CH262839A - Optical device having an objective. - Google Patents

Optical device having an objective.

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CH262839A
CH262839A CH262839DA CH262839A CH 262839 A CH262839 A CH 262839A CH 262839D A CH262839D A CH 262839DA CH 262839 A CH262839 A CH 262839A
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CH
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compensating
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lens
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French (fr)
Inventor
Garutso Stephen Evdokimovich
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Garutso Stephen Evdokimovich
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/02Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Description

  

  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.

 

Claims (1)

REVENDICATION Dispositif optique présentant un objectif, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément 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. SOUS-REVENDICATIONS 1. Dispositif selon la revendication, carac térisé en ce qu'il comprend plusieurs éléments compensateurs dont les ouvertures centrales ont des aires différentes. 2. Dispositif selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures centrales des éléments compensa teurs ont des diamètres variant entre un hui- dème et trois quarts environ du diamètre de l'élément compensateur. CLAIM Optical device having an objective, 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. SUB-CLAIMS 1. Device according to claim, characterized in that it comprises several compensating elements whose central openings have different areas. 2. Device according to claim and sub-claim 1, characterized in that the central openings of the compensating elements have diameters varying between one hui- deme and approximately three quarters of the diameter of the compensating element. 3. Dispositif selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que les éléments compensateurs sont coaxiaux avec l'objectif ordinaire et ont des diamètres exté rieurs tels qu'ils laissent passer sensiblement le même faisceau lumineux que l'objectif ordi naire. 3. Device according to claim and sub-claim 1, characterized in that the compensating elements are coaxial with the ordinary lens and have external diameters such that they pass substantially the same light beam as the ordinary lens. .
CH262839D 1945-03-07 1946-02-22 Optical device having an objective. CH262839A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3732260A1 (en) * 1986-09-22 1988-07-28 Olympus Optical Co OPTICAL SYSTEM FOR ENDOSCOPES

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