coupe respectivement par les figures 1 et 2. Les colonnes indiquent successivement les valeurs suivantes: - les rayons de courbure R (en mm) de chacun des 11 dioptres supposés sphériques; - les intervalles E (en mm) séparant deux dioptres consécutifs; - les diamètres 0 (en mm) de chaque dioptre; - les indices Nd des lentilles pour la raie d, - le coefficient de dispersion V des lentilles. Le premier exemple décrit par le tableau l est un objectif de distance focale 2.25 mm, ouvert à F/3.8. Le diamètre de l'image correspondant à un champ objet de 180 est 6 mm. Pour la raie d, le plan de meilleure mise au point est à 5.56 mm de la dernière surface, ce qui correspond à une défocalisation de - 0.07. Dans ce plan le pouvoir séparateur est. dans tout le champ, supérieur à 160 paires de lignes par millimètre. La présence de filtres n'affecte pas cette qualité. Cette haute définition permet d'exploiter et de traiter l'image en la recueillant sur un récepteur de type CCD à très fine structure (dont les pixcls sont inférieurs à 10 microns). La figure 1 est une coupe de 1'objectif à 1'échelle 4/1. Pour ne pas charger le schéma, on a tracé le cheminement de seulement 2 rayons principaux correspondants aux demi champs de 45 et 86 . Le diaphragme d'ouverture est à 2.4 mm derrière la surface 4 et à 1.1 mm devant la surface 5; son diamètre est 1.10 mm. - 3 - Tableau 1R E 0 Nd Vd 115.00 19.00 > 2.00 1.80318 46.38 25.80 10.80 2.90 air 326.45 10.80 > 1.80 1.80318 46.38 44.21 6.40 2.4 + 1.1 0 diaph.1.10 air -10.90 5.00 > 0.75 1.80518 25.43 ô10.90 6.00 > 2.50 1.65160 58.52 7- 3.90 6.00 0.05 air 8100.00 9.00 > 1.80 1.69680 55.41 9- 11.40 9.00 0.05 air + 11.40 9.00 > 1.80 1.69680 55.41 11- 100.00 9.00 Tableau 2 1.34 (eau de mer) 14.50 29.00 hublot 2.25 1.51680 64.17 12.25 24.50 7.96 air 1 17.60 24.50 > 2.60 1.80318 46.38 2 7.00 13.00 3.96 air 3 29.50 13.00 > 2.60 1.80318 46.38 4 4.70 6.00 2.40 + 1.70 0 diaph.1.24 air -13.00 7 00 > 2.50 1.80318 46.38 6 - 4.70 8.00 0 05 air 7 plan 10.00 > 0.85 1.80518 25.43 8 8.00 10.00 > 3.55 1.58913 61.27 9 - 11.00 10.00 0 05 air 10.00 12.00 > 2.65 1.62041 60.33 11 - 133.00 12.00 - 4 Le deuxième exemple, décrit par le tableau 2, est un objectif de focale 3.02 mm, ouvert à F./ 4.3 et associé à un hublot hémisphérique à faces concentriques; le milieu précédant le hublot est l'eau de mer dans laquelle est plongé l'ensemble optique. L'image correspondant au champ objet de 180 mesure 8 mm et se forme à 6.44 mm de la dernière surface quand l'objectif est associé au hublot, et à 6.24 mm quand il opére seul. Le diaphragme d'ouverture est à 2.4 mm derrière la surface 4 et à 1.70 mm devant la surface 5; son diamètre est 1.24 mm. Ce dispositif est prévu pour mesurer, en fonction de la longueur d'onde, I'énergie reçue de toutes les directions en un point bien défini d'un milieu marin. Pour cela, il suffit de iO disposer dans le plan image un récepteur approprié et de placer en s4Ttie d'objectif les filtres relatifs aux bandes spectrales étudiées. On pourra par exemple mesurer l'énergie de degré en dogré. Cette application, développée dans le cadre d'études plus générales sur les planctons, est donnée pour illustrer l'intérêt du dispositif, et n'est évidemment pas limitative. Pour permettre une évaluation précise et facile des énergies perçues, I'ensemble doit avoir une bonne définition. Dans cet exemple le pouvoir séparateur de l'objectif est dans tout le champ supérieur à 150 paires de lignes par millimètre. Le fait de travailler sur des petites images permet d'utiliser les récepteurs actuellement commercialisés en faibles dimensions. La figure 2 est une coupe à l'échelle 2/1 du système décrit dans ce deuxième exemple Le doublet collé est. dans l'exemple 1, le premier élément du groupe convergent, tandis que c'est le second élément dans l'exemple 2. REVEND I C AT I ON S 1) Dispositif de couplage par fibre optique d'un système émetteur récepteur optique, applicable en particulier à un système télémétrique mono statique coaxial de type LIDAR, caractérisé en ce qu'il comporte les éléments suivants, pris en combinaison: - une source de type Laser, - une lentille donnant une image réelle du faisceau laser, - un miroir percé disposé à 45 dont le trou est circonscrit au faisceau laser, - une fibre optique dont l'entrce (4-1) est placée au point image du laser et la sortie (4 -2) au foyer du télescope, - un télescope d'ouverture numérique égale à celle de la fibre, éclaire un milieu diffusant et reçoit en retour la partie de la lumière diffusce par les particules dans son champ; cette lumière est focalisce au foyer sur l'extrémité (4 -2) de la [ïbre optique. - un détecteur, - une lentille focalisant sur le détecteur la lumière de retour issue de l'extrémité (4 -1) de la fibre, renvoyée à 90 en quasi totalité par le miroir. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le miroir serait incliné selon un angle différent de 45 . 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le séparateur à miroir percé serait remplacé par un autre type de séparateur spatial tel qu'une lame de verre localement réfléchissante ou une lame semi-transparente. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le séparateur à miroir percé serait remplacé par un système de séparation par la polarisation de la lumière. ) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le séparateur à miroir percé serait remplacé par un séparateur temporel déviateur de faisccau de type acousto-optique ou électro-optique. 6) Dispositif selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs miroirs ou systèmes optiques équivalents destinés à couder le faisccau émis par la source ou dévier vers le détecteur le faisceau de retour issu du séparateur 7) Dispositif selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la source de lumière