Brevet FR2065481A1 — publié le 19710730

Les prismes de Wollaston en cristal de type antérieurement connu comprennent u*1® première section et une seconde section toutes deux de forme triangulaire et en un matériau solide uniaxe, dont les axes optiques s'étendent respectivement selon une première et une seconde 5 directions qui sont mutuellement orthogonales. Etant donné l'orthogona-lité des axes optiques, l'indice de réfraction du prisme est différent selon qu'un faisceau lumineux (ou une composante d'un tel faisceau) est polarisé dans la première direction ou dans la seconde direction. Du fait de cette différence, un prisme de Wollaston peut faire dévier d'un 10 angle qui est déterminé à la fois par le matériau uniaxe et par l'angle • au sommet des sections de forme triangulaire, un faisceau de lumière incidente polarisée dans l'une des directions perpendiculaires, le faisceau lumineux obtenu à la sortie ayant l'une ou l'autre de deux directions différentes de celle de l'axe de propagation initial. 15 la nature solide du prisme de Wollaston en cristal limite l'angle de déviation à une seule valeur pour chacune des (feux directions. Avec les moyens techniques actuels l'angle minimal de déviation.que 1' on peut obtenir est d'à peu près une minute. Malheureusement cette valeur limite ne peut être atteinte qu'au prix d'une dépense très impor-20 tante. C'est pourquoi la présente invention a pour objet de réaliser un prisme optique amélioré. L'invention a encore pour objet cle procurer un prisme de déviation de la lumière ayant un angle minimal de déviation qui est petit. 25 L'.invention a encore pour objet de réaliser un prisme amélioré de déviation de la lumière dont la fabrication est peu coûteuse. L'invention a encore pour objet un prisme amélioré de déviation de la lumière ayant un angle de déviation réglable. Selon l'invention, il est prévu un prisme de Wollaston à 30 fluide dans lequel une suspension colloïdale, qui présente une biréfringence d'écoulement, est amenée à s'écouler au travers d'une première cellule creuse du prisme, selon une première direction, et à travers une seconde cellule creuse du prisme, selon une seconde direction. Les cellules ont une surface frontière commune et chacune d'entre elles est au 35 moins partiellement transparente à la lumière (le mot lumière devant être considéré ici au sens large et désignant aussi bien une lumière visible qu'une lumière invisible), de telle façon qu'un faisceau de lumière incidente puisse entrer dans le prisme et en sortir. Lorsque la première et la seconde direction d'écoulement sont pour l'essentiel, mutuel-40 lement orthogonales, le prisme de Wollaston à fluide offre les mêmes pro- BAD°ftlGlNAL 70 37794 2065481 priétés de déviation du faisceau que les prismes de Wollaston à cristal. L'invention sera décrite ci-après de façon plus détaillée en t se référant aux dessins ci-annexés, lesquels sont fournis à titre purement illustratif et non limitatif et dans lesquels : ^ La figure 1 montre un prisme de Wollaston en cristal d'un genre antérieurement connu. La figure 2 est une vue en perspective d'un mode préféré de réalisation du prisme à fluide selon l'invention. La figure 3 est une vue de profil selon la ligne 3-3 de la 1Q figure 2. La figure 4- est une vue de profil, qui est homologue à la figure 3 et qui montre un autre mode possible de réalisation du prisme à fluide selon l'invention. On se référera maintenant aux dessins et plus spécifiquement à la figure 1 montrant un prisme de Wollaston 8 en cristal, de type antérieurement connu, qui comprend une première et une seconde sections 10 et 12 en forme de triangle, constituées en un matériau uniaxe, par exemple en quartz. Les sections 10 et 12 qui peuvent avoir un angle au sommet & d'environ 30° sont liées l'une à l'autx-e par une couche 14 de gly-20 cérine ou d'huile de ricin. La section 10 est orientée de telle sorte que son axe optique à'étende selon la direction verticale, autrement dit selon une direction parallèle à l'axe des "y" dans le plan du dessin, ainsi que cela est indiqué par la flèche placée à l'intérieur de la section 10, alors que la section 12 est orientée de telle sorte que son 25 axe optique s'étende selon une direction horizontale, autrement dit dans une direction transversale par rapport au plan du dessin comme cela est indiqué par un point dans la section 12. Lorsqu'un faisceau de lumière polarisée 16 qui est fourni par exemple par un laser (non montré ici), tombe sur le prisme 8, la composante du faisceau lumineux qui est pola-30 risée selon la direction verticale (flèche) est déviée de l'axe initial de propagation 18 et se propage dans une nouvelle direction indiquée par la flèche 20, alors que la composante du faisceau lumineux qui est polarisée selon la direction horizontale (symbolisée par le point) est déviée de l&xe initial de propagation 18 et se propage selon la direction 35 indiquée par la flèche 22. Les directions de propagation 18, 20 et 22 sont coplanaires. Si l'on se réfère maintenant aux figures 2 et 3, un mode préféré de réalisation du prisme de Wollaston à fluide selon l'invention comprend une première cellule creuse 26, de forme.triangulaire, munie 40 d'un orifice 28 a'entrée du fluide et d'un orifice 30 de sortie du flui 70 37794 3 2065481 de. Afin de réduire la turbulence, l'orifice 30 a une section plus importante que l'orifice 28 et il est placé dans la partie centrale de la paroi 29 de la cellule 26. les parois 32 et 34 de la cellule 26 sont munies de plaques transparentes respectivement 36 et 38. Une partie de 5 la plaque transparente 38 constitue l'une des parois d'une seconde cellule creuse 40, de forme trapézoïdale, dont une autre paroi est constituée par une plaque transparente 42. A titre d'exemple les parois des cellules 26 et 40 peuvent être réalisées en plexiglas de 6mm d'épaisseur, alors que les plaques 36, 38 et 42 peuvent être en verre optique de haute 10 qualité. La cellule 40 a un orifice 44 d'entrée du fluide, qui est relié à l'orifice de sortie 30 de la cellule 26 par une tubulure 46 en tout matériau adéquat, et un orifice 48 de sortie du fluide,'qui est coaxial à l'orifice d'entrée 44 et est relié à l'orifice d'entrée 28 de la cel-Iule 26 par des tubulures 50 et 52, lesquelles sont reliées l'une à 1' autre par une pompe à fluide 54 de tout type classique adéquat, ayant de préférence un débit fixe. La pompe 54 refoule une suspension colloïdale 56 (emmagasinée notamment dans un réservoir 58) au travers des cellules 26 et 40 et des tubulures 46, 50 et 52, dans la direction qui est 20 montrée par les flèches sur la figure 2. C'est ainsi que le débit de la suspension 56 peut être de l'ordre de 5 à 50 cm3 par seconde. La suspension colloïdale 56 peut être constituée par n'importe quelle suspension comprenant des particules allongées offrant une aniso-tropie optique imputable à la biréfringence d'écoulement. Par biréfrin-25 gence d'écoulement on entend par là que les particules allongées en suspension ont tendance à aligner leur axe longitudinal selon les lignes d'écoulement de la suspension. La suspension colloïdale 56 peut être constituée par exemple par une suspension aqueuse de jaune foulon au chrome "NGS", ayant une concentration de 0,013 g par cm3 d'eau et ren-30 fermant des particules de forme essentiellement elliptique, dont le grand axe mesure à peu près 1 micron. Le jaune foulon au chrome "NGS" est un colorant du commerce fourni par la "National Aniline Division" de la firme "Allied Chemical and Dye Corporation". Une telle suspension aqueuse présentant la concentration voulue peut être obtenue en mélan-35 géant à peu près 1 cm3 de poudre sèche du colorant avec à peu près 8 cm3 d'eau puis en chauffant le mélange jusqu'à une température proche du point d'ébullition de l'eau, de telle façon que la poudre sèche soit entièrement dissociée dans l'eau et que tout excès d'eau soit évaporé. Une fois en suspension le- jaune foulon au chrome "NGS" ne précipite pas 40 lorsqu'il est ramené à la température ambiante. On peut également utili- A 70 37794 2065481 ser en tant que suspension 56, d'autres suspensions colloïdales aqueuses présentant le phénomène de la biréfringence d'écoulement, par exem-, pie du pentoxyds de vanadium et du cinnamate d'éthyl.e, toujours en proportion d'environ 0,013 g par cm3 d'eau. On peut également utiliser des 5 suspensions non aqueuses, par exemple du polyéthylène en suspension dans du xylène, du polydiméthylsiloxane en suspensionckns du benzène, de la polyvinylpyrrolidone en suspension dans de l'alcool benzylique, du polystyrène en suspension dans du bromoforme, du polyméthylmétacrylate en suspension dans du benzène et de la nitrocellulose en suspension dans la 10 cyclohexanone. D'autres suspensions qui. conviennent sont indiquées dans les pages 662 à 664 du volume 6, n° 5 de la revue Soviet Physics ïïspekhi (en date de Mars-avril 1964). Etant donné les positions occupées par les orifices 28, 30, 44 et 48, la suspension 56 s'écoule au travers de la cellule 26 selon une 15 direction approximativement verticale et au travers de la cellule 40 selon une direction approximativement horizontale. Il s'est avéré que lorsque la suspension 56 était en mouvement, les contraintes de cisaillement agissant sur les particules de la suspension, du fait de la viscosité et des gradients de vitesse, rendaient la suspension optiquement anisotro-20 pe, avec un axe optique préférentiel orienté selon la direction de l1 écoulement de la'suspension. Par voie de conséquence, la cellule 26 se comporte comme un milieu optiquement anisotrope ayant un axe optique préférentiel selon la rection dans laquelle s'écoule la suspension 56 au travers de ladite cellule, à savoir selon la direction verticale qui 25 est indiquée par la flèche en pointillé dans la cellule 26 de la figure 3. De même la cellule 40 se comporte comme un milieu optiquement anisotrope, ayant un axe optique préférentiel selon la direction d'écoulement de suspension 56 au travers de ladite cellule, autrement dit selon la direction horizontale qui est symbolisée par un point dans la cellule 40 30 de la figure 3. Si l'on compare le prisme de Wollaston à fluide selon la figure 3 au prisme de Wollaston en cristal selon la figure 1, on peut constater qu'ils sont identiques au point de vue optique, autrement dit que dans les deux cas on a deux parties dont les axes optiques préférentiels sont mutuellement orthogonaux. Par conséquent, le prisme de 35 Wollaston à fluide selon les figures 2 et 3 présentent les mêmes propriétés de déviation qu'un prisme de Wollaston en cristal et cela est symbolisé sur la figure 3 par la déviation, d'un angle 0, des directions respectives de propagation 60 et 61 des composantes lumineuses verticale et horizontale d'un faisceau de lumière incidente 59».ces directions étant 40 coplanaires avec l'axe de propagation 57 du faisceau lumineux 59. 70 37794 5 2065481 Dans le prisme à fluide de la figure 4, dans laquelle les parties qui correspondent aux parties identiques des figures 2 et 3 sont désignées par les mêmes nombres de référence, l'orifice de sortie 62 de la cellule 26 se trouve à proximité de la paroi 34 et il a à peu 5 près la même taille que l'orifice 28„ Pour des raisons qui ne sont pas totalement éclaircies, ce prisme à fluide fait dévier les composantes à polarisation respectivement horizontal et vertical d'un faisceau de lumière incidente se propageant selon l'axe 57, de telle façon que les directions de sortie de ces composantes ne sont pas coplanaires avec 10 l'axe 57. Plus précisément, les composantes sortent du prisme suivant des directions qui se trouvent dans un plan qui n'est pas confondu avec le plan contenant l'axe 57 (avec le plan du dessin). Il est possible de faire varier les directions de sortie des composantes eh agissant sur le débit de la suspension 56. 15 Avec le prisme à fluide selon l'invention il est possible d' obtenir un angle de séparation entre la composante horizontale et la composante verticâle d'un faisceau de lumière incidente, qui est inférieur à celui que l'on peut obtenir avec un prisme de Wollaston en cristal. Plus exactement, le prisme à fluide selon l'invention peut pro-20 duite une séparation entre les composantes du faisceau de la lumière incidente, qui est essentiellement inférieure à une minute. Par conséquent le prisme à fluide selon l'invention est particulièrement utile dans les systèmes comprenant une succession d'éléments photosensibles. En outre le prisme à fluide selon l'invention peut être fabriqué" pour un coût 25 relativement bas, en tout cas très inférieur (au moins dans un rapport de 1 à 10) au coût d'un prisme de Wollaston en cristal. Même si l'invention a été décrite ci-dessus en se référant à des modes particuliers de réalisation, il va de soi que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de 30 l'invention. C'est ainsi que la suspension 56 peut être refoulée dans des directions opposées au travers des cellules 26 et 40. Plus précisément, elle peut être refoulée de bas en haut au travers de la cellule 26 et, au travers de la cellule 40, de l'arrière vers l'avant du plan du dessin. En outre la forme des cellules 26 et 40 peut être modifiée, 35 la seule condition étant que la plaque optiquement transparente qui est commune aux cellules 26 et 40 ne soit pas placée perpendiculairement à l'axe du faisceau lumineux incident, étant donné que pour une incidence normale aucune réfraction du faisceau incident ne se produit. En outre les cellules 26 et 40 peuvent être fabriquées entiè-40 rement en verre optique de qualité supérieure. Toutefois, si l'on adopte 6 70 37794 2065481 une telle construction il faut veiller à éviter l'incidence de lumière parasite sur le prisme. f Selon une disposition typique, la chambre formée à l'intérieur de la cellule triangulaire 26 peut avoir une largeur de 125 mm, une îiau-5 teur de 100 mm, une profondeur de 6 mm et un angle au sommet (jjl de 30°, alors que la chambre ménagée à ^intérieur de la cellule 40, dont, la forme est trapézoïdale, peut avoir une hauteur de 15 mm, une profondeur de 100 mm, 'un grand côté, de 25 mm et un petit côté de 15. mm . Les orifices 28, 44, 48 et 62 peuvent avoir par exemple une section de passage ds 10 l'ordre de 30 mm2, alors que l'orifice 30 a une section de passage de 1' ordre de 70 mm2. i 70 37^94 - BEVEKDICATIGITS - 2065481 1.- Prisme de déviation de la lumière, caractérisé en ce qu'il comprend une première et une seconde cellules creuses comportant des parties optiquement transparentes de telle sorte qu'un rayon lumineux puisse 1^ traverser, une source d'une suspension colloïdale con-5 tenant des particules allongées, et des organes qui sont reliés à cette source en vue de faire passer ladite suspension au travers de la première cellule, dans une première direction, et au travers de la seconde cellule, dans une seconde direction. 2.- Prisme selon la revendication 1, caractérisé en ce 10 que, pour l'essentiel, ladite première et ladite seconde, directions sont mutuellement orthogonales. 3.- Prisme sel,on la revendication 2, caractérisé en ce que la suspension présente le phénomène de la biréfringence d'écoulement, grâce à quoi la première cellule a un axe optique préférentieH^pi esb orienté 15 selon la première direction d'écoulement, alors que la seconde cellule a un axe optique préférentiel qui est orienté selon la seconde direction d'écoulement, de sorte que les composantes d'un faisceau de lumière incidente qui sont polarisées respectivement selon ladite première direction et selon ladite seconde direction sont déviées par le prisme se-20 Ion des cheminements différents. 4.- Prisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que le débit de la suspension est compris entre 5 cm /s et 50 cm /s. 5.- , Prisme selon la revendication 4, caractérisé en ce que les organes qui déterminent l'écoulement de la suspension compren- 25 nent une pompe qui possède un débit fixe. 6.- Prisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première cellule comprend une paroi ayant une partie optiquement transparente en commun avec la seconde cellule. 7.- Prisme selon la revendication 6, caractérisé en ce que 30 la première cellule comprend un orifice d'écoulement du fluide qui est disposé à proximité de ladite paroi, et un orifice d'écoulement qui est à l'écart de ladite paroi. 8.- Prisme selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite partie optiquement transparente n'est pas perpendiculaire à la 35 direction de propagation du faisceau lumineux incident. 9.- Prisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première cellule comprend une paroi ayant une partie optiquement / v 70 37794 2065481 transparente en commun avec la seconde cellule, ladite première cellule ayant un orifice d'entrée du fluide et un orifice de sortie du flui- 10.- Prisme selon la revendication 9, caractérisé en ce 5 que le débit de la suspension est variable entre 5 cm3 par seconde et 50cm3 par seconde. 11.- Prisme selon la revendication 8 ou 11, caractérisé en ce que la suspension aqueuse a une concentration d'environ 0,013 gramme de particules allongées par centimètre cube d'eau, lesdites par- 10 tieules allongées ayant une dimension longitudinale qui est de l'ordre de 1 micron. 12.- Procédé pour dévier un faisceau lumineux, caractérisé en ce qu'il consiste à pomper une suspension colloïdale de particules allongées au travers d'une première cellule creuse, dans une première 15 direction, et au travers d'une seconde cellule creuse, dans une seconde direction, et à faire passer un faisceau lumineux au travers desdites cellules. 13.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que pour l'essentiel, la première et la seconde direction sont mutuelle- 20 ment orthogonales. 14.- Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la suspension colloïdale présente le phénomène de la biréfringence d'écoulement, grâce à quoi la première cellule a un axe optique préférentiel orienté selon la première direction, alors que la secondQ^ellu- 25 le a un axe optique préférentiel orienté selon la seconde direction. 15.- • Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la première cellule comprend une paroi ayant une partie optiquement transparente en commun avec la seconde cellule, ladite première cel' Iule ayant un orifice d'entrée du fluide et un orifice de sortie du 30 fluide qui sont adjacents à ladite paroi. 16.- Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que la suspension est pompée au travers des cellules avec un débit compris entre 5 cm3/s et 50 cm3/s. 17.- Procédé selon la^revendLcatdoi 16, caractérisé en ce que 35 la suspension aqueuse présente une concentration d'à peu près 0,013 gramme de particules allongées par centimètre cube d'eau, lesdites particules allongées ayant une dimension longitudinale d'environ 1 micron. 18.- Procédé pour la déviation d'un faisceau lumineux, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer un faisceau lumineux au 40 travers d'une première et d'une seconde cellules creuses dont les parois 70 37794 2065481 sont, au moins en partie, optiquement transparentes, à pomper avec un premier débit une suspension colloïdale de particule allongées au travers de ladite première et de ladite seconde cellule, selon des directions qui sont différentes, et à pomper ladite suspension au travers desdites cellules selon un débit qui est. différent du premier débit susdit. 19.- Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la suspension présente le phénomène de la biréfringence d'écoulement.