Dispositif <B>pour augmenter la</B> profondeur <B>du champ d'un objectif</B> La présente invention a pour objet un dis positif pour augmenter la profondeur du champ d'un objectif.
On sait qu'on peut augmenter la profondeur du champ d'un objectif en divisant celui-ci en zones qui forment l'image d'un objet dans des plans d'image différents. Cependant, selon les propositions énoncées jusqu'ici pour réaliser ainsi une telle augmentation de profondeur du champ, on utilisait des distances focales effec tives différentes et, par conséquent, des agran dissements différents pour les différentes zones. Cela a pour résultat un doublage de l'image, de sorte que l'image composite obte nue est trouble.
La présente invention a pour but de fournir un dispositif pour augmenter la profondeur du champ d'un objectif, de construction simple et permettant d'éviter l'inconvénient qu'on vient d'exposer.
Le dispositif faisant l'objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'il -est consti tué par un organe approximativement afocal placé à un endroit où il y a une séparation né gligeable des rayons lumineux correspondant aux divers points de l'image, et conformé de manière à donner des longueurs effectives dif férentes aux parcours respectifs des rayons lu mineux traversant diverses zones de l'objectif, le tout de façon que les rayons lumineux tra- versant lesdites zones aient pratiquement les mêmes distances focales équivalentes, mais des distances focales arrière différentes, mesu rées depuis une saillie solidaire de la monture de l'objectif,
la distorsion introduite par l'or gane afocal étant approximativement corrigée par une légère courbure d'au moins une des surfaces de l'organe afocal.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, plusieurs formes d'exécution et plusieurs variantes du dispositif faisant l'objet de la pré sente invention.
La fig. 1 est une vue en coupe schématique d'un objectif équipé d'une première forme d'exécution, montée à l'arrière de cet objectif qui est du type double dit de Gauss .
Les fig. 2 à 8 sont des vues en coupe de diverses formes d'exécution du dispositif des tinées à être montées dans un faisceau de rayons lumineux convergent.
La fig. 9 est une vue schématique en coupe axiale d'un objectif du type triple dit de Cooke modifié équipé de la forme d'exécu tion représentée à la fig. 4 disposée dans un faisceau de rayons convergent.
La fig. 10 est une vue analogue d'un ob jectif du type formé d'une simple lentille mé nisque équipé de la même forme d'exécution. La fig. 11 est une vue analogue d'un ob jectif du même type que celui de la fig. 9 équipé d'une autre forme d'exécution disposée dans un faisceau de rayons divergent ; et les fig. 12 à 15 sont des vues analogues à celles des fig. 2 à 8 de diverses formes d'exé cution destinées à être montées dans un fais ceau de rayons divergent.
On remarquera également que, dans les di verses figures du dessin auxquelles une surface de l'organe afocal est représentée comme étant incurvée pour assurer une correction de défor mation, les courbures représentées sont forte ment exagérées pour la clarté du dessin.
A la fig. 1, on a représenté un dispositif de construction simple monté du côté arrière d'un objectif A du type double de Gauss, dans l'es pace compris entre la surface arrière de cet objectif et son plan focal arrière normal B. Dans cet espace, les rayons convergent vers le plan focal B. Une monture AZ de l'objectif est représentée de façon schématique et présente une assise de mise en place A2. On se réfère à cette assise pour la mesure de la distance focale arrière de l'objectif et cette distance est nor malement celle qu'on mesure entre l'assise A2 et le plan focal arrière B, le dispositif étant enlevé.
Le dispositif pour augmenter la profon deur du champ de cet objectif est constitué par une pièce de verre unique formée de façon à présenter deux zones coaxiales<I>CI</I> et C2 dans chacune desquelles le dispositif a approximati vement la forme d'une plaque à plans paral lèles, excepté pour une légère courbure pour correction d'aberration, comme il sera décrit en détail ci-après. L'épaisseur de la plaque est plus grande dans la zone centrale<I>CI</I> que dans la zone annulaire extérieure C2 qui l'entoure.
En général, l'effet d'une plaque à plans paral lèles disposée dans l'espace de convergence vers l'image d'un objectif est de déplacer le plan focal arrière de celui-ci et de l'éloigner de cet objectif d'une distance dépendant de l'épaisseur de la plaque, sans modifier la dis tance focale équivalente, si bien que la dimen- sion de l'image reste sensiblement inchangée. Il est par conséquent évident que l'effet de la plaque à deux zones<I>Cl,</I> C de cette forme d'exécution est d'assurer la formation de deux images nettes d'un objet situé à une distance infinie, ces images étant de dimensions égales et étant formées dans deux plans BI <I>et B'</I> situés à des distances différentes de l'arrière de l'objectif A.
L'image formée à travers la zone centrale plus épaisse<I>CI</I> est plus éloignée de l'objectif que celle formée à travers la zone extérieure plus mince C-'. Deux images nettes de dimensions égales d'un objet plus voisin sont également formées dans différents plans, et l'on se rend donc compte que, dans un plan d'image déterminé, il se forme des images net tes d'objets situés à deux distances différentes, l'image de l'objet le plus éloigné étant formée à travers la zone centrale<I>CI</I> qui présente une ouverture numérique inférieure à celle de la zone extérieure C2. Le terme c ouverture nu mérique est utilisé ici dans son sens habituel,
selon lequel il désigne le sinus de l'angle qu'un rayon émergent correspondant à un rayon in cident parallèle à l'axe optique forme avec cet axe. Des images d'objets situés à d'autres dis tances apparaissent également, quoique moins nettement, dans le même plan d'image.
Il est bien connu qu'avec n'importe quel objectif présentant une profondeur de champ appréciable, les images apparaissant dans un plan d'image choisi comprennent une image nette d'un objet situé dans le plan d'objet con jugué et des images moins nettes d'objets situés dans un domaine de distances qui s'étend de part et d'autre dudit plan d'objet conjugué, la netteté de ces images diminuant au fur et à mesure que la position de l'objet correspondant s'éloigne dudit plan d'objet conjugué.
Lors qu'on munit l'objectif de la plaque à deux zones<I>CI,</I> C décrites ci-dessus, on obtient dans le plan d'image choisi des images nettes d'objets situés à deux distances différentes, des images moins nettes étant associées à chacune de ces images et, en choisissant judicieusement les épaisseurs des deux zones de la plaque, il est possible de s'arranger pour que les deux domaines de distances d'objet dans lesquels on peut obtenir des images raisonnablement net tes se chevauchent, de sorte qu'on obtient des images raisonnablement nettes de tous les ob jets dont les distances à l'objectif sont com prises dans le domaine de distances continu comprenant les deux domaines de distances qu'on vient de mentionner.
En pratique, il est généralement désirable que le diamètre extérieur de la zone extérieure C=' de la plaque soit compris entre 1,5 et 6,0 fois le diamètre extérieur de la zone centrale <I>CI.</I> La valeur inférieure est préférable, dans les cas où l'on désire conserver la profondeur du champ de l'objectif même lorsque l'ouver ture efficace de celui-ci est réduite à une valeur relativement faible au moyen d'un diaphragme. Dans un exemple pratique, ce rapport des dia mètres est de 3,25, l'épaisseur de la zone exté rieure<B><I>'</I></B> de la plaque étant égale à 0,043 F et celle de la zone centrale CI de 0,054 F, F étant la distance focale équivalente de l'ob jectif.
Le décalage du plan focal arrière B dû à l'adjonction d'une plaque à plans parallèles d'épaisseur d est donné par l'expression <I>(n - 1)</I> d/n, où h est l'indice de réfraction moyen de la matière de la plaque. Ainsi, au cas où l'on utilise du verre présentant un indice de réfraction moyen de 1,613, le décalage du foyer arrière de<I>B à</I> B2 dû à la zone extérieure C' est, dans l'exemple ci-dessus, de 0,016 F, et le décalage de<I>B</I> en<I>BI</I> pour la zone centrale <I>CI</I> est de 0,021 F.
Le dispositif simple qu'on vient de décrire ne tient pas compte des aberrations introduites par l'épaisseur de la plaque, spécialement dans la zone centrale, et en fait le dispositif intro duit une certaine déformation et celle-ci pro duit un certain doublage de l'image. Cet effet peut être éliminé en formant une surface asphé- rique sur la zone centrale<I>CI.</I> Cependant, en pratique, on a constaté qu'en utilisant une sur face sphérique peu profonde constituant une approximation de la surface asphérique théori quement correcte, on peut obtenir une correc tion très satisfaisante de la déformation et réduire ainsi le doublage de l'image à des pro portions négligeables.
Cette surface sphérique concave de la zone centrale<I>CI</I> a pour effet de produire une légère différence entre les distan ces focales équivalentes respectives relatives aux deux zones. Cependant, en pratique, cette différence peut être maintenue assez faible pour être négligeable, par exemple inférieure à 0,2 %, tout en assurant une correction adé quate de la déformation. Dans l'exemple numé rique donné ci-dessus, un rayon convenable pour ladite surface sphérique est de 37 F.
Au lieu de constituer le dispositif pour l'augmentation de la profondeur du champ d'un objectif par une pièce de verre unique, on peut obtenir un effet analogue, comme repré senté à la fig. 2, en collant un disque central <I>DI,</I> présentant de préférence une surface exté rieure légèrement incurvée pour la correction de la déformation, à une plaque à plans paral lèles D2. De plus, dans certains cas, il est pos sible de réduire l'épaisseur de la zone exté rieure à zéro,
le disque central<B>El</B> pour la zone centrale étant alors supporté par un croi sillon à trois bras E, comme représenté à la fig. 3.
Dans une autre forme d'exécution particu lièrement avantageuse et dont deux variantes sont représentées aux fig. 4 et 5, la zone exté rieure est formée par un anneau à plans paral lèles F2 présentant un trou central dans lequel un bouchon plus épais<I>FI</I> est ajusté, pour for mer la zone centrale. L'une des surfaces du bouchon<I>FI</I> est de préférence incurvée pour assurer la correction de la déformation de la manière décrite ci-dessus.
Les variantes des fig. 4 et 5 diffèrent l'une de l'autre en ce que, dans l'une d'elles, la surface incurvée est orien tée vers l'arrière, tandis qu'elle est orientée vers l'avant dans l'autre. Afin d'éviter une obstruc tion de l'objectif et de ne pas gêner la forma tion de l'image par des réflexions internes aux surfaces de contact entre le bouchon et l'an neau, il est préférable de polir les deux sur faces en contact et de fixer les deux pièces l'une à l'autre au moyen d'une colle choisie de ma nière que les indices de réfraction moyens de la colle et des deux pièces de verre soient ap proximativement les mêmes.
La fig. 6 représente une autre forme d'exé cution qui peut être considérée comme une modification de la forme d'exécution représen tée à la fig. 2 et qui est destinée à faciliter le centrage précis du disque supplémentaire. Dans cette forme d'exécution, une plaque à plans parallèles G= est pourvue d'une dépres sion centrale peu profonde à surface concave sphérique et un disque central GI présente une surface incurvée de façon correspondante et par laquelle il est collé dans la dépression de la plaque G<B>2</B>.
Cette forme d'exécution présente un avantage supplémentaire du fait qu'en uti lisant pour le disque central GI une matière présentant un indice de réfraction moyen légè rement différent de celui de la matière de la plaque principale G'2, cette différence d'indice étant, par exemple, inférieure à 0,09, il devient possible de corriger également les légères aber rations sphérique et chromatique introduites par l'épaisseur du disque GI.
Dans un exemple de réalisation de cette forme d'exécution, dans lequel l'ouverture nu mérique de la zone centrale est environ égale à un septième, l'épaisseur de la plaque à plans parallèles G dans la zone extérieure est d'en viron 0,043 F et l'épaisseur totale dans la zone centrale est de 0,054F. La matière utilisée pour la plaque G'= présente un indice de réfrac tion moyen égal à 1,572 et un nombre Abbé V de 57,7, tandis que la matière utilisée pour l'élément supplémentaire GI présente un indice de réfraction moyen de 1,612 et un nombre Abbé V de 44,9.
Le rayon de courbure de la surface collée entre le disque et la plaque est égal à 8 F et le rayon de courbure de la sur face arrière exposée à l'air de l'élément supplé mentaire est égal à 30 F, cet élément supplé mentaire étant collé à la surface arrière de la plaque à plans parallèles et la convexité de ces deux surfaces étant orientée vers l'avant.
Dans les formes d'exécution décrites jus qu'ici, l'organe afocal présente des zones à plans parallèles, sauf en ce qui concerne la légère courbure destinée à corriger une défor mation. Cependant, on se rendra compte que cet organe peut être soumis à ce qu'on appelle couramment une flexion, c'est-à-dire qu'on peut ajouter une même courbure à chacune des surfaces, comme indiqué schématiquement et à titre d'exemple à la fig. 7, pour la forme d'exécution représentée à la fig. 4.
De façon semblable, un disque central correspondant au disque<B>El</B> de la fig. 3 pourrait avoir sa surface frontale incurvée pour s'adapter à la courbure de la surface arrière de l'objectif et pourrait être collée à celle-ci, la même courbure étant ajoutée à celle de la surface arrière du disque.
La profondeur du champ obtenue à l'aide d'un organe afocal à deux zones tel que ceux décrits ci-dessus peut être encore augmentée, si on le désire, en augmentant le nombre de zones de différentes épaisseurs. Par exemple, la fig. 8 représente un dispositif à trois zones, analogue à celui représenté à la fig. 4 et com prenant un bouchon central<I>HI</I> disposé à l'in térieur d'un anneau H'' qui est à son tour dis posé à l'intérieur d'un anneau H,. Dans un exemple pratique de cette forme d'exécution, les diamètres extérieurs des trois zones sont dans les rapports 3 : 2 : 1, et les épaisseurs des zones extérieure, intermédiaire et centrale sont respectivement de 0,043 F, 0,054 F et 0,063 F.
Pour la correction de la déformation, dans cet exemple, la surface de la zone centrale pré sente un rayon de courbure de 20 F et celle de la zone intermédiaire présente un rayon de 37 F. En général, dans un dispositif à trois zones, il est préférable que le diamètre de la zone centrale ne soit pas inférieur à un dixième du diamètre total de l'organe afocal.
Dans tous les dispositifs décrits jusqu'ici, l'organe afocal est destiné à être placé dans l'espace de convergence situé derrière la sur face arrière de l'objectif, mais il convient de mentionner qu'il est désirable que cet organe soit placé aussi près que possible du dia phragme de l'objectif. Cette condition a géné ralement pour conséquence pratique que l'or gane afocal est disposé immédiatement en ar rière de la surface arrière de l'objectif comme, par exemple, dans le dispositif de la fig. 10, dans lequel l'organe afocal<I>FI,</I> F'= de la fig. 4 est placé à côté du diaphragme<I>JI</I> d'un objec tif J sous forme d'un simple ménisque.
De même, lorsque le diaphragme est placé dans un espace intérieur de l'objectif dans lequel les rayons sont convergents, une position avanta geuse pour l'organe afocal est au voisinage im médiat de ce diaphragme. Ainsi, à la fig. 9, on a représenté un objectif triple de Cooke modi fié comprenant un simple élément divergent L2 disposé derrière un simple élément convergent <I>LI</I> et en avant de deux simples éléments con vergents L-# <I>et LI</I> corrigés par rapport à un diaphragme M disposé dans l'espace compris entre les deux éléments avant<I>LI</I> et L2, où les rayons sont convergents.
L'organe afocal<I>FI,</I> F=', représenté à titre d'exemple comme étant du type décrit ci-dessus en regard de la fig. 4, est disposé à côté du diaphragme M.
Il n'est pas essentiel pour le fonctionne ment du dispositif que l'organe afocal soit placé dans un espace dans lequel les rayons sont convergents et la fig. 11 représente un objectif<I>LI,</I> L2, L et<I>LI</I> semblable à celui de la fig. 9, sauf.qu'il comprend un diaphragme <I>MI</I> qui est disposé dans l'espace compris entre les éléments<I>L='</I> et L3, dans lequel les rayons sont divergents, l'objectif étant corrigé par rap port à ce diaphragme.
Dans cet exemple, un organe afocal<I>NI -</I> N2 est disposé à côté du dia phragme<I>MI</I> mais, comme les rayons sont di vergents dans l'espace où ce diaphragme est placé, la zone centrale de l'organe afocal doit présenter la plus petite épaisseur. Dans l'exem ple représenté, l'organe afocal est fait d'une seule pièce de verre dont une zone centrale<I>NI</I> présente une plus petite épaisseur que sa zone extérieure N2 et, pour corriger l'erreur de dé formation, la surface de la zone centrale<I>NI a</I> une forme incurvée convexe.
On peut concevoir diverses formes d'exé cution d'un organe afocal destiné à être utilisé dans un espace où le faisceau de rayons est divergent, la construction de cet organe variant de manière analogue à celle décrite en regard des fig. 2 à 8 pour un organe destiné à être placé sur le parcours d'un faisceau de rayons convergent. Quelques formes d'exécution de ce genre d'organe sont représentées à titre d'exemple aux fig. 12 à 15. Ainsi, la fig. 12 représente un organe afocal ayant la forme d'un simple anneau O=' d'une épaisseur appro- priée pour une zone centrale d'épaisseur nulle.
L'organe afocal représenté à la fig. 13 est cons titué par une plaque à plans parallèles<I>PI</I> sur laquelle un anneau P2 est collé, la zone cen trale située à l'intérieur de cet anneau présen tant une surface incurvée et convexe destinée à assurer la correction de déformation désirée. La forme d'exécution représentée à la fig. 14 comprend un bouchon central QI collé à l'in térieur d'un trou central d'un anneau Q2 de plus grande épaisseur.
La forme d'exécution de la fig. 15 comprend trois zones, l'organe afocal étant constitué par une plaque RI sur laquelle est collé un anneau R2 portant un autre anneau R3 également collé.