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"JEU D'OPTIQUE UNIQUE, POUR LA CONSTITUTION D'OBJECTIFS ANASTIGMATS DE DIFFERENTES LONGUEURS FOCALES ET APPLI- CATIONS" Les pièces d'optique, qui entrent dans
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la constitution des objectifs employés pour la photographie ou pour la projection, sont déterminées en fonction de la longueur focale de l'objectif à constituer. Elles doivent être remplacées par d'autres pour l'établisse- ment d'un objectif d'une autre longueur fo- cale.
Il s'ensuit qu'après avoir établi un objectif photographique d'un type déter- miné, l'opticien doit construire autant de jeux d'optique différents qu'il envisage de longueurs focales différentes pour les ob- jectifs de la même série.
On sait, d'autre part, que la lon- sueur focale d'un objectif dépend non seulement des caractéristiques numériques des lentilles qui le constituent, mais encore des inter- valles d'air qui séparent ces lentilles. Mais il est bien évident que par le réglage des in- tervalles d'air, on ne peut, en général, mo- difier, que dans de très faibles limites la longueur focale de l'objectif, si l'on veut conserver la bonne qualité optique de l' image.
Ceci est particulièrement vrai lors- qu'il s'agit d'objectifs anastigmats construits à la manière ordinaire qui donnent, comme on le sait, des images dont la perfection est très sen- sible au moindre déréglage des distances.
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La combinaison optique qui fait l'objet de la présente invention est calculée, au contraire de manière qu'on puisse constituer, au moyen des mêmes lentilles, toute une série d'objectifs anastigmats, de longueurs focales différentes, entre des limites très étendues, tout en conservant, pour chaque longueur focale, la bonne correction des aberrations, tant chromatiques que géo- métriques.
Cette combinaison est, en particulier, toute désignée pour la constitution d'objectifs dont la lon- gueur focale doit varier d'une manière continue, sans modification de la mise au point.
L'objet de la présente invention est un triplet, c'est-à-dire un système optique formé de trois systèmes partiels, relativement minces, séparés par deux inter- valles d'air d'épaisseur finie, liais les considérations sur lesquelles repose son calcul sont totalement diffé- rentes de celles qui servent de base à l'établissement des triplets anastignats du type de Dennis Taylor et de ses dérivés.
En effet, tandis que les triplets habituels sont disposés de telle manière que le système partiel divergent est'placé entre les deux systèmes convergents, dans. la disposition nouvelle, le système divergent est placé à l'extérieur.
On connait déjà des combinaisons à système di- vergent placé à l'extérieur, comme le sont, par exemple, les télé-objectifs. Mais dans ces derniers, la combinaison divergente est placée en arrière de la combinaison objec- tive proprement dite, c'est-à-dire du côté où l'image doit être enregistrée.
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Dans la disposition nouvelle, au contraire, l'élément divergent est placé du côté de l'objet, ou de l'écran de projection s'il-s'agit d'un objectif de projection.
En outre, dans cette disposition nouvelle on a réparti les puissances optiques des éléments cons- tituants sans s'astreindre à permettre l'emploi du système convergent dépourvu de son système amplifi- cateur. En d'autres termes, conformément à l'invention, le système divergent est un élément optique essentiel de la combinaison et non une bonnette amplificatrice.
On peut ainsi obtenir un champ anastigmatique plan avec une plus grande ouverture relative (luminosité) de l'ensemble.
Enfin, l'objectif qui est décrit ci-après n' est pas très sensible aux défauts de centrage, tandis que dans la construction des-anastigmats, le centrage très exact des éléments devient une nécessité impérieuse incomtatible en particulier avec la mobilité de ces élé- ments, dans le cas où l'on voudrait faire varier la longueur focale volonté par la variation de l'écar- temeat des lentilles, comme il est proposé de le faire dans Implication décrite ci-après.
Sur les figures 1, 2 et 3 respectivement du dessin annexé on a représenté d'une façon schématique et à titre d'exemple une application d e l'invention à la construc- tion, avec le même jeu d'optique, de trois triplets anastigmats pour appareil de prise de vues, triplets dont les longueurs focales sont de 70 mm. de 100 mm. et de 140 mm. Dans les trois- figures, les mêmes éléments sont indiqués par les mêmes signes de référence. Comme le montre le dessin, le nouvel objectif est constitué :
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1 - par un système divergent D;
2 - par un système convergent C;
3 - par un système convergent C' pratiquement identique au système convergent C.
Le système divergent D qui est le pre- mier système traversé par la lumière provenant de 1' objet (il faut entendre par "objet" celui des deux plans conjugués qui est le plus éloigné de l'objectif), à une longueur focale égale en valeur absolue, à peu près, à la moyenne géométrique des valeurs extrêmes entre lesquelles on désire faire varier la longueur focale de l'objectif résultant.
Par exemple, si la longueur focale ré- sultante doit varier antre 70 mm. et 140 mm. le système divergent aura une longueur focale voisine de -100 mm.
Pour des raisons qui seront données plus loin, ce système sera corrigé par lui-même des aberrations chromatique et sphérique, et satisfera à la condition des sinus. Ledit système est, par exemple, un objectif formé de deux lentilles collées, du type Clairaut-Mossotti, mais de puissance négative.
Ce système donne, del'objet situé en avant, une image virtuelle XU, dont la position, voisine de son plan focal-image, est amenée, par déplacement du système, à se former à une distance fixe de la pla- que photographique, représentée en X'-U'. C'est en cette opération que consiste la mise au point de l' objectif sur la distance de l'objet.
Les deux autres systèmes C et C' sont tous deux convergents ; ils ont des longueurs focales qui peuvent être quelconques entre certaines limites à condition toutefois qu'elles soient notablement supérieures (au moins en ce qui concerne le système C) à la valeur absolue de la longueur focale du système
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divergent D, ceci afin qu'on puisse amener matérielle- ment le système C à la distance de l'image vittuelle X-U qu'implique l'obtention de la plus grande longueur focale demandée à l'ensemble de l'objectif.
Pratiquement, les deux systèmes C et C' seront identiques. Ils seront séparément corri- gés de l'aberration chromatique et de l'aberration sphérique pour le point-objet situé à l'infini. Il n'est pas utile qu'ils satisfassent séparément à la con- dition des inus. Il est même préférable, pour la correc- tion finale de la courbure de champ, de laisser subsis- ter de la coma dans chaque système partiel.-
Par exemple, ces systèmes seront ce qu'on appelle des"achromats" ordinaires, c'est-à-dire des objectifs formés de deux lentilles minces collahles du type de Clairaut.
On sait qu'avec deux verres donnés, d'indice et de dispersion différents, un crown et un flint, par exemple, on trouve, en général, deux formes d'objectifs satisfaisant à ces conditions. Ces formes présentent de la coma qui est dirigée en sens contraire dans chacune des solutions.
Il convient de choisir celle des deux formes qui présente la pointe de l'aigrette tournée vers le centre du champ, comme on le fait pour l'établisse- ment des objectifs du type de 1¯'aplanat. la distance X-X' qui sépare la pre- mière image virtuelle X-U de la plaque photographique, doit être notablement plus grande que la somme des lon- gueurs focales des systèmes 0 et C', de manière que si l'on amène le foyer-objet de C en coïncidence avec X-U, on puisse amener le plan-focal image de C' en coïncidence avec X-U' fixe, en conservant encore une distance notable entre C et C',
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Les trois systèmes D, C et C' sont suppor- tés dans une monture qu'on fixe sur l'appareil de prise de vue, ou, le cas échéant, sur l'appareil de projection.
On examinera maintenant comment, au moyen des systèmes divergent D et convergents C et C' xxx décrits plus haut, on obtient la correction des aberrations : a) le système divergent D relativement mince, donne de l'objet, situé au loin, une image virtuelle X-U corrigée des deux aberrations chroma" tiques,de l'aberration sphérique et de la coma.
L'image n'est entachée que d'astigmatisme, de cour- bure de champ et de distorsion. Cette dernière dis- parait, dans les limites de précision de la dioptrique du troisième ordre, si l'on place le diaphragme au voisinage du système divergent D. C'est ce qu'on suppose dans le système envisagé.
La valeur du coefficient d'astigmatisme A est alors égale à la puissance de cette lentille, soit ici A =-1. D'autre part, la courbure de Petzval p1 = - Ó /n est toujours de l'ordre de = 3.4 et peut varier pratiquement entre +0,65 et +1.
Dans le cas envisagé, on restera, pour ce système D, au-dessous de la moyenne, et on prendra par exemple Pl = +0.7.
Les deux courbures f s et Ó t des images focales, sagittale et tangentielle, sont alors, d' après les formules de Breton de Champ : s = P1 A = + 1,7
P t = p1=3A- + 3,7 le signe + indiquant que l'image est convexe sur la lumière incidente.
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La courbure moyenne, celle de l'image cir- culaire, sera alors =1/2 ( p = p t ) = +2,7 b) On considérera maintenant l'action des deux autres systèmes. Pour faciliter l'exposé, on les placera dans la position où le transport de l'image X-U en X'-U' se fait à égalité de grandeur.
Les aberrations chromatique et sphérique sont corrigées dans ce transport. Il en est de même de la coma et de la distorsion, par suite de la symétrie. Et ceci est indépendant de la distance qui sépare C de C'.
11 reste donc à examiner seulement l'as- tigmatisme et la courbure de champ, dont les valeurs dépendent, elles, de cette distance.
On montrera qu'on peut choisir les puissances jusqu'ici arbitraires de ces systèmes, ainsi que leur écartement, de manière à corriger exactement l'astig matisme et la courbure de champ introduite par le système divergent D.
Pour la courbure de Petzval de l'ensemble du système,. on a :
P +¯ /N + O,7 + 2 P' Ó désignant la puissance de chaque système C ou C' et P' un coefficient numérique qu'on peut choisir à volonté entre 0,65 et 1.
Il ne convient pas d'annuler tout à fait la courbure de Petzval de l'ensemble, mais de lui conserver une petite valeur négative choisie selon l'étendue du champ. Par exemple, on fera P = -0.2. D'où:
2 P'Ó =0.9 f = 2 P'/ 0.9
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Connaissant, d'une part, la courbure de Petzval de chaque système C et C' et connaissant d'autre part, la valeur du coefficient de coma qu'on a laissé subsister intentionnellement dans l'éta- blissement de ces systèmes, on sait comment on peut calculer la distance qu'il faut prévoir entre ces systèmes pour faire prendre à la courbure de l'image telle valeur qu'on veut, et en particulier une cour- bure égale et de signe contraire à celle qu'avait introduite le système divergent.
Lorsqu'on a déterminé ainsi le système dans son ensemble, on retouche ensuite les valeurs des rayons de courbure, par voie de calcul trigonométrique, a,fin d'obtenir la meilleure correction des images, pour la plus petite longueur focale, en ce qui concerne l'étendue du champ, et pour la plus grande longueur focale, en ce qui concerne les aberrations sur l'axe.
Dans ce qui suit on a décrit,à titre d'exem- ple, un jeu d'optique'pour la construction d'un objectif de projection cinématDgraphique à grande luminosité, de longueur focale quelconque entre 70 mm. et 140 mm. établi conformément à l'invention. Sur le dessin, la lettre r se rapporte aux rayons de courbure des différentes surfaces, la lettre g aux distances entre lesdites surfaces, la lettre n aux indices de réfraction des lentilles et la lettre 1) à l'indice de dispersion. Les indices accompagnant les lettres r et 1 correspondent aux nombres que porte le dessin.
I) Lentille divergente D :
F = - 100 mm. Diamètre : 40 mm. r1 = 60 mm. borosilicate crown e2 = 2,5 mm. n = l.51 ; v =65 r3 = + 45 mm. flint dense : e4 = 4 mm. n = 1.62: v = 36 r5 = +150 mm.
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II - Lentilles convergentes C et 0'
F. = 150 mm. Diamètre :50 mm. r7 * 0 r17 = + 150 mm. Baryum crown ;
EMI10.1
8 I6 1' Stmn, n = 1, 58 ;1= 56,5 r9 = - r15 = - 35 mm. flint dense ;
EMI10.2
610,= e14 r. n =162 ; ' ¯ 9, rll= - r13 = ... 140mm. l5 140
Les jeux d'optique qui viennent d' être décrits sont tout particulièrement utiles pour la construction d'objectifs à longueurs focales va- riables d'une manière continue entre certaines li- miteset à mise au point fixe pour toutesleslon- gueurs focales.
Les trois éléments D, C et C' sont alors supportés dans une monture qui laisse entre les positions relatives de ces éléments deux degrés de liberté choisis de la façon suivante :
1 - l'ensemble des trois systèmes est mobile par rapport au plan X'-U' dans lequel on refor- me une image définitive et, pour chaque distance de l'objet, on amène ledit ensemble dans une position telle que l'image virtuelle de l'objet, donnée par le système divergent, se forme à une distance fixe (X-X' = L) de la plaque photographique.
2 - les systèmes C et C' sont mobiles selon l'axe de l'objectif mais la valeur du déplacement de l'un des systèmes diffère de celle du déplacement de l'autre système suivant une relation voulue qui doit répondre à la condition que, pour toute configuration du système les plans fixes X-U et X'-U' (plan objet et plan image) doivent rester conjugués.
Le déplace- ment de l'ensemble des systèmes se fait à la façon connue ; quant aux déplacements des systèmes C et C' relativement au système divergent D et l'un relative- ment à l'autre, suivant les rapports précités, on les
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réalise par exemple au moyen de deux rampes diffé- rentesà pas variable, chacun dessystèmesétant par exemple monté dans un dispositif pourvu d'un doigt qui s'engage dans une rainure constituant ladite rampe et ce dispositif entraînant par sa simple ro- tation le déplacement du système correspondant sui- vant son axe.