FR2509057A1

FR2509057A1 - Lunette ou telescope infrarouge de type afocal

Info

Publication number: FR2509057A1
Application number: FR8211599A
Authority: FR
Inventors: Iain Alexander Neil; Michael Owen Lidwell; William Mccreath
Original assignee: Thales Optronics Ltd
Current assignee: Thales Optronics Ltd
Priority date: 1981-07-01
Filing date: 1982-07-01
Publication date: 1983-01-07
Also published as: IT8267816A0; NL8202540A; SE457754B; SE8203900D0; DE3223974A1; SE8203900L; BE893703A; IN159613B; CH663096A5; FR2509057B1; YU138082A; NO822299L; IT1155700B; US4486069A

Abstract

UN TELESCOPE AFOCAL 20 COMPREND NOTAMMENT UN SYSTEME D'OBJECTIF 21 ET UN SYSTEME D'OCULAIRE 23 ALIGNES SUR UN AXE OPTIQUE COMMUN 19. LE SYSTEME D'OCULAIRE EST FORME PAR UN TRIPLET COMPRENANT DES LENTILLES ELEMENTAIRES A, B, C, PARMI LESQUELLES LES LENTILLES A ET B ONT UNE PUISSANCE POSITIVE ET LA LENTILLE C A UNE PUISSANCE NEGATIVE. LE SYSTEME D'OCULAIRE 23 NE COMPORTE AUCUNE SURFACE ASPHERIQUE ET LES LENTILLES A, B, ET C PEUVENT ETRE EN GERMANIUM POUR LA BANDE 8-14MM OU EN SILICIUM POUR LA BANDE 3-5MM.

Description

" Lunette ou télescope infrarouge de type afocal " La présente invention

concerne les lunettes ou

les télescopes de type afocal.

L'apparition de systèmes infrarouges dirigés vers l'avant (encore désignés par le sigle FLIR) à hautes per-

formances a fait apparattre la nécessité de disposer de lu-

nettes ou de télescopes de type afocal à hautes performances, convenant à l'utilisation dans de tels systèmes Diverses

formes de télescopes ou de lunettes de ce genre ont été propo-

sées précédemment, mais l'exigence pratique d'un faible en-

combrement (c'est-à-dire d'une longueur hors tout réduite) et d'un champ étendu dans l'espace image de la lunette ou du télescope (c'est-à-dire l'espace de balayage), a imposé

d'avoir de faibles aberrations de champ et de pupille.

Pour parvenir à ceci, il est nécessaire d'utiliser un système de lunette ou de télescope à hautes performances comprenant un oculaire produisant de faibles aberrations de

champ et de pupille, et un objectif complémentaire.

L'invention porte sur une lunette ou un télescope

de type afocal comprenant un système d'objectif et un systè-

me d'oculaire ayant un axe optique commun, dans lequel le

système d'objectif est conçu de façon à accepter le rayonne-

ment dans la bande infrarouge qui provient d'une scène dis-

tante, et à former une image réelle de cette scène à l'in-

térieur de la lunette ou du télescope, tandis que le systè-

me d'oculaire est conçu de façon à recevoir le rayonnement

provenant de l'image et à fournir une image agrandie de lasce-

ne,au niveau d'une pupille réelle Selon l'invention,le systèmoe d'oculaire

est constitué par un triplet formé par trois lentilles élé-

mentaires ayant différentes puissances, parmi lesquelles deux ont des puissancespositives, la lentille élémentaire d'oculaire adjacente au système d'objectif a une puissance négative et elle présente une surface de réfraction concave du côté du système d'objectif et une surface de réfraction

convexe du c 8 té opposé au système d'objectif, et cette sur-

face convexe est séparée de la surface de réfraction adja-

cente de la lentille élémentaire centrale du triplet par un espace d'air qui, dans-la direction axiale, est pratiquement

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égal à zéro sur l'axe et dont la valeur augmente progressi-

vement lorsque la distance à partir de l'axe augmente.

Les lentilles élémentaires de l'oculaire sont de préférence exemptes de surfaces de réfraction asphériques, ce qui fait qu'elles sont optiquement et mécaniquement sim-

ples Avec quatre surfaces de réfraction pratiquement sphé-

riques et deux surfaces de réfraction pratiquement sphéri-

ques ou planes, les lentilles élémentaires sont faciles à fabriquer la lunette ou le télescope peut être conçu de

façon que son image réelle se trouve sur la surface de ré-

fraction de l'oculaire qui est la plus éloignée de la pupil-

le de sortie, ou au voisinage de cette Burface de réfraction, et cette configuration peut être avantageuse En-donnant une configuration biconvexe à la lentille élémentaire centrale

de l'oculaire, et en employant des épaisseurs centrales fai-

bles pour toutes les lentilles élémentaires, la transmission est maximisée, et la quantité de matière utilisée pour les

lentilles élémentaires est réduite au minimum Du fait qu'on-

peut concevoir le système d'oculaire avec de faibles aberra-

tions de champ et de pupille, on peut l'associer à divers systèmes d'objectif, soit à réfraction soit à réflexion, pour réaliser une lunette ou un télescope de type afocal, à

hautes performances et d'encombrement réduit.

Une ou plusieurs des lentilles élémentaires de

l'oculaire peuvent comporter des surfaces de réfraction as-

phériques dans le but d'améliorer encore davantage la mal-

trise de la pupille, et avec l'effet possible de minimiser

le surdimensionnement du système d'objectif, mais ces amé-

liorations n'ont que peu d'importance et elles sont obtenues

au prix d'une augmentation de coat considérable, pour fabri-

quer les surfaces asphériques, même lorsque, comme dans le cas présent, ces surfaces peuvent avoir un écart élevé et

de larges tolérances.

Les trois lentilles élémentaires du système d'ocu-

laire peuvent toutes être fabriquées en germanium qui a un indice de réfraction de 4,003 et une valeur V de 1182, et qui présente une région spectrale de transmission utile

dans la plage de longueur d'onde de 8-13 pm Selon une va-

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riante, les trois lentilles élémentaires peuvent toutes étre en silicium qui a un indice de réfraction de 3,425 et une valeur V de 524, et qui présente une région spectrale de

transmission utile dans la plage de longueur d'onde infra-

rouge de 3-5 pm Les trois lentilles élémentaires sont de. préférence toutes constituées par la meme matière et par une matière qui possède un indice de réfraction et une valeur V élevés Cependant, pour varier la répartition et le degré de

correction des aberrations de champ, il est possible de va-

rier le choix des matières optiques utilisées pour les trois

lentilles élémentaires de l'oculaire.

LMépaisseur centrale de la lentille élémentaire de l'oculaire qui est la plus proche de l'image réelle est de

préférence grande, mais pas au point de donner à cette len-

tille élémentaire une puissance positive On peut faire va-

rier ses rayons de courbure en association avec tous les rayons de courbure des lentilles élémentaires, de manière à

établir un champ différent dans l'espace de balayage.

La lentille élémentaire centrale ou médiane de

l'oculaire, qui a une puissance positive, peut avoir une for-

me de courbure parmi cinq, à savoir: un ménisque avec la surface concave du côté de l'image réelle ou du coté opposé, uneforme plan-convexe avec la surface plaiela plus proche ou la plus éloignée de l'image réelle, et une forme biconvexe

Lorsqu'on utilise le système d'oculaire avec chacune des for-

mes de la lentille élémentaire centrale, il donne une répar-

tition légèrement différente et un degré de correction légè-

rement différent des aberrations de champ et de pupille En particulier, lorsque le système d'oculaire est utilisé avec la forme biconvexe de la lentille élémentaire médiane, il peut nécessiter moins de matière optique (c'est-à-dire que les courbures des lentilles élémentaires sont faibles et que le total des épaisseurs centrales des lentilles élémentaires est faible), ce qui fait que le système d'oculaire présente un coût réduit et une transmission élevée, tout en maintenant

des aberrations de champ et de pupille faibles.

la lentille élémentaire de l'oculaire qui est la plus éloignée du système d'objectif peut également prendre l'une des cinq formes de courbure décrites pour la lentille élémentaire centrale de l'oculaire, mais dans le cas o la surface de réfraction adjacente à la pupille de sortie dans l'espace image est plane ou presque plane, il est préférable qu'elle soit revêtue d'un revétement antiréfléchissant, tel que celui commercialisé par la firme Barr and Stroud Limited sous la désignation ARG 3, dont les caractéristiques sont une transmission élevée, supérieure ou égale à 98 %, en moyenne, sur la plage 7,5-11,5 5 pm, à 200 C, et une faible réflectivité,

inférieure ou égale à 0,2 %, en moyenne, sur la placée 8,0-

11,5 pm, à 20 C Naturellement, chaque surface des trois len-

tilles élémentaires de l'oculaire peut être revêtue de façon

similaire pour supprimer ou atténuer les réflexions parasi-

tes. On peut faire varier les deux espaces d'air entre les trois lentilles élémentaires de l'oculaire, mais pour obtenir un encombrement réduit, on donne à ces espaces d'air

une valeur aussi faible que possible, compte tenu des exi-

gences de fabrication, et c'est pourquoi on désigne le sys-

tème d'oculaire par le terme "triplet" On peut également

réduire la distance de l'image réelle par rapport à la len-

tille élémentaire la plus proche, de façon que-l'image réel-

le se trouve totalement ou en partie près de la surface con-

cave de cette lentille élémentaire, ou sur cette surface concave L'image réelle peut se trouver en totalité ou en

partie à l'intérieur de la lentille élémentaire la plus pro-

che du système d'oculaire.

Une caractéristique du système d'oculaire consiste en ce qu'il peut être optimisé pour convenir à un système d'objectif particulier, et qu'on peut ensuite, sans changer le système d'oculaire, modifier totalement ou en partie le système d'objectif de manière que le grossissement paraxial et le foyer paraxial de la lunette ou du télescope demeurent

presque constants Ceci peut être particulièrement utile lors-

qu'on peut faire varier les matières choisies pour le système d'objectif, en liaison avec des facteurs tels que le coût,

les risques ou les variations des performances On peut e 4 a-

lement optimiser le système d'oculaire et un système d'objec-

tif complémentaire tel qu'un système de téléobjectif photo-

graphique achromatique à deux éléments, pour obtenir des performances optiques proches de la limitation par la diffraction, sur la totalité du champ, le diamètre de l'ouverture de transmission de la lentille d'objectif élémentaire primaire n'étant que légèrement supérieur à ce que nécessite le pinceau de champ axial, et l'espace d'air entre le système d'objectif et le système d'oculaire étant

suffisamment, grand pour permettre l'insertion d'autres grou-

pes de lentilles, ce qui donne au télescope la possibilité de fonctionner avec des champs multiples Il est intéressant de noter que la capacité de fonctionnement avec des champs multiples peut être obtenue par l'insertion d'un groupe de lentillessupplémentaire, et sans perturber le champ unique

d'origine des lentilles élémentaires Ceci permet un aligne-

ment axial précis dans l'optique du champ d'origine.

Le système d'oculaire peut de façon caractéristi-

que donner des images limitées par la diffraction au niveau

d'une pupille de sortie, dans l'espace de balayage La pu-

pille de sortie peut avoir soit un petit diamètre et un

grand champ, soit un grand diamètre et un petit champ, com-

me par exemple 11 mm de diamètre, 720 de champ; ou 15 mm de diamètre, 460 de champ De plus, le système d'oculaire peut 6 tre dimensionné de façon à accepter différents diamètres

de pupille, mais un champ constant.

Il existe un grand nombre de systèmes d'objectifs avec lesquels on peut utiliser le système d'oculaire pour obtenir différents types de lunettes ou de télescopes dont on trouvera ci-après des exemples: a) Lunettes ou télescopes infrarouges à grossissement élevé

ou faible, rendus ou non achromatiques.

b) Télescopes ou lunettes infrarouges à champsdoubles, triples et multiples, dans lesquels les différents champs sont obtenus par l'insertion, l'enlèvement ou le remplacement

de groupes de lentilles.

c) Lunettes ou télescopes infrarouges à zoom continu.

d) Lunettes ou télescopes infrarouges composites comprenant au moins deux lunettes ou télescopes dont l'un peut être

du type indiqué en b) et c).

e) L'un quelconque des systèmes décrits ci-dessus en a), b), c) et d), dans lequel un nombre quelconque de surfaces de réflexion ou de réfraction ont n'importe quelle forme de surface, par exemple plane, sphérique, asphérique, to- rique, etc. L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés

à titre non limitatif La suite de la description se réfère

aux dessins annexés sur lesquels

La figure 1 représente schématiquement une lunet-

te afocaj à deux champs, les deux modes de grossissement étant représentés séparément avec le fort en haut La figure 2 représente le système d'oculaire de la lunette de la figure 1, ainsi que les variations permises en ce qui concerne les formes de courbure des lentilles

élémentaires de ce système.

Comme le montre la figure 1, une lunette 20 à deux

champs est formée par un système d'objectif à fort grossis-

sement 21 et par un système d'oculaire 23, alignés sur un

axe optique commun 19 Un système d'objectif à faible gros-

sissement 22 est disposé de telle manière qu'il puisse 4 tre

aligné sur l'axe optique commun 19, entre le système d'objec-

tif à fort grossissement 21 et le système d'oculaire 23 La

lunette 20 est du type réfracteur afical, et dans chaque -

position du système à faible grossissement 22, la lunette forme une image réelle 24 à partir du rayonnement qui entre dans cette lunette, en provenant d'un espace objet 17 Le

système d'objectif à fort grossissement 21 est du type télé-

objectif photographique moyen, et il est formé par une len-

tille élémentaire primaire H et par une lentille élémentaire secondaire G, cette dernière ayant une puissance négative

(c'est-à-dire qu'elle est divergente) et assurant une cor-

rection chromatique, tandis que la première (H) a une puis-

sance positive (c'est-à-dire qu'elle est convergente) La len-

tille G comporte des surfaces de réfraction 13, 14 et la len-

tille H comporte des surfaces de réfraction 15, 16 Le sys-

tème à faible grossissement 22 est formé par trois lentilles

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élémentaires D, E, F, parmi lesquelles les lentilles D et F ont une puissance négative, avec des surfaces de réfraction respectives 7, 8 et 11, 12, et la lentille E a une puissance positive, avec des surfaces de réfraction 9, 10 Le système d'oculaire 23 est formé par trois lentilles élémentaires A,

B, 0, parmi lesquelles les lentilles A et B ont une puissan-

ce positive, avec des surfaces de réfraction respectives 1, 2 et 3,4, et la lentille C a une puissance négative, avec des surfaces de réfraction 5 et 6 Les lentilles A, B et C forment ensemble un système à foyer fixe, les lentilles D, E

et F forment ensemble un système à foyer fixe et les lentil-

les G et H forment ensemble un système à foyer fixe, ce qui

fait que le système d'objectif à fort grossissement 21 ac-

cepte des faisceaux de rayons promenant d'une pupille d'en-

trée de grand diamètre formée dans l'espace objet 17 et for-

me de façon interne une image réelle renversée 24 lorsque le système à faible grossissement 22 est hors fonction, ou bien il accepte, lorsque le système à faible grossissement 22 est en fonction, des faisceaux de rayons qui proviennent de l'espace objet 17 et qui forment une pupille d'entrée

de faible diamètre à l'intérieur de la lunette (c'est-à-di-

re une pupille virtuelle), que le système à faible grossis-

sement 22 recueille, pour former de façon interne une image

réelle renversée 24 les deux images réelles 24 sont identi-

ques sauf en ce qui concerne de faibles différences d'aber-

rations optiques, et les deux faisceaux de rayons de sortie sont recueillis par le système d'oculaire 23 qui fournitdes faisceaux de rayons parallèles, pour former une pupille de sortie O dans l'espace image 18, les faisceaux de rayons parallèles dans l'espace image 18 étant identiques, sauf en

ce qui concerne de faibles différences d'aberrations opti-

ques la puissance optique des diverses lentilles élémen-

taires A, B, C, D, E, F, G, H, et l'écartement de ces len-

tilles sont prévus de façon que dans le mode à fort grossis-

sement, l'image 24 se trouve entre les surfaces de réfrac-

tion 5 et 13, et dans le mode à faible grossissement, l'ima-

ge 24 se trouve-entre les surfaces de réfraction 5 et 7.

Les surfaces de réfraction 1-6 et 8-16 sont pra-

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tiquement sphériques, c'est-à-dire que si elles ne sont pas

vraiment sphériques, elles sont "sphériques" dans l'accep-

tion habituelle de ce terme dans la techniques, tandis que

la surface 7 a un profil plan.

La lunette 20 est conçue pour être utilisée dans

la région des longueurs d'onde infrarouges (c'est-à-dire 3-

13 microns) et, par conséquent, les indices de réfraction des lentilles élémentaires sont relativement élevés mais, pour procurer des performances optiques suffisamment élevées,

la lentille élémentaire G accomplit une correction chromati-

que, c'est-à-dire qu'elle a une puissance négative et un indice de réfraction inférieur à celui de la lentille H On parvient à ceci pour la gamme 8-13 microns en réalisant les lentilles élémentaires A, B, C, D, B, F et H en germanium, dont l'indice de réfraction est 4,00322, et en réalisant la lentille élémentaire G en verre ochalcogene de la marque Barr & Stroud Type 1, dont l'indice de réfraction est 2,49158, mesuré à une longueur d'onde de 10 pm et à une température de 20 O Dans ce cas, l'élément G a un pouvoir dispersif, ou valeur V, de 152, la valeur V étant définie comme le rapport entre l'indice de réfraction à 10,0 pm moins 1, et l'indice de réfraction à 8,5 pm, moins l'indice de réfraction à 11,5

pmn Ces matières, qui se pretent à la réception d'un revête-

ment antiréfléchissant, permettent, lorsqu'elles portent un revêtement antiréfléchissant, de réaliser une lunette ayant

une transmission d'au moins 65 % pour le rayonnement inci-

dent dans la gamme 8,5 11,5 pm, dans les deux modes de grossissement. La lentille élémentaire G est de préférence mobile le long de l'axe optique 19, tandis que les autres lentilles élémentaires A, B, C, D, E, F et H ne le sont pas, et ceci permet de compenser la lunette vis-à-vis de mouvements de la position de l'image 24, induits par des changements de la température ambiante, de façon caractéristique dans la plage allant de -10 C à + 50 C En outre, pour une position fixe de l'image 24, on peut mettre au point la lunette sur des objets distants, de façon caractéristique dans la plage de 100 m à l'infini pour le mode à fort grossissement, et dans la plage de 25 m à l'infini pour le mode à faible grossissement, par le mouvement de l'élément G.

Les tableaux I et II en annexe indiquent les dé-

tails d'un exemple de la lunette 20 Ces tableaux indiquent le rayon de courbure de chaque surface de réfraction, ainsi

que le diamètre d'ouverture de chaque surface et de la pu-

pille 0, dont la position est utilisée comme référence à partir de laquelle on définit la séparation des surfaces de réfraction successives, et ils indiquent également la nature

de la matière qui intervient pour les intervalles de sépara-

tion Ainsi, par exemple, la surface 15 a un rayon de cour-

bure de -269,04 mm, le signe négatif indiquant que le centre de courbure se trouve du côté droit de la surface 15; elle est séparée par un espace d'air de 47,29 mm par rapport à la surface précédente, portant le numéro 14, dans la direction de la pupille 0; elle a un diamètre d'ouverture de 127,69 mm; et elle est séparée de la surface suivante, n O 16, par une distance de 11,35 mm dans du germanium Le tableau I donne les détails de la lunette 20 lorsqu'elle est dans le mode à fort grossissement et le tableau II donne les détails

de la lunette 20 lorsqu'elle est dans le mode à faible gros-

sissement On verra que la somme de toutes les séparations

dans le tableau I est égale à la somme de toutes les sépara-

tions dans le tableau II les coordonnées approximatives du point de rotation X sont les suivantes: 132,06 mm à partir de la pupille 0, le long de l'axe optique 19 (vers la gauche), et 6,00 mm dans une direction perpendiculaire à l'axe optique

(vers le bas).

Cette lunette produit un grossissement de X 11,5 dans le mode à fort grossissement et de X 4,0 dans le mode à falb grossissement, et lorsqu'elle est dans le mode à fort grossissement, elle a un nombre f interne de 1,33 dans l'espace d'air entre les lentilles élémentaires G et H la correction chromatique est maintenue sur la gamme de 8,5 à 11,5 pn, et avec la lentille G mobile, la mise au point est possible dans le mode à fort grossissement sur la plage

allant de 100 m à l'infini, et dans le mode à faible gros-

sissement, sur la plage allant de 25 m à l'infini La com-

pensation thermique est assurée dans les deux modes de gros-

sissement sur la plage -10 C à + 500 C avec une dégradation

minimale des performances d'ensemble En pratique, si la dé-

gradation des performances est acceptable, la plage de mise au point peut être augmentée et portée de 40 m à l'infini pour le mode à fort grossissement et de 10 m, à l'infini pour le mode à faible grossissement, et dans les deux modes de grossissement, la plage de compensation thermique peut etre étendue de -400 C à + 70 "C Les tableaux III et IV en annexe donnent des valeurs particulières de qualité d'image pour cette lunette, et le premier de ces tableaux fournit des données concernant le mode à fort grossissement, avec mise

au point à une distance d'environ 1000 m, tandis que le se-

cond fournit des données concernant le mode à faible grossis-

sement, avec mise au point à une distance d'environ 550 m.

Dans le mode à fort grossissement, la lunette qu'on vient de décrire présente des performances élevées sur la totalité du champ avec un diamètre d'ouverture d'objectif primaire augmenté de seulement 4,0 % pour tenir compte des

aberrations de pupille et dans le mode à faible grossisse-

ment, elle présente des performances élevées sur les neuf-

dixièmes, au moins, de la totalité du champ Pour les modes à fort grossissement et à faible grossissement, la lunette produit respectivement une distorsion angulaire d'environ 0,2 % et d'environ -9,1 %, pour l'angle de champ maximal, le signe positif indiquant une augmentation du grossissement

lorsque l'angle de champ augmente, tandis que le signe néga-

tif indique une diminution du grossissement lorsque l'angle

de champ augmente.

Comme le montre la figure 1, le système d'objec-

tif à grossissement élevé 21 comporte les lentilles élé-

mentaires G et H alignées de façon permanente sur l'axe optique 19, tandis que le système à faible grossissement 22

peut être retiré de sa position d'alignement sur l'axe op-

tique 19 et amené dans une position hors fonction, en uti-

lisant un mécanisme du type carrousel qui fait tourner le système à faible grossissement 22 autour du point X Du fait que la lunette présente un encombrement réduit, avec il 2509057 un nombre f interne pour le mode à fort grossissement qui est inférieur à 2,0 dans l'espace d'air compris entre les lentilles élémentaires G et H, et du fait que le champ dans l'espace image 18 est rectangulaire, le champ le plus grand étant dans la direction horizontale et le plus petit dans

la direction verticale, on peut très facilement faire tour-

ner le système à faible grossissement 22 dans le plan verti-

cal Ceci a l'avantage de réduire l'angle de champ maximal des faisceaux de rayons et l'ouverture de transmission de la lentille élémentaire F, ce qui assouplit les contraintes

d'espace On notera que lorsque le système à faible grossis-

sement 22 est aligné sur l'axe optique 19, il se trouve en-

tre le système d'objectif à fort grossissement 21 et le sys-

tème d'oculaire 23, ce qui fait que la configuration des trois systèmes de lentilles 21, 22 et 23 permet d'utiliser

des mécanismes simples De plus, la lunmette 20 peut fonc-

tionner en système à un seul champ, simplement par l'enlève-

ment complet du système à faible grossissement 22, ou bien

elle peut fonctionner en système à champstriples ou multi-

ples, simplement par l'introduction de systèmes de lentilles supplémentaires, ces derniers pouvant Ctre ou non similaires en configuration et en structure, au point de vue optique

et mécanique, au système à faible grossissement 22.

Les tableaux V-VIII donnent des détails concernant lun second exemple de la lunette 20, et le tableau V donne les détails de la lunette 20 lorsqu'elle est dans le mode à

fort grossissement, tandis que le tableau VI donne les dé-

tails de la lunette 20 lorsqu'elle est dans le mode à-faible

grossissement On notera que la somme de toutes les sépara-

tions dans le tableau V est égale à la somme de toutes les

séparations dans les tableaux VI, I et II On notera égale-

ment que le système à faible grossissement 22 dans les ta-

bleaux II et VI est identique, que le système d'oculaire 23 dans les tableaux I, II, V et VI est identique, et que la

position du point de rotation X est identique -

Le système d'objectif à fort grossissement 21 a

été modifié, mais seulement en partie, la lentille élémen-

taire secondaire G', qui est en germanium, a des rayons de

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courbure différents pour les surfaces de réfraction 13 ' et 14 ', on verra que l'épaisseur centrale mesurée entre les surfaces de réfraction 13 ' et 14 ' est réduite, et on verra que l'espace dtair mesuré entre les surfaces de réfraction 14 ' et 15 ' a été augmenté. Cette-iunette est similaire-par ailleurs à celle

dont 'les-earactéristiques'détaiillées sont indiquées dans les.

tableaux I IV, comme en ce qui concerne le fort grossisse-

ment et le faible grossissement les aspects thermiques et de mise-au point, le-surdimensionniement de l'ouverture de l'objectif à cause des aberrations de pupille et la maîtrise

des aberrations de champ Du fait que cette lunette n'utili-

se pas de matière de correction chromatique dans le système d'objectif à fort grossissement, la lunette-n'est pas rendue

achromatique, et'du fait qu'elle a également un encombre-

* ment réduit, les performances de résolution sont dégradées,

en particulier dans le mode-à fort-grossissement Les'ta-

bleaux VII et-VIII donnent des valeurs particulières de la qualité d'image pour cette lunette, et te premier de ces tableaux fournit des données concernant le mode à fort grossissement, avec mise au point à une distance d'environ 555 m, tandis que le second fournit des données concernant le mode à faible grossissement, avec mise au point à une distance d'environ 172 m

Les tableaux IX-XII donnent des détails concer-

nant un-troisième exemple de -la lunette 20, et le tableau IX donne des détails concernant la lunette 20 lorsqu'elle

est dans le mode de fort grossissement, tandis que le ta-

bleau X donne'des détails de la lunette lorsqu'elle est dans

le mode à faible grossissement Le système à fort grossis-

sement 21 et le système à faible grossissement sont identi-

ques à ceux décrits en détail dans les tableaux T et II, tandis que le système d'oculaire 23 et la séparation entre le système d'oculaire 23-et le système à fort grossissement

3521 comme le système-à faible grossissement 22 sont diffé-

rents La lunette produit un grossissement x 8,6 dans le mode à fort grossissement et un grossissement x 2,9 dans le mode à faiblegrossissement, et lorsqu'elle est dans le mode

1.3 2509057

à fort grossissement, elle a un nombre f interne de 1,28 dans l'espace d'air entre les lentilles élémentaires G et

H Cette lunette est similaire, en ce qui concerne les as-

pects thermiques et de mise au point, à la lunette décrite en détail dans les tableaux I-IV, et le système d'oculaire accepte un diamètre de pupille de 15 mm et un champ de 46,4 O

(diagonale) x 38,10 (horizontale)x 26,50 (verticale) Les ta-

bleaux XI et XII donnent des valeurs particulières de qua-

lité d'image pour cette lunette, et le premier de ces ta-

bleaux fournit des données concernant le mode à fort gros-

sissement, tandis que le second fournit des données concer-

nant le mode à faible grossissement, avec mise au point ap-

proximativement à l'infini pour les deux modes Du fait que cette lunette, dans les deux modes de grossissement, accepte un champ dans l'espace objet inférieur d'environ 17 % par rapport à la lunette décrite en détail dans les tableaux I

et II, et conserve un diamètre d'ouverture d'objectif pri-

maire presque égal et, sauf pour la séparation 1, une lon-

gueur globale similaire, les performances de résolution sont dégradées essentiellement par une aberration sphérique non corrigée Lorsque la lunette est dans le mode à fort grossissement, elle procure des performances raisonnables

sur la totalité du champ avec un diamètre d'ouverture d'ob-

jectif primaire augmenté de moins de 0,8 % pour tenir compte des aberrations de pupille, et lorsqu'elle est dans le mode

à faible grossissement, elle procure des performances accep-

tables sur les neuf-dixièmes, au moins, de la totalité du champ Pour le mode à fort grossissement comme le mode à

faible grossissement, la lunette produit une distorsion an-

gulaire pour l'angle de champ maximal qui est respectivement d'environ -0, 3 % et -7,6 %, la convention de signe étant

celle indiquée précédemment.

les tableaux XIII-XVI donnent un quatrième exemple

de la lunette 20, et le tableau XIII donne des détails con-

cernant la lunette 20 lorsqu'elle est dans le mode à fort grossissement, tandis que le tableau XIV donne des détails concernant la lunette 20 lorsqu'elle est dans le mode à faible grossissement Le système à fort grossissement 21 et

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le système à faible grossissement 22 sont identiques à ceux dont les détails figurent dans les tableaux V et VI, tandis

que le'système d'oculaire 23 et la séparation entre le sys-

tème d'oculaire 23 et le système à fort grossissement 21 comme le système à faible grossissement 22 sont différents.

Le système d'oculaire 23 est identique à celui dont les dé-

tails figurent dans les tableaux IX et X, et on verra que la somme de toutes les séparations dans le tableau XIII est égale à la somme de toutes les séparations dans chacun des tableaux XIV, IX et X. Cette lunette est similaire par ailleurs à celle dont les détails figurent dans les tableaux IX-XII, comme

en ce qui concerne le fort grossissement et le faible gros-

sissement, les aspects thermique et de mise au point, le surdimensionnement de l'ouverture d'objectif à cause des aberrations de pupille et la mattrise des aberrations de champ Du fait que cette lunette n'utilise pas de matière de correction chromatique dans le système d'objectif à fort grossissement, elle n'est pas rendue achromatique, et du

fait qu'elle a également un encombrement réduit, les perfor-

mances de résolution sont dégradées, en particulier dans le mode à fort grossissement Les tableaux XV et XVI donnent des valeurs particulières de qualité d'image pour cette lunette, et le premier de ces tableaux fournit des données

concernant le mode à fort grossissement, tandis que le se-

cond fournit des données concernant le mode à faible gros-

sissement, avec une mise au point approximativement à l'in-

fini pour les deux modes.

Les lunettes dont les détails figurent dans les

tableaux IX-XVI ne procurent pas de performances de résolu-

tion aussi élevées que celles des lunettes dont les détails figurent dans les tableaux I-VIII, mais elles produisent de faibles aberrations de pupille et de champ A l'exception

de petits changements de séparation, les deux systèmes d'ocu-

laire sont interchangeables et procurent un changement de diamètre de pupille et de champ dans l'espace image, ce qui permet d'associer à la lunette deux instruments optiques différents, en ce qui concerne l'espace image, la lunette

ayant des systèmes de fort grossissement et de faible gros-

sisement inchangés, parmi lesquels le système à fort gros-

sissement offre la caractéristique utile qui consiste-dans

1 ' interchangeabilité d'une lentille élémentaire.

Dans la bande de longueur infrarouge (c'est-à-dire 1-13 pm), dans laquelle les matières optiques sqnt coûteuses et variables en qualité et en quantité, une lunette ayant la caractéristique utile d'interchangeabilit é de lentilles élémentaires est particulièrement intéressante' Dans les deux premiers exempies de lunette d'crits ici, on a montré l interchangeabilité '' U enti:i e lémenta"ire dans un cas extrême, dans leqie 1 âne lunette esit renaue ac hro-maique et l'autre ne l'est pas Le tableau X Vi LI donmne u:ne liste lde quelques matières optiques dans lesquelles on peut choisir

une matière optique poux changer de façon plus appropriée.

la lentille élémentaire G.

Le système d'oculaire 23 qui a été décrit procure-

de faibles aberrations de champ et de pupille, ce qui con duit à une lunette ayant un surdimensionnement minimal de l'ouverture d'objectif et une bonne qualité d'image sur tout le champ De plus, le système d'oculaire 23 permet de donner

aux lentilles élémentaires du système d'objectif une confi-

guration qui permet de concevoir diverses lunettes à champs

uniques,doubles ou multiples Le système d'oculaire 23 per-

met en outre au système d'objectif de la lunette de compor-

ter une ou plusieurs lentilles élémentaires interchangeables.

Comme le montre la figure 2, chacune des lentilles élémentaires A et B du système d'oculaire 23 peut prendre

diverses formes de courbure, chacune de ces lentilles élé-

mentaires A et B conservant une puissance positive, tandis

que la lentille élémentaire C conserve une puissance néga-

tive On notera cependant que chaque configuration produit des variations des aberrations de champ et de pupille, de

la quantité de matière optique utilisée pour former la cour-

bure, et des changements des épaisseurs centrales des len-

tilles élémentaires, de la distorsion, de l'effet'Sarcisse"

et d'autres aspects mineurs.

Bien que les mo de de réalisation considérés ne

16 2509057

portent que sur un système d'oculaire utilisé dans une lu-

nette afocale à double grossissement qui fonctionne dans la région de longueur d'onde de 8-13 Fn, on peut utiliser le système d'oculaire 23 avec d'autres systèmes d'objectif, comme dans les systèmes à zoom et à configurations multiples qui peuvent fonctionner dans la région de longueur d'onde de 8-15 pm, dans la région de longueur d'onde 3-5 pim, dans

la région de longueur d'onde de 3-13-lm et même dans la ré-

gion de longueur d'onde de 1-13 pnm On peut également uti-

liser une variété de matières pour réaliser les lentilles

élémentaires du système d'oculaire Pour toutes les confi-

gurations de surfaces, on peut combiner le système d'ocu-

laire (en utilisant des revêtements antiréfléchissants à haute efficacité) avec un-système FLIR, sans introduire aucun effet'harcisse"appréciable On notera que les tableaux I à IX (inclus) sont données pour la température de 20 00, et que les nombres f aui sont spécifiés ici sont obtenus

par la-formule ( 2 sin e), dans laquelle G est le demi-an-

gle du c&ne formé par le pinceau de champ axial, après ré-

fraction dans la lentille élémentaire sur laquelle tombe

ce pinceau.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent être apportées au dispositif décrit et représenté,' sans

sortir du cadre de l'invention.

A N N EX E

TABLEAU I

Rayon de Diamètre Lentille Surface Séparation courbure Matière d'ouverture** Pupille surface entrée* O plane Air 11,00 A 1 23,86 -70,13 Air 37,34 A 2 5,25 -47,97 Ge 39,73 3 1,00 344,97 Air 40,19 B 4 5,00 -482, 88 Ge 39,92 1,00 35,65 Air 36,44 6 13,95 24,97 Ge 24,20 13 152,11 -610,07 Air 94,21 G 14 9,00 -1432,15 As/Sel 97,48 Ge(B 51) 47,29 -269,04 Air 127, 69 H 16 11,35 -184,85 Ge 131,52 * Champ maximal pour une pupille d'entrée de 60 ** Nécessité par ce mode de grossissement

TABLEAU II

Rayon de Diamètre Lentille Surface Séparation courbure Matière douverture** __ courbure d'ouverture** Pupille Surface d'entrée* O plane Air 11,0 A 1 23,86 -70,13 Air 37,34 A 2 5,25 -47,97 Ge 39,73 3 1,00 344, 97 Air 40,1 '9 B 4 5,00 -482,88 Ge 39,92 1,00 35,65 Air 36,44 C 6 13,95 24,97 Ge 24,20 7 40,00 Surface Air 34,22 D plane 8 3,50 594,41 Ge 34,68 9 5,25 -61,88 Air 36,30 E 4,80 -41,62 Ge 38,15 11 71,313 179,52 Air 42,45 F 12 4,75 121,31 Ge 42,08 13 22,50 -610,07 Air 59,66 G 14 9,00 -1432,15 As/Se/Ge 63,32 :__ _ _ _ ( 51) _ _( B 51)l 47,29 -269,04 Air 105,39 H 16 11,35 -184,85 Ge 109,80 * Champ maximal pour une pupille d'entrée de 60 ** Nécessité par de mode de grossissement

TABLEAU III

Tailles de spot approximatives, en valeur efficace, dans l'espace objet (en mrd) Champ Monochromatique à *Chromatique sur (maximum = 60 ) 10,0 Pm 8,5-11,5 lpm Axial 0,049 0,062

1/2 0,051 0,074

3/4 0,047 0,076

Total 0,061 0,091 * Chaque valeur est une moyenne résultant de mesures à trois

longueurs d'onde, avec une pondération uniforme, les lon-

gueurs d'onde étant 8,5, 10,0 et 11,5 mo

TABLEAU IV

* Chaque valeur est une moyenne résultant de mesures à trois

longueurs d'onde, avec une pondération uniforme, les lon-

gueurs d'onde étant 8,5, 10,0 et 11,5 pm.

Tailles de spot approximatives, en valeur efficace, dans l'espace objet (en mrd) Champ Monochromatique à *Chromatique sur (maximum = 60 o) 10,0 Pm 8,5-11,5 pm Axial 0,062 0,111

1/2 0,415 0,449

3/4 0,457 0,492

Total 0,602 0,630

2509057

TABLEAU V

Rayon de Diamètre Lentille Surface Séparation re ouverture* courbure d' ouverture** Pupille Surface d'entrée* 0 O plane Air 11,00 1 23,86 -70,13 Air 37,34 A 2 5,25 -47,97 Ge 39,73 3 1,00 344,97 Air 40,19 B 4 5,00 -482, 88 Ge 39,92 -5 1,00 35,65 Air 36,44 6 13,95 24,97 Ge 24220

,,,,,_ À

13 ' 152,11 -1108,90 Air 94,69 Gw 14 ' 7,50 -2232,29 Ge 96,36 ' 48,79 269,04 Air 127,41 1 H 16 11,35 -184,85 Ge 131,24

* Champ maximal pour une pupille d'entrée de 60 -

** Nécessité par ce mode de grossissement

TABLEAU VI

Rayon de Diamètre Lentille Surface Séparation courbure Matière d'ouverture** Pupille Surface d'entrée* O plane Air 11,00 1 i 23,86 -70, 13 Air 37,34 A 2 5,25 -47,97 Ge 39,73 3 1,00 344,97 Air 40,19 B 4 5,00 482,88 Ge 39,92 1,00 35,65 Air 36,44 C 6 13,95 24,97 Ge 24,20 7 40,00 Surface Air 34,22 D plane 8 3,50 594,41 Ge 34,68 9 5,25 -61,88 Air 36,30 E 4,80 -41,62 Ge 38,15 11 l 71,313 179,52 Air 42,45 F 12 4,75 121,31 Ge 42,08 13 ' 22,50 -1108,90 Air 59,94 Gl 14 ' 7,50 -2232,29 Ge 61,82 ' 48, 79 -269,04 Air 105,19 H 16 11,35 -184,85 Ge 109,60 * Champ maximal pour une pupille d'entrée de 600 ** Nécessité par ce mode de grossissement

TABLEAU VII

Champ Monochromatique à *Chromatique sur (maximum = 60 ) 10,0 m 8,5-11,5 m Axial 0,054 0,168

1/2 0,077 0,195

3/4 0,093 0,202

Total 0,113 0,214 * Chaque valeur est une moyenne résultant de mesures à trois

longueurs d'onde, avec une pondération uniforme, les lon-

gueurs d'onde étant 8,5, 10,0 et 11,5 pmo

TABLEAU VIII

* Chaque valeur est une moyenne résultant de mesures à trois

longueurs d'onde, avec une pondération uniforme, les lon-

gueurs d'onde étant 8,5, 10,0 et 11,5 pm.

Tailles de spot approximatives, en valeur efficace, dans l'espace objet (en mrd) Tailles de spot approximatives, en valeur efficace, dans l'espace objet (en mrd) Champ Monochromatique à *Chromatique sur (maximum = 60 ) 10,0 pm 8,5-11,5 pm Axial 0,104 0,183

1/2 0,391 0,445

3/4 0,417 0,478

Total 0,641 0,692

TABLEAU IX

I Rayon de Diamètre Lentille Surface 56 paration courbure Matière d'ouverture** Pupille Surface d'entrée* 0 Plane Air 15,00 A1 33,46 -60,72 Air 41,82 A 2 5,25 -49,49 Ge 44,61 3 1,00 250,34 Air 45,27 B 4 4,75 -2087, 25 Ge 44,87 1,00 38,68 Air 41,09 6 14,70 27,57 Ge 27,81 I 13 156,23 -610, 07 Air 93,00 14 9,00 -1432,15 As/Se/l Gb 96,22

(BS 1)

47,29 -269,04 Air 126,59 H 16 11,35,-184,85 Ge 130,66 ' * Champ maximal pour une pupille d'entrée de 46,40 ** Nécessité par ce mode de grossissement

TABLEAU X

Rayon de Diamètre Lentille Surface Séparation d Matière** courbure d'ouverture** Pupille Surface d'entrée* O O plane I Air 15,00 A 1 33,46 60,72 Air 41,82 A 2 5,25 -49,49 Ge 44,61 3 1,00 250,34 Air 45,27 B 4 4,75 -2087,25 Ge 44,87

C 5 1,00 38,68 Air 41,09-

6 14,70 27,57 Ge 27,80

| 7 44 53 Surface Air 35, 06-

D plane

8 3,50 594,41 Ge 35,53.

9 5,25 -61,88 Air 37,08-

E 4,80 -41,62 Ge 38,92 il 71,31 179,52 Air 42,94 12 4,75 121,31 Ge 42,58 13 22,09 -610,07 Air 60,27 G 14 9,00 -1432,15 As/Se/Ge 64,02

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ( B 5 1

47,29 -269,04 Air 107,19 H 16 11,35 -184,85 Ge 111,64 * Champ maximal pour une pupille d'entrée de 46,4 ** Nécessité par ce mode de grossissement e

TABLEAU XI

Tailles de spot approximatives, en valeur efficace, dans l'espace objet (en mrd) Champ Monochromatique à *Chromatique sur (maximum-46,40) 10,0 pm 8,5-11,5 pm Axial 0,094 0,104

1/2 0,115 0,134

3/4 J 0,131 0,152

Total 0,154 0,175 * Chaque valeur est une moyenne résultant de mesures à trois

longueurs d'onde, avec une pondération uniforme, les lon-

gueurs d'onde étant 8,5, 10,0 et 11,5 um.

TABLEAU XII

Tailles de spot approximatives, en valeur efficace, dans l'espace objet (en mrd) Champ Monochromatique à *Chromatique sur (maximum= 46,4 ) 10,0 pm 8,5-11,5 pm Axial 0,439 0,450

1/2 0,698 0,741

3/4 0,740 0,782

Total 0,970 1,010 * Chaque valeur est une moyenne résultant de mesures à'trois

longueurs d'onde, avec une'pondération uniforme, les lon-

gueurs d'onde étant 8,5, 10,0 et 11,5 pm.

a

TABLEAU XIII

Rayon de Diamètre Lentille Surface Séparation courbure Matière d'ouverture** Pupille Surface Air 15,00 d'entrée* O O plane 1 33,46 -60, 72 Air 41,82 A 2 5,25 -49,49 Ge 44,61 3 1,00 250,34 Air 45,27 B 4 4,75 2087,25 Ge 44,87 _ 5 1,00 38,68 Air 41,09 C 6 14,70 27,57 Ge 27,81 13 156, 23 -1108,90 Air 93,47 G 14 7,50 -2232,29 Ge 95,11 48,79 -269,04 Air 126, 34 H 16 11,35 -184,85 Ge 130,41 *Champ maximal pour une pupille d'entréede 46,4 ** Nécessité par ce mode de grossissement

TABLEAU XIV

Rayon de Diamètre Lentille Surface Séparation courbure Matière D tre** courblire d' ouverture** Pupille Surface Air 15,00 d'entrée* O O plane A 1 33,46 -60,72 Air 41,82 A 2 5,25 -49,49 Ge 44,61 3 1,00 250,34 Air 45,27 B 4 4,75 -2087,25 Ge 44,87 1,00 38,68 Air 41,09 6 l 14,70 27,57 Ge 27,80 7 44,53 I Surface Air 35,06 D plane 8 3,50 594,41 Ge 35,53 9 5,25 -61,88 Air 37,08 E 4,80 -41,62 Ge 38,92 11 71,31 179,52 Air 42,94 12 4,75 121,31 Ge 42,58 13 22,09 -1108,90 Air 60,57 G 14 7,50 -2232,29 Ge 62,49 48,79 269,04 Air 107,01 H 16 11,35 -184,85 Ge 111,46 * Champ maximal pour une pupille d'entrée ** Nécessit 6 par ce mode de grossissement de 46,40

TABLEAU XV

Tailles de spot approximatives, en valeur efficace, dans l'espace objet (en mrd) Champ Monochromatique à *Chromatique sur (maximum= 46,4 ) 10,0 pm 8,5-11,5 f Pm Axial 0,097 0,203

1/2 0,116 0,232

1/3 0,136 0,244

Total 0,164 0,261 * Chaque valeur est une moyenne r 6 sultant de mesures à trois

longueurs d'onde, avec une pondération uniforme, les lon-

gueurs d'onde étant 8,5, 10,0 et 11,5,m

TABLEAU XVI

* Chaque valeur est une moyenne résultant de mesures à longueurs d'onde, avec une pond 6 ration uniforme, les

gueurs d'onde étant 8,5, 10,0 et 11,5 "m -

trois lon- Tailles de spot approximatives, en valeur efficace, dans l'espace objet (en mrd)

,, ,,,

Champ Monochromatique à *Chromatique sur (maximum= 46,4 ) 10,0 Mm 8,5-11, 5 jum Axial 0,439 0,478

1/2 0,683 0,741

3/4 0,715 0,778

Total 1,024 1,086

TABLEAU XVII

* L'indice de réfraction est donné pour 10,0 pmn.

** Sur la plage de longueur d'onde de 8,5 11,5 pm.

Matière Indice de réfraction * Valeur V **

B 52 2,856 248

BSA 2,779 209

TI 1173 2,600 142

AMTIR 2,497 169

BS 1 2,492 152

TI 20 2,492 144

KRS 5 2,370 260

Claims

REVENDICATIONS

1 Dispositif consistant en une lunette ou un

télescope ( 20) de type afocal comprenant un système d'ob-

jectif ( 21) et un système d'oculaire ( 23) ayant un axe op-

tique commun ( 19), le système d'objectif ( 21) étant conçu de façon à accepter le rayonnement dans la bande de longueur d'onde infrarouge, provenant d'une scène distante, et à former une image réelle ( 24) de cette scène à l'intérieur de la lunette ou du-télescope ( 20), tandis que le système d'oculaire ( 23) est conçu de façon à recevoir le rayonnement qui provient de cette image ( 24) et à fournir une image agrandie de la scène, au niveau d'une pupille réelle ( 0), caractérisé en ce que le système d'oculaire ( 23) est formé par un triplet consistant en trois lentilles élémentaires (A, B, C), parmi lesquelles deux (A, B) ont une puissance

positive, tandis que la lentille élémentaire (C) de l'ocu-

laire qui est adjacente au système d'objectif ( 21) a une puissance négative et une surface de réfraction concave ( 6)

du coté du système d'objectif ( 21) et une surface de réfrac-

tion convexe ( 5) du côté opposé au système d'objectif ( 21), cette surface convexe ( 5) étant séparée de la surface de réfraction adjacente ( 4) de la lentille élémentaire centrale (B) du triplet par un espace d'air qui, dans la direction

axiale,est pratiquement égal à zéro sur l'axe et augmente.

progressivement de valeur lorsque la distance par rapport à

l'axe augmente.

2, Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que les six surfaces de réfraction ( 1-6) du système

d'oculaire ( 23) ne comportent aucune région asphérique.

3 Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 ou 2, caractérisé en ce que, parmi les six surfa-

ces de réfraction ( 1-6) du système d'oculaire ( 23) celle ( 1) qui est la plus proche de la pupille réelle ( 0), au moins,

est revêtue avec un revêtement antiréfléchissant.

* 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 3, caractérisé en ce qu' il possède les caracté-

ristiques indiquées dans les tableaux I-IV annexés.

Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 ristiques cations 1 ristiques cations 1 ristiques

à 3, caractérisé en ce qu'il possède les caracté-

indiquées dans les tableaux V-VIII annexés.

6 Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

à 3, caractérisé en ce qu'il possède les caracté-

indiquées dans les tableaux IX-XII annexés.

7 Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

à 3, caractérisé en ce qu'il possède les caracté-

indiquées dans les tableaux XIII-XVI annexés.