Brevet FR2121382A1 — publié le 19720825

La préceinte invention concerne les dispositirs capables d'émettra un fais- ceau lumineux orienté selon une direction faisant un angle prédéterminé avec une direction de référence, par exemple avec le pldn horizontal. La présente invention concerne plus parLiculièrement un dispositif du tyfle précédent ou le faisceau lumineux est engendré par un générateur laser. 5 sait qu'un laser est capable d'émettre un pinceau lumineux très fin et parallèle sur une distance relativement grande et de remplacer ainsi les moyens classiques utilisés en particulier dans la technique de l'alignement. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif qui permet d'obtenir un faisceau lumineux ayant une orientation partsisulière par rapport au plan horizontal, un tel dispositif peuvent être utilisé pour aligner des éléments ou pour guider des machines le long d'une trajectoire rectiligne aisant un angle déterminé avec le plan horizontal. La présente invention a pour objet un dispositif pour émettre un faisceau lumineux ayant une orientation prédéterminée dans un système de référence, remarquable notamment par le fa-t qu'il comporte un laser, formé d'un milieu actif disposé dans une cavité optique constituée par un premier et un second miroir, un moyen d'asservissement de la position angulaire dudit premier miroir à une valeur prédéterminée dans ledit système de référence, et un moyen de réglage de la position angulaire dudit second miroir pour réaliser une cavité résonnante permettant l'obtention de l'effet laser. Le dispositif selon la présente invention est avantageux en paiticulier par le fait qu'il ne peut émettrE un faisceau lumineux que lorsque le réglage des éléments formant la cavité résonnante est effectué ; par conséquent le faisceau lumineux émis a nécessairement l'orientation voulue par apport au plan horizontal. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront dans la description ci-après se référant aux dessins annexée donnés à titre illustratif et nullement limitatif représentant plusieurs mode de réalisation pratiques de l'invention. Parmi ces figures, les figures 1, 2 et 3 représentent schématiquemet un dispositif selon l'invention. Les figures 4, 5, 6 et 7 représentent schématiquement des exemple de modes de réalisation de dispositif permettant de maintenir un miroir en position agu- laire déterminée par rapport au plan horizontal. La figure 8 représente schématiquement une variante du dispositif selon l'in- vention. Les figures 9, 10 et 11 représentent trois autres modes de réalisati-n possibles d'un miroir dont la surface réfléchissante fait un angle déterminé avec le plan horizontal. Sur la figure 1, on a représenté un laser comportant un boiter désigné p? la référence 1 un miroir 2, un milieu actif 3, un moyen de pompage optique 4 et un second miroir 5. Les éléments 1, 2, 3 et 4 peuvent être disposés dans un boî- tier comptant deux ouvertures telles que 6 et 7 ; l'ouverture 6 peut être l'ou Vcrture par laquelle sort le faisceau émis par le laser dans le cas où le miroir 2 est un miroir semi-réfléchissant, tandis que l'ouverture 7 permet la sortie des faisceaux lumineux) vers le deuxième miroir 5 qui définit avec le mircir 2 la cavité résunnante. L'élément 5 app-lé ici miroir est en réalité une surface réfléchissants quelconque fermés par u;, objet liquide ou solide, cette surface réfléchissante pouv'nt être plan- ou non. La surface réfléchissante 5 est maintenue en position par un dispositif représenté par 1E b'oc 8, capable de maintenir cette surface réfléchissante en position angulaire prédéterminée par rapport au plan horizontal. Par exemple, dans le cas où la surface réfléchissante 5 est plane, le dispositif 6 peut être un flatteur baignant dans un liquiue, ou encore un dispositif comportar,c un miroir disposé sur une suspension à la Cardan et orienté par un poids. Bien entendu, le dispositif 8 peut être aussi un système lié, non pas au plan horizontal, mais à un plan de référence quelconque : par exemple, le dispositif 8 peut être un dispositif gyroscopique. Divc.-ses variantes, de réalisation relativement simple, seront décrites ci dessous. L6 dispositif illustré par la figure 1 fonctionne de la façon suivante. Supposons que le miroir 2 soit correctement aligné par rapport à l'axe du milieu actif 3 et que les éléments 2 et 3 soient solidaires du boîtier 1. L'axe optique 9 du système ainsi tormé frappe la surface réfléchissante 5 en un point 10 la flèche 11 représente la normale à la surface 5 passant par le point 10. Si cette normale 11 est confondue avec l'axe optique 9, la cavité optique formée par les surfaces réfléchissantes 2 et 5 est une cavité résonnante et l'effet laser peut avoir lieu. Dans ce cas, le faisceau lumineux émis par exemple à travers le miruir 2 sera orienté perpendiculairement à la surface réfléchissante 5, et so orientatior vis-à-vis du plan horizontal sera celle de la surface réfléchissante 5, ce qui permet d'obtenir le but désiré. La figure 2 est une variante de réalisation du dispositif selon la figure 1 qu se d distingue par le fait que l'on dispose entre l'élément 3 et la surface rfléehissante ;, ur. dispositif déflecteur de rayons lumineux représenté schérnatiqement à titre d'exemple par un prisme 12 , en supposant que la surface réfla- chissanto 5 so;t parallèle au plan horizontal, le faisceau lumineux émis par ce dispositif définira dc;c un angle a avec la verticale. Le dispositif déflecteur de faisceau lumineux 12 peut être associé mécaniquement au groupe d'éléments 1, 2 et 3, ou à la surface réfléchissante 6. La figure 3 représente un cas particulier ou la surface réfléchissante 5 définit elle-même un certain angle avec le r'an horizontal, cette surface tréflé chassante pouvant être par exemple la surface d'un prisme disposé sur un flotteur baignant sur un liquide. Sui la figure 4, on a représenté un mode de rPalisation particulièrement simple dans lequel la surface rfléohissante format un Pngle déterminé avec la plan horizontal est la surface même d'un liquide 13 contenu dans un récipient 14. Le liquide 13 doit être choisi de manière que le dioptre plan formé par la séparation entre ce liquide Ût l'atmophère ambiante présente un coefficient de réflexirn suffisant pour créer les conditions d'c,cill2tions de l'émission lasser. Le liquide 13 peut éventuellement être iormé par deux liquides non miscibles ayant des indices optiques différents. Dons le cas de la figure 5, pour éviter des irrégularités possibles de la surface réflechissante du liquide 13, on a disposé un flotteur 15 sur lequel est fixé le miroir 5. Le mode de canalisation selon la figure 5 présente l'avan tag de ne pas exiger l'utilisation de liquide ayant des coefficients de réflexion et d'absorption particuliers et des indices optiques convenablement choisis. Dans le cas particulier de la figure 6, la surface réfléchissante 5 est formée par exemple par un mircir ou un prisme disposé dans une suspension à la Cardan, pouvant subir une rotation aulJur d'un axe 16 et autour d'un axe 17. Pour assurer à la surface réfléchissante q une position angulaire prédéterminée par rapport au plan horizontal, on peut disposer un dispositif équivalent à un "fil à plomb rigide" formé par exemple par une tige 18 munie à sa partie inférieure d'un poids 19. flans le cas du mode de réalisation selon la figure 6, le poids 19 peut avantageusement comporter une portion inférieure aigüe 20, analogue à la portion correspondante des fils à plomb classiques, ce qui peut avantageusement permettre de repérer l'intersection du faisceau lumineux émis par le dispositif avec le plan du sel sur lequel est placé ce dispositif. La figure 7 représente un mode de réalisation analugue à celui de la figure 6, mais de fabrication plus simple. cn effet, dans ce cas, le miroir 5 est monté sur une pièce 21, ayant la forme d'une rotule, coopérant avec un logement 22 ayant la forme d'une coupelle permettant la rotation de la rotule suivant toutes les orientatiorls dans une certain limite angulaire. Le dispositif selon la figure 7 présente l'avantage de pouvcir être réalité fac lement, mais a une sensibilité inférieure a celle du dispositif selon la figure 8, à cause des frottements possibles de la rotule 21 sur la coupelle 22. Bien entendu, on peut réaliser des éléments 20 et 22 en un matériau tel ne le graphite, l'acier poli ou d'autres matériaux lubrifies limitent autant que peaia'le l'effet des frottements. La figure 8 représente un autre mode de réalisation qui diffère de eux des figures précédentes par le fait que le miroir, qui est assujetti a rester en position angulaire prédéterminée par rapport au plan horizontal, est celui qui est associé au milieu actif par l'intermédiaire du boîtier ; le le réglas du dis- du dis- positif est alors effectué sur l'autre miroir.Dans le cas de la variante selon la figure 8, le boîtier 1 est par exemple fixé à u,le suspension à la Cardan pouvant subir des rotations autnur des axes 24 et 25. Cb boîtier 1 comporte un milieu actif 3 et le moyen de pompage optique 4 ainsi qu'un miroir 26 qui peut tertre un miroir à réflexion totale ou un miroir à réflexion partielle.Le dispositif de suspension à la Cerdan est fixé Ct des montants extérieurs 27 qui comportent en outre un moyen de positionnement d'i'rl second miroir 28 pouvant être totalement ou semi-réfléchissd-nt. Ce moyen d positionnement du miroir 28 peut être par exemple réalisé sous ia forme d'une monture 29 fixée sur une tige 30 comportant une rotule 31 coopérant avec une coupelle 32 solidaire du montant 27. Lorsque le boîtier 1 a pris une position d'équilibre sous l'influence de la pesanteur, le miroir 26 présente l'o^ientation désirée par rapport au plen horizontal, et il suffit alors de régler la position angulaire du miroir 28 jusqu'à l'apparition de l'effet laser. L'appariston d'un faisceau lumineux sig,lifie que les miroirs 28 et 26 sont strictement parallèles, et que par conséquent ce faisceau lumineux a l'orientation désirée par rapport au plan horizontal. Les figures 9, 10 et 11 représenr.nt d'autres variantes du dispositif permettant d'assujettir une surface rffléchissante à unn position angulaire prédéter- minée par rapport du plan horizontal. Dans le cas de la figure 9, on réalise un récipient 32 rempli avec un liquide 13 sur lequel flotte un flotteur 33, qui comporte une partie 34 de forme sensiblement cylindrique jouant un rôle de rotule et coopérant avec une ouverture 35 dont la paroi a une forme complémentaire de celle de la rotule 34. Sur le sommet de la partie 34 on dispose une surface réfléchissante 36, qui peut être constituée par la surface même du Flotteur dans le cas où celui-ci est réalisé en un matériau présentant un coefficient de réflexion suffisant pour produire une surtension suffisante de la cavité résonnante formée par cette surface et l'autre miroir non représenté sur cette figure. Sur la figure 10 on a représenté une autre variante dans laquelle le flotteur 33 comporte une partie supérieure plane formant une surface plane réfléchissante 36, la partie inférieure du flotteur comportant une tige 37 pénétrant dans une ouverture 38 pratiquée dans une paroi intérieure 33 solidaire du réservoir 32. L'extrémité de la tige 37 peut comporter une portion 40 ayant des dimensions transversales supérieures aux dimensions tran:versales de la tige 37 ; cette portion 40 a dans ce cas essentiellement pour but de retenir le flotteur 33 à l'intérieur du récipient 32 lors de l'enle'vement provisoire du liquide 13, ce qui peut être nécessaire Dar exemple lors du transport de l'appareil. Dans le cas de la figure 11, la portion 40 terminant la tige 37 du flotteur 33 a une forme spherique furmant rotule coopérant avec la surface intérieure 41 convenablement taillée de l'ouvercure 38. dans Le cas, la quantité de liquide 13 disposée dans le réservoir 32 est telle que les forces d'Arcnimède appliquent la rotule 40 contre le logement 41. Bien entendu l' nvention n'est nullement limitée aux moues de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. Er particulier, on peut, sans sortir du cadre ue l'invention, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Dispositif poui émettre un faisceau lumineux ayant une orientation prédéterminée dans un système de référence, caractérisé par le fait qu'il comporte un laser forgé d'un milieu actif disposé dans une cavité optique formée d'un premier t d'un second miroir, un moyen d'asservissement de la position angulaire dudit premier miroir à une valeur prédéterminée dans ledit système de référence et un mayen de réglage de la portion angulaire dudit second miroir pour obtenir une cavité résonnante ayant un coefficient de surtension suffisant pour la production de l'effet laser. 2/ dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen déviateir de faisceau lumineux disposé à l'intérieur de ladite cavité pour obtenir c,-e cavité ayant un axe optique brisé. 3/ Dispositif selor la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen d'asservissement de la position angulaire dudit premier miroir comporte un liquide contenu dans un récipient. 4/ Dispositif selon la revendicatjsn 3, caractérisé Far le fait que ledit premier miroir est constitue par la surface libre dudit liquide. 5/ Dispos tif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit premier miroir est disposé sur un flotteur reposant sur la surface libre dudit liquide. 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen d'asservissement est un suPport mobile orienté angulairement par un dispositif sensible à la pesanteur 7/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen d'asservissement est un support mobile orienté angulairement par un dispositif gyroscopique. 8/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit support mobile est du type dit de Cardan. 9/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit support r.sbile est un pendule comportant un poids et une tige rigide comprenant une rotule coopérant avec une cuvette fixe. 10/ Pispoait f selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le milieu actif est mécaninuement solidaire dudit support mobile. j Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit flot teur comporte une portion formant rotule coopérant avèc une portion formant culotte définie par les bcrds d'une percée réalisée dans un couvercle fermant ledit récipient, ladite sercée faisant passer les rayons lumineux dirigés sur le miroir disposé sur le flotteur. 32/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit récipient comporte une paroi intérieurs comprenant une percée, ladite paroi étant située au-dessus du fond dudit récipient, ledit premier miroir étant fixé sur un flotteur comprenant une tige située à sa parsie inférieure, ladite tige étant insérée dans ladite percée de la paroi intérieure. 13/ Dispositif selon la revendication 12, c.ractérisé par le fait que ladite tige comporte