Brevet FR2157739A1 — publié le 19730608

La présente invention concerne les dispositifs optiques de concentration et plus particulièrement les dispositifs optiques permettant de concentrer, à distance variable, un faisceau lumineux parallèle, monochromatique. On connaît des dispositifs optiques de concentration destinés à concentrer à distance variable l'énergie d'un faisceau parallèle pouvant provenir d'un générateur laser sur la surface d'un matériau, en vue de son usinage par exemple. Ces dispositifs comportent au moins deux lentilles, au moins une lentille étant déplacée par rapport aux autres pour faire varier la distance de concentration. Lorsque le faisceau laser est de forte puissance et que la distance de concentration est grande, par exemple de tordre de plusieurs kilomètres, les dispositifs de concentration connus comportent des lentilles de grand diamètre difficiles ou impossibles à réaliser, les aberrations sphériques de ces objectifs étant importantes. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser un dispositif optique de concentration à grande distance de l'énergie d'un faisceau laser de forte puissance, dont les aberrations sphériques font l'objet d'une excellente correction. La présente invention a pour objet un dispositif optique de concentration d'un faisceau lumineux parallèle, monochromatique de longueur d'onde 1 ,06u m, apte à focaliser ledit faisceau à des distances variables du dispositif, caractérisé par le fait qu'il comporte - une lentille biconcave d'indice de réfraction égal à 1,6 dont une face recevant ledit faisceau a un rayon de courbure de + 375 mm, dont l'autre face a un rayon de courbure de - 443 mm et dont l'épaisseur est de 15 mm, - un miroir sphérique concave dont la face réfléchissante est en regard de ladite autre face de la lentille biconcave et a un rayon de courbure de + 7000 mm, ledit miroir et ladite lentille étant alignés sur un même axe, - et des moyens pour déplacer ladite lentille biconcave par rapport audit miroir parallèlement audit axe, la distance minimale comptée sur l'axe entre la face réfléchissante dudit miroir et ladite autre face de la lentille biconcave étant égale à 3180 irin. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé, à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lequel la figure unique représente schématiquement un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure représente un dispositif optique de concentration destiné à focaliser à grande distance un faisceau lumineux sensiblement parallèle pouvant provenir d'un générateur laser. Ce dispositif comprend une lentille biconcave 1 d'axe optique 2, cette lentille comportant une face 3 de rayon de courbure R1 et une face 4 de rayon de courbure R2, l'épaisseur de cette lentille étant e. Ce dispositif comprend, en outre, un miroir sphérique concave 5 centré sur l'axe 2 dont la face réfléchissante est en regard de la face 4 de la lentille 1, le rayon de courbure de cette face réfléchissante étant R3. La face réfléchissante du miroir 5 est séparée de la face 4 de la lentille 1 par une distancez O comptée sur l'axe 2. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure est le suivant un faisceau lumineux 6 monochromatique sensiblement parallèle, de diamètre d, pouvant provenir d'un générateur laser, vient frapper la face 3 de la lentille 1, l'axe du faisceau 6 étant sensiblement confondu avec l'axe 2. Ce faisceau 6 est transformé par la lentille 1 en un faisceau divergent 7 qui vient se réfléchir sur le miroir 5 pour former un faisceau parallèle 8 de diamètre D supérieur à d. Le dispositif représenté sur la figure concentre donc le faisceau 6 en un point situé à une distance infinie de l'objectif. On déplace maintenant la lentille 1 par des moyens connus comportant par exemple une vis micrométrique, ce déplacement étant parallèle à l'axe 2 et tendant à augmenter progressivement la distance séparant la lentille 1 du miroir 5.Il est clair que le faisceau lumineux sortant du dispositif est focalisé à une distance A du dispositif, d'autant plus faible que la distance 6 entre le miroir et la lentille est plus grande, â étant supérieur à Les rayons de courbure et les distances respectives des éléments optiques constituant l'objectif de concentration décrit ci-dessus ont les valeurs suivantes, comptées en millimètres R1 + 375 R2 - 443 R3 + 7000 su 3180 d 80 D 800 Ce dispositif concentre le faisceau lumineux à une distance A pouvant varier de 500 m. à l'infini pour un déplacement de la lentille par rapport au miroir de 26 ma. Le dispositif décrit ci-dessus présente de nombreux avantages. Son encombrement est relativement faible. Il est facilement réalisable : en effet, il est beaucoup plus facile de réaliser un miroir sphérique qu'une lentille, pour un diamètre utile de 800 mm. De plus, ses aberrations sphériques sont corrigées pour une longueur d'onde de 1,06 pm du faisceau lumineux, la déformation maximale de la surface d'onde étant alors inférieure au vingtième de la longueur d'onde. Bien entendu l'invention n' est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n' a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Dispositif optique de concentration d'un faisceau lumineux parallèle, monochromatique de longueur d'onde 1,06 m, apte à focaliser ledit faisceau à des distances variables dudit objectif, caractérisé par le fait qu'il comporte : une lentille biconcave d'indice de réfraction égal à 1,6 dont une face recevant ledit faisceau a, un rayon de courbure de + 375 mm, dont l'autre face a un rayon de courbure de - 443 mm et dont l'épaisseur est de 15 mm, un miroir sphérique concave dont la face réfléchissante est en regard de ladite autre face de la lentille biconcave et a un rayon de courbure de + 7000 mm, ledit miroir et ladite lentille étant alignés sur un même axe, et des moyens pour déplacer ladite lentille biconcave par rapport audit miroir parallèlement audit axe, la distance minimale comptée sur l'axe entre la face réfléchissante dudit miroir et ladite autre face de la lentille biconcave étant égale à 3180 mm.