Brevet FR2005719A1 — publié le 19691212

L1invention rentre dans le secteur des appareils optiques et concerne un modulateur digital de la distance focale à plusieurs étages successifs dont cliacun comporte un polarisateur électro-optique commandé et une lentille à double diffraction. 5 Ûn tel modulateur est connu (U. Schmidt: "The probien. of light "beam deflection et high frequencies" dans, "Optical Processing of Informations" pages 98 à 103, Spartan Books, Baltimore 1963). Bans le modulateur connu, un faisceau lumineux est lancé à travers une série de polarisateurs électro-optiques alternant avec 10 des lentilles en matériau à diffraction double. L'application de tensions électriques appropriées aux polarisateurs permet de modifier l'angle d'ouverture du faisceau lumineux par étages digitaux, les variations étant déterminées uniquement par la géométrie des lentilles à diffraction double et par les valeurs des indices de 15 diffraction du matériau à double diffraction et du fluide ambiant. Le code des tensions h appliquer aux polarisateurs est binaire. La modification des distances focales s'effectue dans des étages sépaï-ées. Lorsqu'on choisit les distances focales des lentilles a double diffraction des étages modulateurs séparés de façon 20 qu'ils augmentent chaque fois du simple au double d'un étage à l'autre, et lorsque les lois concernant les lentilles minces sont applicables à ces lentilles, les foyers disponibles se trouvent tous à la même distance des foyers voisins. La condition d'une lentille mince dans les éléments a double 25 diffraction n'est pas toujours satisfaite, étant donné que la condition que les distances focales doivent former une série géométrique peut conduire assez rapidement à de très petites distances focales, c'est-à-dire à de grands rapports d'ouvertures. Bans ce cas, il n'existe plus de certitude d'obtenir effectivement l'éga-30- lité mentionnée des distances entre les foyers. L'invention a pour but de réduire l'écart de l'égalité des distances entre les foyers. A cet effet, elle présente la particularité que chaque étage"compte au moins deux lentilles à double diffraction dont les axes optiques sont perpendiculaires entre eus 35 et perpendiculaires au plan principal des deux lentilles, et qu' en outre les courbures des surfaces tournées l'une vers l'autre sont opposées. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'in- 40 vention peut être réalisée, les particularités qui x-essortent > bad original 69 10639 2005719 tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. Les.fig. 1, 2 et 3 sont des exemples de réalisation d'un modulateur conforme à l'invention. 5 La fig. 4 représente une lentille à utiliser dans un exemple de réalisation. La fig. 1 représente schématiquement la constitution d'un modulateur de distance focale digital- Le modulateur de distance focal digital comporte une rangée de N polarisateurs ... Pjp 10 alternant avec ÎT combinaisons de lentilles à double diffraction L.^, ... L^-j., dont chacune est constituée par'une lentille concave 1^. et une lentille convexe 1^. Dans cet exemple, la valeur des courbures effectives, à savoir k'-j» et k''^ ..., k"^ des lentilles individuelles est chaque fois doublée, dans la direc-15 tion de propagation du faisceau lumineux S traversant le modulateur de distance focale. Par courbure.effective, ii y a lieu d' entendre la valeur inverse de la somme des" rayons de courbure des surfaces actives des lentilles, le signe de la courbure étant compté de la maniéré usuelle. Gomme il a déjà été mentionné, cha-20 que étage comporte une lentille convexe 1^.,. et une lentille convexe 1 en un matériau à double diffraction, à un seul axe. Les axes optiques a et a' des deux lentilles sont perpendiculaires entre eux et perpendiculaires à la normale à la surface principale. De plus, lors de l'utilisation de modulateurs présentant de 25 l'effet éledtro-optique transversal, les deux axes optiques forment un angle de 45° avec la direction du champ électrique à appliquer au modulateur électro-optique. Grâce à cette orientation du modulateur électro-optique, un faisceau lumineux,-polarisé linéairement aux g,xes optiques et originalement parallele ou per-30 pendiculaire aux axes optiques, traversant le modulateur de distance focale reste, lors de l'application ou de la suppression d'une tension toujours polarisé perpendiculairement ou .parallèlement aux axes optiques, abstraction faite.des aberrations. Etant donné que chaque étage du modulateur de distance focale 35 comporte deux lentilles à double diffraction, comparativement à une lentille simple à même pouvoir de diffraction que les deux lentilles ensemble, la courbure des surfaces de. diffraction active est réduite. De plus, par suite de l'emploi de chaque fois une lentille concave et une lentille convexe par étage, on obtient au .40 total une lentille plus mince que lors de l'emploi de deux lenbad original 69 10639 2005719 tilles à surfaces à courbure de même signe. Par suite de ces deux facteurs, les lois des lentilles minces sont encore applicables dans de nombreux cas dans lesquels, lors de l'emploi de lentilles simples à double diffraction, ces lois ne seraient plus valables. 5 la construction de lentilles décrite peut être modifiée de plusieurs maniérés sans sortir du cadre de l'invention. Pans le systeme représenté schématiquement sur la fig. 2, les surfaces extérieurs planes p, respectivement p.', de la combinaison de lentilles à double diffraction ... 1^, font en sorte que la posi-10 tion des foyers soit, dans une mesure suffisante pour la plupart des applications pratiques, indépendante des fluctuations de l'indice de diffraction du matériau entourant les lentilles provoquées par la température. Il y est supposé qu'à l'intérieur de la combinaison de lentilles, chaque fois deux surfaces de diffraction voi-15 sines, disposées aussi prbs que possible l'une de l'autre présentent une forme complémentaire, c'est-à-dire que leurs courbures sont opposées. Une autre particularité du montage représenté sur la fig. 2 est que le domaine de modulation de l'angle d'ouverture du faisceau S pénétrant dans le système est toujours le même 20 dans la direction de plus petites valeurs et dans celles de plus grandes valeurs, abstraction faite de légeres aberrations. D'une façon générale, il ne sera pas nécessaire d'utiliser, dans tous les étages d'un modulateur- de distance focale, des combinaisons dont chacune est constitué par plus d'une lentille à double dif-25 fraction. Dans les étages pour petites variations de l'angle d' ouverture :du faisceau lumineux, il suffira de lentilles simples telles que représentées schématiquement sur la fig. 3, alors que seule la dernière combinaison de lentilles est constituée par jme lentille concave et une lentille convexe Lv# 30 3i une combinaison constituée par deux lentilles à double diffraction ne suffit pas pour réduire les aberrations mentionnés, on peut conformément à 1'invention obtenir une autre amélioration par l'emploi d'un plus grand nombre d'éléments à diffraction double par étage. 35 Ds- fig. 4 représente un exemple d'une lentille à diffraction double constituée par trois éléments de lentille 1^, lg et 1^. Dans des combinaisons de lentilles conformes à l'invention, il n'est nullement nécessaire d'utiliser des éléments séparés dont les surfaces de diffraction ont la même courbure. Il est possible 40 de tolérer une différence en courbure afin de maintenir l'aberra- bad original 69 10639 4 20@S719 tion sphérique aussi petite que possible, pour autant que d'autres conditions imposées, telles que la constance de la position des foyers lors de variations de la température- ne s'y opposent pas, Les combinaisons de courbures de surfaces de diffraction les 5 mieux appropriées pour un cas particulier peuvent être déterminées s suivant les procédés connus de correction de systèmes optiques ot suivant les loirs de la diffraction double comme le mentionne par exemple J. Flftgge: "Leitfaden der geometrischen Optik und des Op-tilcrechnens", Vandenbroeîck und Euprecht, Gottingen 1956, et îi/ 10 Clrnela: "Strahlenverlauf in einem System aus doppelbreclienden Lin-sen", Optik 26, 154-163 (1968). bad orig/nal 69 10639 5 2005719 B3VL1TDIGATIOITS 1. Modulateur digital de distance focale à plusieurs étages successifs dont chacun comporte un polarisateur électro-optique commandé et une lentille à double diffraction, caractérisé en ce 5 que chaque étage comprend'au inoins deux lentilles à double diffraction disposées l'une derrière l'autre et dont les axes optiques sont perpendiculaires entre eux et perpendiculaires h la normale a la surface principale des deux lentilles, alors que les courbures des surfaces tournées l'une vers l'autre sont opposées. 10 2„ Modulateur digital de distance focfile selon la revendicaution 1, caractérisé en ce que, dans chaque étage, la première surface et la dernière de la combinaison de lentilles à double diffraction sont planes, alors que les autres surfaces lenticulaires sont complémentaires par paire. 15 3. Modulateur digitale de distance focale selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que certains étages utilisent des lentilles simples a double diffraction, et d'autres étages des combinaisons de lentilles dont chacune est constituée par au moins deux lentilles à double diffraction. 20 4. Modulateur digital de distance focale selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la combinaison de lentilles est constitué par une lentille convexe disposée entre deux lentilles concaves. i bad original