Dispositif optique présentant un objectif. La présente invention se rapporte à un dispositif optique présentant un objectif au quel est adjoint au moins un élément com pensateur servant à augmenter la profondeur du champ focal de cet objectif. Ce dispositif est utile, par exemple, en photographie pour les prises de vues ordinaires ou cinématogra phiques et en télévision.
Suivant l'invention, ce dispositif se carac térise en ce qu'il comprend au moins un élé ment compensateur disposé de façon à être traversé par une partie du faisceau lumineux qui passe à travers l'objectif, cet élément étant annulaire et formé par la partie péri phérique d'une lentille.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue latérale d'un élément compensateur.
La fig. 2 est une coupe diamétrale faite suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est un schéma montrant l'effet optique d'un élément compensateur appli qué à un objectif d'un type connu.
La fig. 4 est un schéma d'un dispositif optique comprenant quatre éléments compen sateurs.
L'élément compensateur, représenté sur les fig. 1 et 2, est annulaire et constitue la zone périphérique d'une lentille en matière trans parente et réfringente. Le diamètre de l'élé ment, celui de l'ouverture, la puissance opti- que de la zone extérieure et l'espacement des éléments dans le système de lentilles, dépen dent des conditions d'utilisation des éléments compensateurs, comme on l'indiquera plus loin.
La fig. 3 représente un élément compen sateur de ce genre combiné avec un système de lentilles ordinaire d'un type connu. L'élé ment compensateur est désigné par 20 et le système de lentilles ordinaire comprend les lentilles 22, 23 et 24 ainsi qu'un diaphragme 25. Les objets à projeter ou à photographier sont situés sur la gauche et l'écran ou la pla que photographique est à droite. Hl et HZ indiquent les plans principaux du système ordinaire, et hl et h2 indiquent les plans prin- eipaux correspondants de l'élément compen sateur.
b' est le plan focal dans lequel se forme rait une image avec le système ordinaire, non compensé, s'il était seul, pour les objets si tués à l'infini. .F3 désigne le plan dans le quel le système ordinaire, non compensé, s'il était seul, produirait une image d'un objet situé en P (flèche) qu'on peut prendre comme étant, par exemple, à un mètre de la lentille. Cette image est indiquée par le point de rencontre des rayons Li et L qui, partant du point P, passent respectivement par le centre optique et par les bords extérieurs de l'objectif.
(La place limitée ne permet pas de représenter les distances avec des proportions correctes.) Si alors le système ordinaire est au point pour l'infini optique, les images des objets situés à cette distance seront bien au point dans le plan F. Mais l'image de l'ob jet P situé à Lui mètre ne sera pas du tout au point dans ce plan, comme l'indique la dif férence D entre ce plan et le point Pi qui re présente le foyer conjugué de P pour cet ob jectif.
Si l'on considère l'effet de l'élément com pensateur seul (c'est-à-dire en supposant qu'on ait enlevé les lentilles), il est évident que le chemin suivi par -un rayon partant du point P et passant par le centre de l'ouver ture qui coincide avec le centre optique de cet élément,
sera celui qui est indiqué par L I. La puissance optique de l'élément compensateur peut être choisie de faon que le rayon lumi neux LZ qui part du point P et traverse la niasse de l'élément coupera l'axe principal en un point Pl tel que le rayon soit alors pa rallèle au rayon Lg qui passe par le centre optique, comme l'indique le dessin.
Comme ces rayons sont parallèles, l'image PZ de l'ob jet P formée par ces rayons sera rejetée à l'infini. Si maintenant on utilise simultanément l'élément compensateur et le système ordi- v.aire, l'image de P formée à l'infini par l'élé ment compensateur servira d'objet fictif pour le système ordinaire et l'image finale de P se formera dans le plan<B>P</B> au lieu du plan b'3;
c'est-à-dire que l'image finale sera déplacée, grâce à l'élément compensateur, de la distance D (fig. 3).
En raison de l'effet qui vient d'être indi qué, si l'on utilise simultanément l'objectif ordinaire et l'élément compensateur, on pourra obtenir simultanément des images nettes d'objets situés à l'infini et d'objets si tués en P, ces images se formant dans le même plan.
Dans ce qu'on vient d'exposer à l'aide de la fig. 3, on a essayé d'expliquer la théorie qui rend compte des résultats obtenus en se reportant au cas simple d'un seul élément compensateur. Par l'emploi d'un seul élément, on obtiendra déjà des résultats supérieurs à ceux obtenus avec des dispositifs connus. On a découvert cependant qu'on obtenait des ré sultats bien meilleurs, au point de vue de l'universalité de la mise au point, en utili sant plusieurs éléments compensateurs ré partis le long de l'axe optique.
Les divers élé ments compensateurs doivent avoir des dia mètres extérieurs à peu près égaux à ceux des lentilles normales dont ils sont respective ment voisins, de faon à laisser passer le même faisceau lumineux et les ouvertures cen trales doivent, en général, être différentes pour les différents éléments.
Dans ce dispo sitif, le groupe des éléments compensateurs considéré dans son ensemble aura son effet le plus grand sur les rayons qui traversent la zone extérieure (ce sont ceux qui causent les phis grands défauts de mise au point), tandis que les rayons seront de moins en moins affectés par le groupe des éléments compen sateurs à mesure qu'ils se rapprocheront du centre du faisceau.
La fig. 4 représente un système qui com prend quatre éléments compensateurs dans une disposition qu'on a trouvé donner d'excel lents résultats et qu'on peut considérer comme caractéristique de diverses modifications em ployées avec succès pour la prise de vues ci nématographiques.
Sur la fig. 4, les numéros de référence 22, 23, 24a et 24b désignent les lentilles, et 25 le diaphragme, d'in type connu d'objectif com posé utilisé pour la photographie. Avec cet objectif sont combinés quatre éléments com pensateurs figurés en A, B,<I>C et D.</I> A est fi guré immédiatement en avant du diaphragme et sur l'arrière de la lentille divergente 23. B est placé immédiatement derrière le dia phragme et sur l'avant de la lentille 24a. C et D sont voisins l'un de l'autre et à une faible distance<B>-</B>en arrière de la lentille 24b. Tous ces éléments compensateurs ont individuelle ment des pouvoirs réfringents relativement faibles.
A a mie ouverture axiale relative ment petite, de l'ordre du huitième de son diamètre. Les ouvertures de B, C et D vont progressivement en croissant, celle de D étant environ de trois quarts de son diamètre. L'or dre et la position des divers éléments com pensateurs les uns par rapport aux autres et par rapport aux lentilles de l'objectif peuvent varier considérablement sans sacrifice net sur les résultats. De même, le nombre des élé ments peut varier avec la profondeur de champ focal et la perfection de mise au point néces saires ainsi qu'avec l'ensemble de lentilles particulier que l'on se propose de compenser.
L'expérience montre que trois ou quatre élé ments compensateurs ou davantage, différant entre eux, comme on l'a indiqué plus haut, donnent de meilleurs résultats qu'un nombre inférieur d'éléments. Un seul élément com pensateur laissera subsister une zone qui ne sera pas au point et il donnera vraisembla blement quelques effets de duplication d'ima ges. On va donner maintenant des spécifica tions exactes pour le cas particulier d'un sys tème semblable à celui qui est représenté sur la fig. 4. Un objectif d'appareil de cinéma de 47 mm, de foyer et d'ouverture relative<B>1 2,5,</B> qu'on peut trouver dans le commerce, a des lentilles correspondant comme construction aux éléments 22, 23, 24a et. 24b de la fig. 4, et un diaphragme placé comme indiqué en 25 sur cette figure.
Les lentilles 22 et 24b ont 20 mm de diamètre et les lentilles 23 et 24a 7 7 mm. On obtiendra d'excellents résultats du genre de ceux qu'on a indiqués plus haut, si l'on ajoute à cet objectif quatre éléments com pensateurs placés dans les positions désignées par<I>A, B, C et D,</I> ayant des diamètres exté rieurs respectivement égaux à ceux des lentil les auprès desquelles ils se trouvent et des dia mètres intérieurs (ouvertures) indices de ré fraction et courbures respectivement comme suit:
EMI0003.0004
Elément <SEP> Diamètre <SEP> Courbure <SEP> Indice <SEP> de
<tb> compensateur <SEP> intérieur <SEP> en <SEP> dioptries <SEP> réfraction
<tb> A <SEP> 2 <SEP> mm <SEP> 0,25 <SEP> 1,523
<tb> B <SEP> 7 <SEP> mm <SEP> 0,25 <SEP> 1,.523
<tb> C <SEP> 12 <SEP> mm <SEP> 0,25 <SEP> 1,523
<tb> D <SEP> 15 <SEP> mm <SEP> 0,50 <SEP> 1,523 Les éléments compensateurs A et B sont placés aussi près que possible des lentilles 23 et. 24a respectivement. Les éléments compen- sateurs <I>C et D</I> sont placés de même près l'un de l'autre et écartés du centre de la face voi sine de la lentille 24b d'environ iui milli mètre. Les diamètres extérieurs donnés dans cet exemple pour les lentilles sont les diamè tres utiles.
De nombreux essais avaient été faits jus qu'ici pour obtenir une mise au point simul tanée dans un même plan d'objets situés à des distances très différentes. Ces efforts avaient échoué probablement parce qu'on uti lisait un certain nombre de lentilles indivi duelles séparées pour les diverses distances, chacune mise au point, ou construite de façon à avoir une distance focale pour une certaine distance. On a constaté en utilisant ces dispo sitifs qu'ils donnaient inévitablement des images doubles, dont certaines peuvent. être individuellement nettes, mais qui, dans l'en semble, causent de la distorsion et une sensa tion désagréable de défaut de mise au point quand on considère la photographie résul tante, et ces résultats étaient commerciale ment inacceptables.
Les éléments compensa teurs décrits évitent ces défauts, ils donnent une forte impression de netteté pour les pho tographies et les résultats se sont révélés par faitement acceptables pour des buts commer ciaux.
Optical device having an objective. The present invention relates to an optical device having an objective to which is added at least one compensating element serving to increase the depth of the focal field of this objective. This device is useful, for example, in photography for ordinary or cinematographic shots and in television.
According to the invention, this device is characterized in that it comprises at least one compensating element arranged so as to be traversed by a part of the light beam which passes through the objective, this element being annular and formed by the peripheral part of a lens.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a side view of a compensating element.
Fig. 2 is a diametrical section taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a diagram showing the optical effect of a compensating element applied to a lens of a known type.
Fig. 4 is a diagram of an optical device comprising four compensating elements.
The compensating element, shown in fig. 1 and 2, is annular and constitutes the peripheral zone of a lens made of transparent and refractive material. The diameter of the element, that of the aperture, the optical power of the outer zone and the spacing of the elements in the lens system, depend on the conditions of use of the compensating elements, as is the case. will indicate further.
Fig. 3 shows such a compensating element combined with an ordinary lens system of a known type. The compensating element is designated as 20 and the ordinary lens system consists of the lenses 22, 23 and 24 as well as a diaphragm 25. The objects to be projected or photographed are located on the left and the screen or plate. photographic is on the right. Hl and HZ indicate the main planes of the ordinary system, and hl and h2 indicate the corresponding main planes of the compensating element.
b 'is the focal plane in which an image would be formed with the ordinary system, uncompensated, if it was alone, for objects so killed at infinity. .F3 designates the plane in which the ordinary, uncompensated system, if it were alone, would produce an image of an object located at P (arrow) that can be taken as being, for example, one meter from the lens. This image is indicated by the meeting point of the Li and L rays which, starting from the point P, pass respectively through the optical center and through the outer edges of the objective.
(The limited space does not allow to represent the distances with correct proportions.) If then the ordinary system is in point for optical infinity, the images of objects located at this distance will be in point in the plane F. But l The image of the object P located at Him meter will not be at all in focus in this plane, as indicated by the difference D between this plane and the point Pi which represents the conjugate focus of P for this objective .
If we consider the effect of the compensating element alone (i.e. assuming that the lenses have been removed), it is evident that the path followed by -a ray starting from point P and passing through the center of the aperture which coincides with the optical center of this element,
will be the one indicated by L I. The optical power of the compensating element can be chosen so that the light ray LZ which starts from point P and crosses the mass of the element will intersect the main axis at a point Pl such that the ray is then parallel to the ray Lg which passes through the optical center, as indicated in the drawing.
As these rays are parallel, the PZ image of the object P formed by these rays will be rejected to infinity. If now the compensating element and the ordinary system are used simultaneously, the image of P formed ad infinitum by the compensating element will serve as a fictitious object for the ordinary system and the final image of P will be formed in the <B> P </B> plane instead of the b'3 plane;
that is to say that the final image will be moved, thanks to the compensating element, by the distance D (fig. 3).
Due to the effect just mentioned, if the ordinary lens and the compensating element are used simultaneously, sharp images of objects located at infinity and objects if killed in P, these images forming in the same plane.
In what has just been explained with the aid of FIG. 3, we have tried to explain the theory which accounts for the results obtained by referring to the simple case of a single compensating element. By using a single element, results will already be obtained which are superior to those obtained with known devices. It has been found, however, that much better results are obtained from the point of view of universality of focusing by using several compensating elements distributed along the optical axis.
The various compensating elements must have external diameters approximately equal to those of the normal lenses to which they are respectively adjacent, so as to allow the same light beam to pass and the central apertures must, in general, be different for them. different elements.
In this arrangement, the group of compensating elements considered as a whole will have the greatest effect on the spokes which pass through the outer zone (these are the ones which cause the most serious focusing defects), while the spokes will be of less and less affected by the group of compensating elements as they approach the center of the beam.
Fig. 4 shows a system which comprises four compensating elements in an arrangement which has been found to give excellent results and which may be regarded as characteristic of various modifications successfully employed for cinematographic photography.
In fig. 4, reference numerals 22, 23, 24a and 24b denote the lenses, and the diaphragm, of a known type of composite lens used for photography. With this lens are combined four compensating elements shown at A, B, <I> C and D. </I> A is shown immediately in front of the diaphragm and on the back of the diverging lens 23. B is placed immediately behind the diaphragm and on the front of the lens 24a. C and D are close to each other and at a short distance <B> - </B> behind the lens 24b. All of these compensating elements individually have relatively low refractive powers.
Has a relatively small axial opening, of the order of one-eighth of its diameter. The openings of B, C and D are progressively increasing, that of D being about three quarters of its diameter. The order and position of the various compensating elements relative to each other and relative to the objective lenses can vary considerably without sacrificing results. Likewise, the number of elements may vary with the focal depth of field and the perfection of focus required as well as with the particular set of lenses which it is intended to compensate.
Experience shows that three or four or more compensating elements, differing from each other, as indicated above, give better results than a smaller number of elements. A single compensating element will leave an area which will not be in focus and it will probably give some effects of image duplication. Exact specifications will now be given for the particular case of a system similar to that shown in FIG. 4. A 47mm cinema lens, <B> 1 2.5, </B> relative aperture and focal length commercially available, has lenses corresponding to the construction of 22 elements. , 23, 24a and. 24b of FIG. 4, and a diaphragm placed as indicated at 25 in this figure.
The lenses 22 and 24b have 20 mm in diameter and the lenses 23 and 24a 7 7 mm. Excellent results of the type indicated above will be obtained if we add to this objective four compensating elements placed in the positions designated by <I> A, B, C and D, </ I > having external diameters respectively equal to those of the lenses near which they are located and internal diameters (openings) refraction indices and curvatures respectively as follows:
EMI0003.0004
Element <SEP> Diameter <SEP> Curvature <SEP> Index <SEP> of
<tb> internal <SEP> compensator <SEP> in <SEP> diopters <SEP> refraction
<tb> A <SEP> 2 <SEP> mm <SEP> 0.25 <SEP> 1.523
<tb> B <SEP> 7 <SEP> mm <SEP> 0.25 <SEP> 1, .523
<tb> C <SEP> 12 <SEP> mm <SEP> 0.25 <SEP> 1.523
<tb> D <SEP> 15 <SEP> mm <SEP> 0.50 <SEP> 1.523 The compensating elements A and B are placed as close as possible to the lenses 23 and. 24a respectively. The compensating elements <I> C and D </I> are placed similarly close to each other and spaced from the center of the opposite face of the lens 24b by about one millimeter. The outside diameters given in this example for the lenses are the useful diameters.
Many attempts had been made so far to obtain a simultaneous focusing in the same plane of objects located at very different distances. These efforts had probably failed because a number of separate individual lenses were used for the various distances, each focused, or constructed to have a focal length for a certain distance. It has been found by using these devices that they inevitably give double images, some of which may. be individually sharp, but which in the aggregate cause distortion and an unpleasant feeling of out of focus when considering the resulting photograph, and these results were commercially unacceptable.
The compensating elements described avoid these defects, they give a strong impression of sharpness for the photographs and the results have been found to be entirely acceptable for commercial purposes.