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Dokumentenidentifikation EP0950909 15.09.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000950909
Titel Lichtsammelndes optisches System, das ein Objektiv mit mehreren Brennweiten bildet
Anmelder Asulab S.A., Marin, CH
Erfinder Grupp, Joachim, 2003 Neuchâtel, CH
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69831132
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 14.04.1998
EP-Aktenzeichen 981067648
EP-Offenlegungsdatum 20.10.1999
EP date of grant 10.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.09.2005
IPC-Hauptklasse G02B 15/04
IPC-Nebenklasse G02B 3/10   

Beschreibung[fr]

La présente invention concerne un dispositif optique de collection de la lumière formant objectif de petite dimension afin de pouvoir être intégré, par exemple dans un appareil photographique dit compact, et permettant au choix d'effectuer des prises de vues standards ou des prises de vues au téléobjectif.

Les éléments essentiels d'un appareil photographique sont la chambre noire, l'objectif, l'obturateur oui permet l'admission de la lumière pendant un temps suffisamment court, et une pellicule photosensible pour l'enregistrement de l'image. Pour produire des expositions très courtes, on doit utiliser un objectif de grande ouverture. Ceci implique pour un appareil de grande qualité, un objectif complexe où les aberrations des éléments tendent à se compenser mutuellement.

Les objectifs d'appareil photographique sont caractérisés par deux paramètres. L'un deux est sa distance focale f qui dépend d'une part des indices de réfraction du milieu extérieur et des lentilles qui le constituent, et d'autre part des rayons de courbure de ces lentilles. Le second paramètre qui caractérise un objectif photographique est son ouverture, habituellement exprimée par rapport à la distance focale. Un objectif f/8, par exemple, a une ouverture égale à un huitième de la distance focale. L'intensité de l'image formée sur la pellicule est fonction de l'ouverture de l'objectif. Pratiquement tous les appareils photographiques ont un objectif muni d'un diaphragme pour pouvoir modifier l'ouverture de celui-ci.

Il existe actuellement sur le marché deux grandes familles d'appareils photographiques. L'une de ces familles est constituée par les boîtiers photographiques à objectif interchangeable sur lesquels on peut, selon les besoins, adapter des objectifs de distances focales différentes. L'autre famille concerne les appareils photographiques dits compacts apparus sur le marché il y a une quinzaine d'années environ. Ces appareils se caractérisent généralement par un faible encombrement et une grande simplicité d'utilisation. Ils comportent un objectif inamovible dont la distance focale peut être fixe ou variable.

En pratique, lorsque l'objectif est à distance focale fixe, les lentilles qui le composent sont agencées dans le volume intérieur du boîtier compact. Ce mode de construction permet de garantir l'étanchéité de l'appareil photographique. Par contre, l'utilisateur ne dispose que d'un seul agrandissement défini par la géométrie optique de l'objectif. Les objectifs à distance focale variable, encore appelés zoom, offrent à l'utilisateur une plage continue d'agrandissement, mais font saillie de la face avant du boîtier photographique, ce qui nuit à l'étanchéité de l'appareil.

Pour remédier à ce problème, il a été proposé d'intégrer dans le boîtier des appareils compacts un dispositif optique formant objectif à focale multiple dont une forme d'exécution connue est représentée sur la figure 1 annexée à la présente demande. Un tel dispositif, désigné dans son ensemble par la référence numérique générale 1, comprend classiquement deux paires de lentilles parallèles et opposées deux à deux telles que, respectivement, 2 et 4. Les indices de réfraction et les rayons de courbure des faces de ces lentilles 2, 4 sont ajustés de façon à obtenir les distances focales souhaitées, représentées par les directions A et B sur la figure 1. En pratique, l'une de ces distances focales qui peut être, par exemple, de 38 ou 50 mm, doit permettre d'effectuer des prises de vues standards, tandis que l'autre distance focale procure un agrandissement de type téléobjectif. Les distances focales A, B définies par les deux paires de lentilles 2, 4 étant perpendiculaires entre elles, il suffit de faire pivoter le dispositif optique 1 d'un quart de tour pour passer d'une prise de vue en mode standard à une prise de vue en mode téléobjectif.

Le dispositif 1 ci-dessus présente un double intérêt. Il peut d'une part être facilement intégré dans le volume intérieur d'un boîtier d'appareil photographique compact, ce oui permet d'éviter les problèmes d'étanchéité susmentionnés. Il offre d'autre part à l'utilisateur la possibilité de choisir entre deux agrandissements différents.

Le dispositif optique 1 présente cependant aussi certains inconvénients. Une lentille seule ne produisant pas une image de bonne qualité, les lentilles 2, 4 sont préférentiellement agencées par paires afin de compenser les aberrations chromatiques. Or, pendant sa traversée du dispositif 1, la lumière est réfractée à chaque interface lentille/air, de sorte qu'il est difficile de produire une image convenablement focalisée. Les lentilles 2, 4 doivent par ailleurs être taillées et assemblées avec une grande précision, ce qui augmente sensiblement le prix de revient de telles structures.

La présente invention a pour but de remédier aux problèmes et inconvénients ci-dessus en proposant un dispositif optique formant objectif de petite dimension afin de pouvoir être notamment intégré dans le boîtier d'un appareil photographique compact.

A cet effet, la présente invention concerne un dispositif optique de collection de la lumière à focale multiple, caractérisé en ce qu'il consiste en une structure monobloc formée d'au moins une première et une seconde matières transparentes conformées en lentilles accolées dont les indices de réfraction et les rayons de courbure des faces sont déterminés pour focaliser les rayons lumineux de manière à créer une image selon au moins deux distances focales différentes.

Grâce à ces caractéristiques, la présente invention procure un dispositif optique peu coûteux et peu encombrant, de sorte qu'il peut être facilement intégré par exemple dans le boîtier d'un appareil photographique compact. Par ailleurs, la structure monolithique du dispositif selon l'invention permet d'éviter les phénomènes de réflexion de la lumière aux interfaces lentille/air, de sorte qu'il est possible d'obtenir une image de bonne qualité.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un exemple de réalisation du dispositif optique selon l'invention, cet exemple étant donné à titre purement illustratif et non limitatif, en liaison avec les dessins annexés dans lesquels :

  • la figure 1, déjà citée, est une vue schématique d'une forme d'exécution d'un dispositif optique à focale multiple selon l'art antérieur;
  • la figure 2 est une vue schématique du dispositif optique à focale multiple selon l'invention;
  • la figure 3 représente une forme particulière d'exécution du dispositif selon l'invention, et
  • la figure 4 représente la focalisation des rayons lumineux issus d'un objet dans le plan image du dispositif optique de la figure 3.

Un exemple préféré d'application du dispositif optique selon l'invention se rapporte aux appareils photographiques compacts. Grâce à la présente invention, il est possible d'offrir à l'utilisateur la possibilité de choisir entre plusieurs agrandissements, tout en garantissant l'étanchéité de l'appareil photographique. Il va néanmoins de soi que le présent dispositif pourra être appliqué à tout autre système optique tel que, par exemple, un système à faisceau laser, dans lequel il est nécessaire de focaliser la lumière à deux distances différentes.

Comme il ressort de la figure 2, le dispositif optique selon l'invention, désigné dans son ensemble par la référence numérique 6, se présente sous la forme d'une pièce monobloc dont la forme générale extérieure s'inscrit sensiblement dans un parallélépipède. Conformément à l'invention, le dispositif 6 est formé d'une première et d'une seconde matières transparentes, respectivement 8 et 10, conformées selon deux triplets de lentilles accolées 12, 14 et 16 d'une part, et 18, 14 et 20 d'autre part pour focaliser les rayons lumineux de manière à créer une image. Les indices de réfraction et les rayons de courbure des faces des lentilles 12 à 20 sont déterminés de façon à obtenir les distances focales A et B souhaitées. En pratique, la distance focale A, déterminée par le triplet de lentilles 12, 14, 16, peut être de 50 mm par exemple, pour permettre d'effectuer des prises de vues standards, tandis que la distance focale B, déterminée par le triplet de lentilles 18, 14, 20, peut être adaptée de manière à procurer un agrandissement de type téléobjectif. Les lentilles 12 à 20 sont agencées de sorte que les distances focales A et B soient perpendiculaires aux faces latérales du dispositif optique 6 et forment entre elles un angle droit. Il suffit alors de faire pivoter le dispositif optique 6 selon l'invention d'un quart de tour pour passer du mode de prise de vue standard au mode de prise de vue téléobjectif.

Il va de soi que le nombre de matières sélectionnées pour fabriquer le dispositif optique 6 peut être supérieur à deux. Ces matières peuvent être au choix du verre, un matériau plastique ou toute autre matière adaptée. Il faudra simplement veiller à ce que la température de fusion de la première matière utilisée pour réaliser le coeur du dispositif 6 soit supérieure à celle de la seconde matière moulée autour de la première. De même, on peut envisager un dispositif optique présentant, par exemple, trois distances focales différentes, espacées de 45° les unes des autres. On peut également envisager d'utiliser la distance focale perpendiculaire aux faces inférieure et supérieure du dispositif optique 6.

Selon un avantage important de l'invention, les lentilles 12, 14 et 16 sont intimement liées les unes aux autres. La lumière n'est ainsi réfléchie qu'au moment où elle pénètre et où elle émerge du dispositif optique 6, de sorte qu'il est plus facile de produire une image de bonne qualité. Ce phénomène de réflexion peut encore être atténué en revêtant les faces extérieures du dispositif optique 6 d'une couche d'un matériau antireflet. Il faut en effet comprendre qu'à chaque interface lentille/air, environ 4% de la lumière incidente est réfléchie. Ainsi, dans le cas du dispositif 1 de l'art antérieur représenté sur la figure 1, la lumière subit quatre réflexions successives pendant sa traversée dudit dispositif 1, ce qui représente une atténuation de l'ordre de 15% de la lumière transmise. De plus, la lumière réfléchie aux interfaces lentille/air contribue à la formation d'images dites fantômes qui altèrent notablement la qualité de l'image résultante. Seule l'utilisation de couches antireflet de grande qualité et donc coûteuses permet de remédier à ce problème. Au contraire, dans le cadre de la présente invention, l'utilisation d'un revêtement antireflet de qualité courante s'avère suffisante.

On représente sur la figure 3 une forme particulière d'exécution du dispositif optique 6 selon l'invention dans laquelle la distance focale A est déterminée par un doublet de lentilles accolées 22 et 24, et la distance focale B est déterminée par un triplet de lentilles accolées 26, 22 et 28. A titre d'exemple, la lentille 22 est réalisée en poly-4-méthyl-pentane d'indice de réfraction n1 = 1,47, et la lentille 24 est réalisée en polystyrène d'indice de réfraction n2 = 1,59. Toujours à titre d'exemple, la courbure de la face d'entrée 30 de la lentille 22, exprimée comme l'inverse du rayon de courbure, est égale à 0,068 mm-1, et la courbure de la face de sortie 32 de la lentille 22 est égale à 0,14 mm-1. Enfin, la courbure de la face de sortie 34 de la lentille 24 est égale à 0,043 mm-1. On a également représenté sur la figure 3 un repère orthogonal (Y, Z) disposé dans le plan de la figure et dont l'axe Z est dirigé selon la distance focale A. Ce repère (Y, Z) définit un plan de référence REF à partir duquel sont calculés les trajets des rayons lumineux issus d'un objet 36 situé à une distance de l'ordre de 200 mm du dispositif optique 6 et focalisés dans un plan image IM. Les distances suivantes sont exprimées le long de l'axe Z : le plan de référence REF est situé à 3 mm de la face d'entrée 30 de la lentille 22 ; l'épaisseur de la lentille 22 est de 14,7 mm l'épaisseur de la lentille 24 est de 1,3 mm et le plan image IM est disposé à 18 mm de la face de sortie 34 de la lentille 24.

On donne à la figure 4 les fluctuations au voisinage du plan image IM du point focal correspondant à des rayons lumineux issus des points de l'objet 36 dont les coordonnées sont respectivement (Y = O° ; Z = 0°), (Y = 1° ; Z = 0°) et (Y = -2° ; Z = 0°). Comme on peut le constater, la focalisation des rayons lumineux dans le plan image IM est excellente. Ces calculs ont été réalisés pour tout le spectre visible avec une longueur d'onde de 656 nm comme référence.

Il va de soi que diverses modifications et variantes simples entrent dans le cadre de la présente invention. On remarquera en particulier que les distances focales peuvent être formées chacune d'un nombre quelconque de lentilles supérieur ou égal à deux, les aberrations chromatiques de ces lentilles se compensant d'autant mieux que leur nombre est plus élevé.


Anspruch[fr]
  1. Dispositif optique de collection de la lumière à focale multiple, caractérisé en ce qu'il consiste en une structure monobloc formée d'au moins une première et une seconde matières transparentes (6, 8) conformées en lentilles accolées (12, 14, 16, 18, 20) dont les indices de réfraction et les rayons de courbure des faces sont déterminés pour focaliser les rayons lumineux de manière à créer une image selon au moins deux distances focales (A, B) différentes.
  2. Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque distance focale (A, a) est déterminée par un triplet de trois lentilles accolées (12, 14, 16, 18, 20), de sorte que les aberrations chromatiques de ces lentilles (12, 14, 16, 18, 20) tendent à se compenser mutuellement de manière efficace.
  3. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les distances focales (A, B) sont perpendiculaires entre elles.
  4. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il présente trois distances focales distinctes, espacées de 45° les unes des autres.
  5. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il présente une distance focale perpendiculaire à ses faces inférieure et supérieure.
  6. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matière (6, 8) sélectionnée pour fabriquer ledit dispositif optique (6) peut être au choix du verre ou un matériau plastique.
  7. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les faces extérieures dudit dispositif optique (6) sont revêtues d'une couche d'un matériau antireflet.
  8. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la température de fusion de la première matière utilisée pour réaliser le coeur dudit dispositif optique (6) est supérieure à celle de la seconde matière moulée autour de la première.
  9. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les matières sélectionnées pour fabriquer ledit dispositif optique (6) ont des indices de réfraction égaux à 1,47 et 1,59 respectivement.
  10. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que les matières sélectionnées pour fabriquer ledit dispositif optique (6) sont du poly-4-méthyl-pentane et du polystyrène.






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