Objectifs téléphotographiques

1*. — 'V objectif téléphotographique (fig. 394) est le système formé d'une lentille convergente de distance focale f\ et d'une lentille divergente de distance focale /j.

11 donne une image réelle très agrandie d'un objet éloigné.

On se reportera à mon Optique géométrique pour les formules relatives au système de deux lentilles.

La distance focale résultante est :

f= ùh

d est la distance des deux verres.

/'devant être positif, f2 étant par hypothèse négatif, il. faut qu'on ait :

fl+f,-d<0 fi<(l + {-f%).

Les rayons issus de deux points de l'objet vus sous l'angle « don-

Sèns de/â lumière

Fig. 394.

nent une image de longueur /*«. Puisqu'elle doit être grande, f doit l'être aussi; ft doit peu différer de rf + ( — /i) : les foyers des lentille ont la disposition représentée par la figure 395.

Sens de/afa/mêre

N' Fi

f; Tz

Fig. 395.

2\ — Pour comprendre l'intérêt du dispositif, raisonnons sur l'exemple représenté par la figure 395 :

/i = 6, fi = — 5, d=3\ /;+/;— d = — 2.

La distance focale principale résultante est /*=15.

Mais voici l'essentiel : les plans principaux, par suite les points nodaux du système résultant, sont en avant de l'appareil matériel constitué par les lentilles.

On a: C[N = 9, CJV = — 7,5.

Déterminons directement les positions des foyers. L'infini de l'espace-objet fait son image en F,' à travers la lentille 1. A travers la lentille 2, on a donc :

?-! I— S- /=SF'='.5-

Comme /— 15, le point N' à partir duquel /est compté se trouve & 7,5 à gauche de C,.

L'infini de J'espace-image fait son image en F, à travers la lentille 2. A travers 1, on a donc :

Comme f= 15, le point N se trouve à 9 du point C,.

La combinaison téléobjective doit son importance au fait que le second point nodal N' est en avant du système des lentilles.

3". — En effet, si, pour obtenir une image réelle grande, on utilise une lentille unique, il faut augmenter sa distance focale principale, par conséquent, ce qui est incommode, la longueur de la chambre noire (ou du tube portant l'oculaire quand on observe l'image avec un appareil grossissant}. Est-il possible, par une combinaison de verres, d'obtenir, avec une distance donnée entre les verres et l'écran, une image plus grande que celle fournie par une seule lentille?

Les rayons issus de deux points de l'objet, faisant un angle a et passant par le point nodal N de l'espace-objet du système, passent à l'émergence par le point nodal" N' de l'espace-îmage ; ils font le même angle. Soit D la distance de ce point à l'écran; aD est la longueur de l'image : le problème revient donc à augmenter D.

Dans le cas d'une lentille unique, les points nodaux, presque confondus, sont dans la lentille : pour gagner quelque chose sur l'effet produit par une lentille, il faut donc rejeter le second point nodal en avant de l'appareil.

C'est ce que fait la combinaison téléobjective.

4°. — Pour rendre possible la figure 395, j'ai choisi des nombres qui ne montrent pas tout l'avantage réalisable.

Voici un autre exemple numérique :

/;=60™, — /,=20-, d=41s"; /; -f /;d=— 1™. On tire de là :

ÔN'=8m,20 /•=12m.

Le point nodal relatif à l'espace image est à 8200"1 de la lentille L,. L'image est à une distance de 1200co en arrière de ce point, à une distance de 1200— 820 = 380m=3m,80 en arrière de la lentille L,. Le grossissement est le même que si on utilisait une lentille de 12 mètres de distance focale principale; maïs l'encombrement n'est que 0,41 -)-3,80=4n',2i; c'est la distance du premier verre à l'image.

Avec un tel appareil on photographie à 25 kilomètres de distance; un édifice de 25 mètres occupe 12mm sur le cliché.

Ces combinaisons de grossissement colossal servent à l'espionnage des ouvrages avancés par-dessus les frontières.

On construit des téléobjectifs portatifs sur le même principe.

Voici une combinaison réduite (fig. 396) :

/; = uomu\ — /;=30ram, d=85mm9 /;+/;rf=5i

.mm

imm

— CN' = 510mm, /=660'

La distance du second verre à la plaque sensible n'est que :

66 — 51 = 15cm,

pour une longueur totale d'appareil de 8,5+ 15 = 23cm,5, et une longueur focale de 66cm. Le grossissement est trois fois plus grand que

Sens de Ja lumière

pour un appareil de même encombrement, monté avec un objectif ordinaire.

i°. — Comme il s'agit toujours d'objets éloignés, nous poserons que l'image se fait dans le plan focal principal, à la distance F du second point nodal de l'objectif.

Soit un objectif (fig. 397) qui tourne autour d'un axe normal à son axe optique et passant par le second point nodal N. Pour préciser je suppose cet axe vertical. Quel que soit l'azimut de l'objectif, il résulte des propriétés des points nodaux que l'image d'un point B très éloigné se fait toujours au même point Z>, obtenu en portant la longueur F à partir du point N qui est fixe, dans la direction Bn. Cette direction est pratiquement invariable, vu la petitesse du déplacement du point nodal antérieur n par rapport à la distance /?B.

Un appareil panoramique peut donc être constitué par une surface

idre listance cylindre sur lequel se trouve son point nodal postérieur N.

Eu pratique, le champ de l'objectif n'étant pas cylindrique (on s'ellbrce toujours de l'aplanir), l'image serait floue. Pour chaque

Un appareil panoramique peut donc être constitue par une surf sensible cylindrique (papier, pellicule,...) enroulée sur un cylim vertical pour préciser, de rayon F, et par un objectif de distai focale F tournant autour de l'axe vertical du cylindre sur lequel

Fig. 397.

azimut de l'objectif, on n'utilise donc de la surface sensible qu'u. bande rectangulaire étroite, déterminée par deux écrans vertical liés à l'objectif et entraînés par lui. A mesure que l'objectif toum les diverses parties de la surface sensible sont impressionnées : les images successivement obtenues se superposent exactement dans leur partie commune.

Le principe de l'appareil est très intéressant; j'engage le lecteur à le réaliser; c'est une excellente manière de fixer les idées sur les propriétés des points nodaux.

La figure 398 montre comment installer l'expérience, qui exige peu de frais. On utilise le pignon V pour amener le point nodal N sur l'axe de rotation. On met au point en déplaçant un verre dépoli. Quand te réglage est fait, une rotation du système S n'entraine aucun déplacement pour l'image. Après déréglage (obtenu avec le pignon V) on vérifie qu'une rotation de l'objectif amène un déplacement. L'expérience prouve avec évidence la nécessité de diaphragmes qu'on fixera à la planche P. On perfectionne l'expérience en remplaçant le verre dépoli plan par un cylindre de papier calque, de gélatine ou de celluloïd. Il suffit de mesurer la distance focale F de l'objectif et de creuser une rigole convenable dans la planche B.

Un objectif d'une dizaine de ■■ m francs suffit pour obtenir un ■ ™;' ™i appareil très instructif.

j 2". — Appareil de Bekoist.

Benoist a modifié l'appareil pour permettre l'emploi d'une plaque sensible rigide et plane. 11 faut que la plaque tangente à chaque instant la surface sensible précédemment utilisée , c« routant sur elle : ce qu'on obtient très simplement au moyen d'une crémaillère C, et d'une roue dentée B solidaire du pied, qui par conséquent reste fixe quand tourne l'appareil (n'g. 399).

Celui-ci se compose de l'objectif O et d'une chambre rectangulaire longue dans laquelle glisse la crémaillère horizontale G. La plaque sensible verticale repose sur la crémaillère.

Fig. 39S.

m CONSTRUCTION DES INSTRUMENTS DE MESURE

La chambre rectangulaire et l'objectif qui en est solidaire sont assujettis au plateau mobile P par des équerres E. Quand le plateau mobile tourne dans le sens F, la crémaillère se déplace dans le sens /'par rapport à la caisse qui la contient; la plaque sensible reste tangente au cylindre de rayon F et roule sur lui. L'image se forme donc sur des portions successives de la plaque telles que ses fragments continus se raccordent exactement.

Le dispositif suppose que le second point nodal N de l'objectif est sur l'axe de rotation. L'angle a couvert par la vue panoramique est lié à la longueur i de la plaque par la relation évidente : /=iF.

i est exprimé en radians.

Pour une plaque 18/24, utilisée avec la grande longueur horizontale, et une distance focale de 8 cm., % vaut 3, c'est-à-dire 172*.

Fig. 399.

On coupera la plaque de manière à en faire deux de 9x24.

Dans ces conditions la caisse doit avoir au moins 50 cm. de longueur : l'appareil ne laisse pas d'être encombrant.

If.. — Ai'I'aheii. Johnson et Brandon.

Très antérieurement, Johnson et Brandon avaient donné la solution géuûrale et vraiment pratique du problème, puisque les vues panoramiques de la collection lira un pour la Suisse ont été obtenues avec leur appareil (fig. 400). Celui-ci n'exige pas que le point nodal N soit exactement sur l'axe de rotation O; il permet l'emploi d'objectifs dont la distance focale est comprise entre certaines limites. Le principe est le même que plus haut : donner à la plaque sensible un mouvement de translation par rapport à la chambre qui In contient, dans un rapport convenable avec le mouvement de rotation de celle-ci.

Soit O la trace horizontale de l'axe de rotation. Soit N la première position il u point nodal postérieur de l'objectif. Le point A, très

éloigné, fait son image en a ; le point B, également très éloigné et situé dans la direction NB, fait son image en b.

Tournons la chambre de l'angle a.. Si le cliché était courbe et immobile, non dans l'espace, mais par rapport à cette chambre, les points a et b viendraient en a' et b'. Mais, dans la nouvelle position, l'objectif donne de l'objet B une image en b". Donc pour que les deux images de B coïncident sur le cliché courbe, il faut imprimer au cliché un glissement :

dans le sens de la flèche.

L'angle « étant petit, on a :

Fig. 400.

NN'=».ON = W, bb'—aa'=*.Oâ.

D'où : 8 = 3{ÔN + 0*) = F*. .

Ceci reste vrai pour une rotation a quelconque, en raison de l'existence de diaphragmes ne découvrant jamais qu'une étroite bande du cliché. Ainsi le déplacement linéaire à donner au cliché (auquel nous restituons la forme plane) dans sa coulisse, est toujours égal à F«, que le point nodal N soit ou non sur l'axe de rotation.

Pour obtenir le déplacement du cliché dans le châssis, on utilise une roulette B dont l'axe est lié à la chambre et qui repose par sa jante sur le plateau fixe servant de support à la chambre. En plaçant la roulette plus ou moins loin le long de son axe, on fait en sorte que : OR = F. Le déplacement linéaire de la jante est alors F*, pour une rotation a de la chambre. Cette jante est creusée d'une gorge

69ft CONSTRUCTION DES INSTRUMENTS DE MESURE

où passe un fil métallique dont les extrémités s'attachent (par des ressorts) à deux tiges ï liées à la glissière qui supporte le cliché. Quand la chambre tourne, elle entraîne ta roulette. Celle-ci, dont la jante frotte sur le plateau fixe, fait avancer le fil et imprime au cliché le déplacement convenable.