CH320399A - Système optique - Google Patents

Description

Systeme optique Les systemes optiques centr6s, vonnus jus- qu'ä present, se composent d'616ments ä surfa- ces sph6riques concaves, planes ou convexes; dans ces derniers temps, cependant, an emploie aussi des elements ä surfaces asph6riques dune forme plus ou moins compliquee. Ces surfaces asph6riques sont difficiles ä realiser et les re- sultats obtenus en pratique avec ces elements d6pendent de la mesure dans laquelle an r6alise dans la fabrication la forme theoriquement id6ale.

La pr6sente invention concerne un systeme optique centr6 dopt 1'aberration sph6rique est corrig6e. Suivant 1'invention, le systeme est ca- racteris6 en ce qu'il comporte au moins un 616ment centr6 par rapport ä laxe optique, qui presente au moins une surface en forme d'un cöne circulaire, conformee et dispos6e de fagon ä corriger 1'aberration sph6rique resultant du reste du systeme. La surface conique, r6frin- gente ou r6flechissante, peut 6ventuellement se composer de plusieurs zones concentriques de conicites differentes. Lautre surface ou, dans 1e cas oü 1'616ment est compos6 de deux lentil- les, les autres surfaces de 1'61ement peut ou peuvent avoir une forme plane, concave ou convexe et, dans des cas particuliers, une forme asph6rique. Dans la pr6sente description, la revendication et les sous-revendications, an d6 signera cet element par Element conique . L'effet obtenu par un tel 616ment conique est bas6 sur un principe inconnu jusqu'ici qu'on va d6crire en regard du dessin annex6, qui re- presente, ä titre d'exemple, deux sch6mas et plusieurs formes d'ex6cution de systemes opti- ques suivant 1'invention.

Dans la fig. 1, la courbe 1 represente, de la fagon usuelle, 1'aberration spherique (Tun sys- teme optique sous-corrig6, exprim6e par la d6- viation transversale dans 1e plan d'ajustage par- axial en fonction de la hauteur d'incidence h. Dans la fig. 2, 1'aberration spherique d'un simple miroir concave sph6rique est represen- tee par la courbe 11. Les fig. 3, 4 et 5 representent sch6matique- ment quelques formes d'execution de systemes optiques suivant 1'invention, oü les 616ments coniques 1, 4 et 6 respectivement sont visi- bles.

Les fig. 6 et 7 representent, l'une un systeme optique comportant une surface conique r6fle- chissante, et 1'autre un arrangement dann le- quel 1'objet est proche de 1'616ment conique.

La fig. 1 repr6sente la courbe d'aberration 1 et la ligne droite A'B'. RTI ID="0001.0267" WI="8" HE="4" LX="1471" LY="2126"> Cette derniere indi- que un plan d'ajustage qui devie du plan d'ajustage paraxial. 0r, 1'e16ment conique a pour effet qu'en cas d'ajustage ä un plan repre- sente par A'B', des aberrations se produisent dans ce plan d'ajustage, aberrations qu'on peut ddriver des deviations de la courbe 1 par rap- port ä une ligne <I>AB,</I> approximativement paral- 1Me <I>ä AB'.</I> Ceci est comprehensible en consi- d6rant que Feffet de 1'element conique est une deviation constante ou approximativement constante dann 1e sens de sous-correction, de Sorte que la courbe d'aberration se deplace pa- rallelement en haut dans la direction de Faxe des ordonnees. La lentille conique augmente dune valeur constante ou sensiblement cons- tante toutes les aberrations produites dans 1e plan paraxial, mais elle les reduit dans 1e plan d'ajustage A'B' jusqu'aux valeurs qui resultent de la deviation de la courbe 1 par rapport ä la ligne <I>AB.</I>

La fig. 1 montre, en outre, que la Partie de la courbe I qui est situee pres de laxe, et qui se rapporte done ä la Partie centrale du fais- ceau lumineux, presente des aberrations relati- vement grandes. C'est pourquoi an absorbe les rayons diriges Sur cette Partie de preference par couverture, laquage ou autre traitement de 1'un des eldments optiques, par exemple de 1'ele- ment conique. La Partie centrale a naturelle- ment une superficie plus petite qu'une Partie de meine longueur de laxe des abscisses qui est situee plus loin de Faxe optique, puisqu'un an- neau dune certaine largeur a une superficie beaucoup plus grande qu'un cercle, dopt le dia- metre est egal ä la largeur de Fanneau.

0n a decrit ei-haut 1'effet de 1'element co- nique pour 1e cas de son emploi dans un Sys teme optique qui, en absence dudit element, presente une sous-correction. 0n utilisera cet dlement, de prefdrence, dans un tel Systeme. Cependant, dans des cas particuliers, an peut aussi appfiquer 1e meine principe ä un systeme surcorrige, dans lequel la correction desiree est obtenue ä Faide d'un 616ment conique. Il y a interet ä disposer 1'element conique ou les elements coniques dans 1e plan du dia- phragme du systeme optique ou en voisinage de ce plan. Ort obtient ainsi une correction qui peut etre excellente, meine pour de grands champs d'image. L'element conique peut etre achromatise, de preference, par combinaison de deux len- tilles coniques simples, qui sont fabriquees en matieres ä dispersions differentes.

Ort peut fabriquer les eldments coniques en une matiere qu'on peut travailler facilement - par exemple une resine synthetique trans parente - ä Faide d'un tour de precision du type ordinaire.

Dans la fig. 2, la courbe RTI ID="0002.0273" WI="3" HE="4" LX="1623" LY="602"> 1I represente 1'aberration d'un simple miroir concave sph6ri- que sans 1'emploi d'un element conique. La deviation de la courbe 11 par rapport ä la ligne PQ represente les aberrations en presence d'un 616ment conique, mesurees dans 1e plan d'ajus- tage qui est represente par la ligne droite P'Q'. Ort voit de nouveau que les aberrations sont fort rdduites pour la zone <I>NM,</I> qui occupe ä peu pres les trois quarts de la superficie totale. Les aberrations sont sensiblement plus faibles que celles pour 1e plan d'ajustage optimum (en- viron suivant la ligne pointillee <I>OL)</I> en Fab- sence de 1'eldment conique.

La fig. 3 represente un systeme optique, comportant 1'element conique 1, dispose de maniere centree par rapport ä laxe optique du reste du systeme, qui est constitud par la len- tille positive 2 et la lentille negative 3.

La fig. 4 represente un autre systeme opti- que, comportant un 616ment conique 4 et un Beul miroir concave spherique 5. L'element co- nique 4 corrige les aberrations du miroir 5 de la fagon representee Sur la fig. 2. F indique la surface d'image paraxiale et F indique la sur- face d'ajustage. 0n obtient ainsi un Systeme optique extremement simple ä grande ouver- ture relative, qu'on peut fabriquer de maniere simple.

Le systeme optique representd ä la fig. 5 comporte la lentille conique -6, centree par rap- port au Systeme optique comprenant 1e miroir 7 et la lentille correctrice menisque 8 concen- trique par rapport au miroir. Le rayon <I>r3</I> du miroir est de 226,1 mm, les rayons r1 et r. de la lentille menisque sont de 75,2 et 95,7 mm respectivement. La lentille conique 6 presente une surface plane et 1'inclinaison de la section du cône est d'environ 1 : 150. La surface d'ajustage F' est convexe.

Le système optique, à part la lentille coni que 6, est un système concentrique comme dé crit dans le brevet suisse No 255151. Les aber rations sont encore représentées en principe par les déviations de la courbe 1 par rapport à la ligne droite<I>AB</I> (fig. 1).

On a trouvé que des aberrations de moins de 60 #t s'obtiennent dans un système optique suivant la fig. 5 à ouverture relative de 1 : 0.7 avec une distance focale de 100 mm.

Dans les systèmes optiques représentés dans les fig. 3, 4 et 5, la partie centrale de l'élément conique est couverte par une plaque opaque a.

Les lentilles coniques 1, 4 et 6 possèdent chacune une surface plane et une surface co nique.

Une variante extrêmement simple du sys tème est constituée par une seule lentille à une surface sphérique et à une surface conique. On emploie une telle lentille, par exemple, comme condenseur. Comme son ouverture relative doit être maximum, il y a intérêt que la partie cen trale de la surface conique soit faite plane ou convexe, de façon à permettre à la lumière de passer.

Jusqu'ici, on a décrit presque exclusive ment des éléments coniques présentant des sur faces réfringentes. Cependant, pour plusieurs applications, il y a lieu de décrire d'autres sys tèmes présentant une ou plusieurs surfaces coniques réfléchissantes qui sont également en forme de cône circulaire à génératrice recti ligne.

Les avantages particuliers obtenus ainsi sont les suivants 1. La surface conique réfléchissante est com plètement exempte d'aberrations chroma tiques ; 2. Pour le même angle d'inclinaison, la dé viation est environ quatre fois celle d'une surface conique de réfraction, de sorte qu'un angle d'inclinaison quatre fois plus petit suffit à obtenir une même déviation désirée, ce qui simplifie la fabrication de la surface. On peut utiliser une surface conique réflé chissante de différentes manières dans de nom breux systèmes. Nous voulons nous restreindre ici à donner un seul exemple qui est représenté sur la fig. 7 du dessin annexé.

Le système optique se compose d'une len tille correctrice C à surfaces 9 et 10, d'un mi roir concave sphérique à surface réfléchissante 11 et d'une surface conique réfléchissante 12. Les rayons de lumière incidents passent d'abord par la lentille correctrice C et sont en suite concentrés, après réflection, par les sur faces réfléchissantes 11 et 12, au foyer F.

Les rayons de courbure des surfaces con centriques 9, 10 et 11 sont de 83,2, 97,7 et 213,8 mm respectivement. L'épaisseur de la lentille correctrice C est de 14,5 mm et la dis tance entre les surfaces 10 et 11 est de 116,1 mm. La surface conique 12 est prévue à une distance de 65,8 mm de la surface réflé chissante 11, tandis que le foyer F se trouve à une distance de 17,8 mm de la surface 11. Le correcteur C est fabriqué en verre à nD=1,517 ; sa valeur de dispersion est de 64,2. La distance focale du système entier est de 100 mm et l'ou verture relative est de 1 : 0,9.

La moitié de l'angle au sommet de la sur face conique 12 est de 89 56' 30", c'est-à-dire que le miroir conique ne dévie que de 3' 30" d'un miroir plan. L'emploi du miroir conique 12, qu'on peut fabriquer d'une manière relati vement simple, permet d'obtenir un pouvoir résolvant, qui est environ trois fois plus grand que celui d'un système à correction optimum, qui comporte également un correcteur C et une surface concave réfléchissante 11, mais qui pré sente un miroir secondaire plan. On obtient ce résultat sans introduire d'astigmatisme ni d'aberration chromatique.

Pour des raisons de fabrication, il est sou vent désirable de munir le miroir conique 12 d'une ouverture centrale ; dans ce cas on pré voit; de préférence, une plaque opaque a.

En outre, il y a dans beaucoup de cas inté rêt à munir le miroir 11 d'une ouverture cen trale, afin de rendre facilement accessible la surface d'image F. Pour finir, un système optique, destiné à produire des images d'objets situés dans le fini, sera décrit.

En effet, cet emploi du système donne, en général, lieu à l'inconvénient que les rayons de lumière émanant d'un point de la périphérie du champ frappent la lentille conique sous des angles différents, de sorte que la déviation des divers rayons lumineux n'est plus constante. On peut remédier à cet inconvénient, en pré voyant dans le système une lentille conique à deux surfaces coniques, dont l'une, concave, se trouve en face de l'objet. On peut alors choi sir l'inclination de la surface conique située du côté de l'objet de façon à ce que, pour une dis tance déterminée et une largeur déterminée de l'objet, les rayons de lumière dirigés de la pé riphérie de la surface de l'objet vers la zone supérieure et la zone inférieure respectivement de la lentille conique frappent celle-ci sous des angles sensiblement égaux.

La lentille conique 13 de la fig. 6 est cons tituée par deux surfaces coniques, - dont l'une, concave, se trouve en face de l'objet PQ. Les rayons lumineux<I>1 et m</I> émanant du point<I>Q</I> de la périphérie de l'objet et passant par les points L et M de la lentille conique 13, frap pent la face concave sous des angles a et (3, dont la différence est plus petite qu'elle ne le serait entre des angles correspondants si les rayons frappaient la surface plane d'une len tille conique, comme elles sont représentées dans les fig. 3, 4 et 5.

Claims (9)

1. REVENDICATION Système optique centré dont l'aberration sphérique est corrigée, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément centré par rap port à l'axe optique, qui présente au moins une surface en forme d'un cône circulaire, conformée et disposée de façon à corriger l'aberration sphérique résultant du reste du système. SOUS-REVENDICATIONS 1. Système optique suivant la revendica tion, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir concave sphérique et un élément conique.
2. 2. Système optique suivant la sous-revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'élément coni que est disposé au moins approximativement au centre de courbure du miroir concave.
3. 3. Système optique suivant la revendica tion, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir concave sphérique, un élément de correction comportant au moins une lentille ménisque qui est concave vers le centre de courbure du mi roir concave sphérique, et un élément conique.
4. 4. Système optique suivant la revendica tion, caractérisé par des moyens grâce aux quels les rayons dirigés sur la partie centrale de l'élément à surface conique sont absorbés.
5. 5. Système optique suivant la revendica tion, caractérisé en ce que l'élément à surface conique est une lentille achromatisée.
6. 6. Système optique suivant la revendica tion, caractérisé en ce que l'élément à surface conique est achromatisé et consiste en deux lentilles coniques simples fabriquées en matiè res à dispersion différentes.
7. 7. Système optique suivant la revendica tion, caractérisé en ce qu'il comprend une len tille simple dont une face est sphérique et l'au tre conique.
8. 8. Système optique suivant la revendica tion, caractérisé en ce qu'il comprend un mi roir concave principal et un miroir secondaire, ce dernier ayant une forme conique.
9. 9. Système optique suivant la revendica tion, caractérisé en ce qu'il comprend une len tille conique à deux surfaces coniques, dont l'une, concave, se trouve du côté objet.