Brevet FR2157738A1 — publié le 19730608

La présente invention concerne les dispositifs optiques afocaux et plus particulièrement les dispositifs optiques afocaux destinés à être placés sur le trajet d'un faisceau lumineux émergeant d'un générateur laser. On connaît un dispositif optique afocal destiné à être placé sur le trajet d'un faisceau lumineux d'un générateur laser, en vue par exemple d'augmenter le diamètre utile du faisceau et de diminuer sa divergence. Ce dispositif est constitué par une lentille divergente de diamètre utile égal à celui du faisceau laser et par une lentille convergente de plus grand diamètre, les axes des deux lentilles étant confondus, un foyer de la lentille divergente coïncidant avec un foyer de la lentille convergente. Lorsque le faisceau laser a un diamètre relativement grand, le dispositif optique afocal connu présente des inconvénients : il est encombrant ; il présente des aberrations sphériques importantes ; enfin, l'angle de désalignement possible entre l'axe du dispositif et l'axe du faisceau laser est faible, ce qui entrafne un réglage optique délicat. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. La présente invention a pour objet un dispositif optique afocal destiné à être placé sur le trajet d'un faisceau lumineux monochromatique de longueur d'onde de 1,06 um sensiblement parallèle, caractérisé par le fait qu'il comporte, alignées sur un même axe optique - Une première lentille divergente plan concave dont la face plane reçoit ledit faisceau lumineux, dont la face concave a un rayon de courbure de + 123 mm et dont I'épaisseur est de 5 mm, - Une deuxième lentille biconvexe dont une face de rayon de courbure + 827 mm est en regard de la face concave de ladite première lentille et est placée à une distance de 220 mm de cette face concave, dont l'autre face a un rayon de courbure de - 410 mm et dont l'épaisseur est de 10 mm, - Une troisième lentille plan concave dont la face concave de rayon de courbure - 3000 mm est en regard de ladite autre face de la deuxième lentille et est placée à une distance de 5 mm de ladite autre face, dont la face plane constitue la face de sortie dudit faisceau lumineux et dont I'épaisseur est de 8 mm, lesdites distances étant comptées au niveau dudit axe optique, l'indice de réfraction desdites première, deuxième et troisième lentilles étant égal à 1,8. 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 en coupe un exemple de système optique afocal selon l'invention. Sur la figure est représenté un dispositif optique afocal destiné à être placé sur le trajet d'un faisceau lumineux monochromatique pouvant provenir d'un générateur laser. Ce dispositif est composé de trois lentilles alignées sur un axe optique commun 1. Une lentille plan concave 2 de diamètre utile d comporte une face plane 3 et une face concave 4 de rayon de courbure R1 ; son épaisseur est el. Une lentille biconvexe 5 de diamètre utile D comporte une face 6 de rayon de courbure R2 en regard de la face 4 de la lentille 2, placée sur l'axe 1 à une distance 12 de cette face 4 et une autre face 7 de rayon de courbure R'2 ; son épaisseur est e2. Une lentille plan concave 8 de diamètre utile D comporte une face concave 9 de rayon de courbure R3, en regard de la face 7 de la lentille 5, placée sur l'axe 1 à une distance 62 3 de cette face 7 et une face plane 10 ; son épaisseur 23 est e3. Les lentilles 1, 5 et 8 sont réalisées en un verre ayant le même indice de réfraction égal à 1,8. De préférence, les faces planes 3 et 10 des lentilles 2 et 8 sont inclinées d'un angle égal à quelques degrés par rapport à la direction de la normale à 1 'axe 1. Les dimensions géométriques des lentilles et les distances les séparant, exprimées en millimètres, sont les suivantes : R1 + 123 R2 + 827 Rl - 410 2 R3 - 3000 el 5 e2 10 e3 8 12 2 220 5 23 d 32 D 80 Le fonctionnement du dispositif afocal décrit ci-dessus est le suivant : un faisceau lumineux 11 parallèle de diamètre d, monochromatique de longueur d'onde égale à-1,06 m, pouvant provenir d'un générateur laser, est dirigé vers la face d'entrée du dispositif optique afocal, cette face d'entrée étant constituée par la face plane 3 de la lentille 2, l'axe de ce faisceau étant sensiblement confondu avec l'axe 1. Ce faisceau 11 est transformé par la lentille 2 en un faisceau divergent 12.Après passage à travers les lentilles 5 et 8, ce faisceau 12 est transformé en un faisceau parallèle 13 de diamètre D supérieur à d. L'inclinaison des faces planes 3 et 10 des lentilles 2 et 8 permet d'éviter des réflexions parasites parallèles à l'axe d'émission du laser. Le dispositif afocal décrit ci-dessus, présente de nombreux avantages ; il est d'un encombrement longitudinal relativement faible ; il est corrigé des aberrations sphériques, la déformation maximale de la surface d'onde étant de l'ordre de un dixième de la longueur d'onde. Enfin, il peut tolérer des désalignements angulaires entre l'axe du faisceau laser et l'axe optique du dispositif, de l'ordre de quelques degrés. 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 afocal destiné à être placé sur le trajet d'un faisceau lumineux monochromatique de longueur d'onde 1,06 pm, sensiblement parallèle, caractérisé par le fait qu'il comporte, alignées sur un même axe optique : une première lentille divergente plan concave dont la face plane reçoit ledit faisceau lumineux, dont la face concave a un rayon de courbure de + 123 mm et dont l'épaisseur est de 5 mm une deuxième lentille biconvexe dont une face de rayon de courbure + 827 mn est en regard de la face concave de ladite première lentille et est placée à une distance de 220 mm de cette face concave, dont l'autre face a un rayon de courbure de - 410 mn et dont l'épaisseur est de 10 mn ; une troisième lentille plan concave dont la face concave de rayon de courbure - 3000 mn est en regard de ladite autre face de la deuxième lentille et est placée à une distance de 5 mn de ladite autre face, dont la face plane constitue la face de sortie dudit faisceau lumineux et dont l'épaisseur est de 8 mm, lesdites distances étant comptées au niveau dudit axe optique, l'indice de réfraction desdites première, deuxième et troisième lentilles étant égal à 1,8. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites faces planes desdites première et troisième lentilles sont inclinées d'un angle de quelques degrés par rapport à la direction normale à 1 'axe dudit dispositif.