Brevet FR2480949A1 — publié le 19811023

La présente invention concerne un affaiblisseur opti- que à variation continue. On connaît de nombreux genres d'affaiblisseurs opti- ques, qui sont employés dans de nombreux types d'appareils optiques pour commander l'intensité du faisceau d'un rayon- nement optique. Une forme d'affaiblisseur communément utili- sée est le diaphragme à iris, tandis que d'autres affaiblis- seurs ont recours à des filtres neutres de densités varia- bles. Ces formes d'affaiblisseurs présentent un inconvénient fondamental en ce que leur emploi entraîne la variation d'in- tensité du rayonnement dans la section du fai-sceau. En vérité, dans le cas du diaphragme à iris, il y a réduction de la sec- tion du faisceau. Dans de nombreux cas, on ne peut accepter cette variation de la section, comme par exemple dans un dis- positif à laser o peuvent apparaître des effets de diffrac- tion. Le but de l'invention est de réaliser un affaiblisseur optique à variation continue qui procure un affaiblissement constant dans toute l'étendue de la section d'un faisceau de rayonnement et qui ne modifie pas cette section. Selon la présente invention, ce but est atteint avec un affaiblisseur optique à variation continue comportant une paire d'étages optiques dont chacun est disposé sur l'axe d'un faisceau de rayonnement, chacun ayant une face plane s'étendant perpendiculairement audit axe et, dans une pre- mière direction du plan de cette face, présentant une densité optique constante, et ayant dans une seconde direction per- pendiculaire à la première une densité optique à variation continue dont le taux de variation est le même, mais en sens opposé, pour les deux étages dans ladite seconde direction, ainsi que des moyens pour produire dans cette dernière direc- tion un mouvement relatif des étages optiques. Chacun-des étages optiques comporte de préférence un prisme en matière optiquement absorbante ayant une épaisseur à variation continue dans ladite seconde direction. Les faces inclinées des deux prismes peuvent être proches l'une de l'autre, et chaque prisme peut se combiner avec un prisme en matière non absorbante optiquement, pour former un bloc à faces parallèles. D'autres particularités et avantages de l'invention vont ressortir de la description, qui va suivre, de divers modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exem- ples non limitatifs, en référence aux dessins annexés qui représentent respectivement: Figures 1 et 2: un premier mode de réalisation illus- trant le fonctionnement de l'invention; Figure 3: un second mode de réalisation; Figure 4: un troisième mode de réalisation; et Figures 5 et 6: une illustration de procédés pour produire le mouvement relatif désiré. En se reportant maintenant aux figures 1 et 2, l'af- faiblisseur comprend deux prismes 10 et 11, dont chacun est fait d'une matière optiquement absorbante telle que du verre. Le petit prisme 10 est fixe par rapport à l'axe optique 12 d'un faisceau de rayonnement 13. Le prisme 10 a une face 14 perpendiculaire à l'axe optique 12, et une seconde face 15 inclinée d'un certain angle sur l'axe. L'épaisseur du prisme est constante dans une direction perpendiculaire au plan du dessin. Le second prisme il est de même configuration que le prisme 10, mais de dimensions beaucoup plus grandes. Ce prisme a aussi une face 16 perpendiculaire à l'axe optique 12 et une seconde face 17 inclinée du même angle que la face 15. Le prisme il est également d'épaisseur constante dans la direc- tion perpendiculaire au plan du dessin. Les deux prismes sont disposés avec leurs faces inclinées parallèles et proches l'une de l'autre. Le grand prisme il peut se déplacer dans une direction parallèle à la face 16, comme le montre la flèche. Les deux prismes doivent toujours couper la totalité du faisceau 13, la figure 1 montrant le prisme mobile il presqu'à l'une des extrémités de sa course. Le degré d'affaiblissement dépend de la longueur du trajet du rayonnement à travers la matière absorbante. Du fait que les faces 14 et 16 d'une part, et les faces 15 et 17 d'autre part sont parallèles deux à deux, on voit que toutes les parties du faisceau traversent une égale épaisseur de matière, et l'affaiblissement est donc constant sur toute l'étendue de la section du faisceau. La figure 2 montre le prisme mobile à l'autre extré- mité de sa course. Ici encore, l'affaiblissement est constant sur toute l'étendue de la section du faisceau, étant entendu que l'affaiblissement est plus grand dans ce cas puisque le faisceau traverse une plus grande épaisseur de matière. Le taux de variation de l'affaiblissement est fonction de l'angle des faces inclinées 15 et 17 et des propriétés affai- blissantes de la matière absorbante. L'un des problèmes associés au dispositif représenté aux figures 1 et 2 est que la trajectoire du faisceau de rayonnement n'est pas exactement celle qui est représentée, en raison de la réfraction aux diverses interfaces. Il en ré- sulte un décalage latéral du faisceau. On peut l'éviter en s'assurant que toutes les surfaces traversées par le faisceau sont perpendiculaires à l'axe de celui-ci. La figure 3 montre une façon d'y parvenir. Chacun des prismes 10 et 11 est accolé à un prisme identique, 30 et 31 respectivement, fait de verre optique de même indice de réfraction que les prismes 10 et 11, de façon à former des blocs à faces parallèles comme on le voit. L'ef- fet est exactement le même qu'auparavant -mis à part un léger affaiblissement dû au verre optique- sauf qu'il n'y a plus maintenant de réfraction par les interfaces air-verre puis- qu'elles sont maintenant perpendiculaires au faisceau. Les deux éléments peuvent être rapprochés pour diminuer l'inter- valle qui les sépare. La longueur du trajet du faisceau à travers le verre optique est constante sur toute la section du faisceau, ce qui fait que l'adjonction des prismes 30 et 31 ne crée aucun problème. On peut démontrer que, dans chacun des modes de réa- lisation précédents, l'affaiblissement de puissance du fais- ceau est donné par la formule R = 10 kLxlog10e (dB) = 4,3429 kL (dB) o k est le coefficient d'absorption de la matière absorbante et L la longueur du trajet du faisceau dans ladite matière. La sensibilité de l'appareil, c'est-à-dire la varia- tion d'affaiblissement pour une variation donnée de position relative, peut se réduire en choisissant un coefficient d'ab- sorption tel qu'une variation donnée d'affaiblissement demande un plus grand déplacement. La course totale peut être modifiée en prenant deux prismes de même dimension et en les rendant mobiles tous les deux. C'est ce que montre la figure 4, o chaque élément est un prisme double, ainsi qu'on l'a décrit en référence à la figure 3. Il y a beaucoup de façons d'obtenir le déplacement relatif des prismes désiré. Dans les réalisations des figures 1, 2 et 3, le petit prisme a une position fixe. Comme le mon- tre la figure 5; le grand prisme peut être porté par une mon- ture coulissante (non représentée) et déplacé par un réglage micrométrique 50 contre la poussée d'un ressort représenté schématiquement en 51. Ceci assure un positionnement précis et reproductible. La même forme de monture peut être utilisée pour chacun des prismes dans la réalisation de la figure 4. Etant donné que l'absorption de la matière dépend de la longueur d'onde du rayonnement, tout étalonnage de l'affai- blisseur n'est correct que pour une longueur d'onde particu- lière. Si l'affaiblisseur est étalonné à la longueur d'onde la plus basse de sa gamme d'utilisation, et si la matière de l'affaiblisseur est telle que son coefficient d'absorption croit avec la longueur d'onde, le réglage micrométrique évoqué ci-dessus peut être modifié pour corriger la variation. Ce peut être fait, comme le montre la figure 6, en déviant l'axe du micromètre 50 d'un angle connu 5 de sorte qu'à égalité de déplacement du micromètre, le prisme ait un déplacement moindre. Le déplacement micrométrique est ainsi égal à celui du prisme divisé par le cosinus de l'angle S. Comme l'affai- blissement est proportionnel au déplacement du prisme, l'angle S est donné par la relation = Arc Cos {k/(k+Ak)} o Ak est la quantité dont s'accroit le coefficient d'absorp- tion k en fonction de l'accroissement de longueur d'onde. La lecture du micromètre continue alors à correspondre à l'affai- blissement étalonné. Au lieu des éléments de verre absorbant ci-dessus dé- crits, il est possible d'utiliser une paire de filtres de den- sité variable. Ceux-ci consistent habituellement en un substrat de verre sur lequel on dépose une couche soit absorbante, soit réflectrice, dont la densité optique est une fonction linéaire de la distance. Si l'on utilise des couches réflectrices, il faut veiller à éviter les effets indésirables des réflexions multiples. Comme précédemment, la paire d'éléments est dispo- sée de façon que les deux densités varient en sens opposés. En conséquence, comme dans la réalisation ci-dessus décrite, l'affaiblissement ast constant sur toute l'étendue de la sec- tion du faisceau de rayonnement. En outre, l'affaiblisseur à filtre de densité varia- ble peut dans certains cas être moins dépendant de la longueur d'onde que l'affaiblisseur à coin d'épaisseur. Les appareils ci-dessus décrits peuvent être utilisés avec une lumière de n'importe quelle polarisation, sans qu'un réétalonnage soit nécessaire, et toute réflexion qui se produit demeure constante quel que soit le degré d'affaiblissement. Celui-ci peut varier lentement et de façon continue. Le fait que l'affaiblissement dépende de la longueur d'onde peut être avan- tageusement utilisé si l'on cherche à obtenir un affaiblisseur dont l'action dépende de la longueur d'onde. REVENDICATIONS 1. Affaiblisseur optique à variation continue, carac- térisé en ce qu'il comporte une paire d'étages optiques (10, 11) dont chacun est disposé sur l'axe (12) d'un faisceau de rayonnement (13), chacun ayant une face plane (14,16) s'éten- dant perpendiculairement audit axe et, dans une première di- rection du plan de cette face, présentant une densité optique constante, et ayant dans une seconde direction perpendiculaire à la première une densité optique à variation continue dont le taux de variation est le même, mais en en sens opposé, respectivement pour les deux étages dans ladite seconde direc- tion, ainsi que des moyens (50) pour produire dans cette der- nière direction un mouvement relatif des deux étages optiques. 2. Affaiblisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des étages optiques comporte un prisme (10,11) en matière optiquement absorbante ayant une épaisseur constante dans ladite première direction et une épaisseur à variation continue dans ladite seconde direction. 3. Affaiblisseur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que chaque prisme (10,11) a une face (15,17) incli- née par rapport à l'axe (12), les deux faces inclinées étant parallèles et proches l'une de l'autre. 4. Affaiblisseur selon la revendication 2, caracté- rsEen-e---que--chaque-prisme 410,11) est combiné avec un prisme (30,31) en matière non absorbante optiquement, formant ensem- ble un bloc à faces parallèles. 5. Affaiblisseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux étages optiques, avec les prismes en matière non absorbante optiquement, sont disposés proches l'un de l'au- tre, les faces parallèles des blocs étant perpendiculaires à l'axe du faisceau de rayonnement. 6. Affaiblisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque étage optique comporte un substrat portant une couche de matière optiquement absorbante, la densité optique de la couche croissant linéairement dans ladite seconde direction. 7. Affaibli-seur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que chaque étage optique comporte un substrat por- tant une ou plusieurs couches réfléchissantes, la réflectance de la couche croissant linéairement dans ladite seconde direc- tion. 8. Affaiblisseur selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'un desdits étages optiques est eixe par rapport à l'axe du faisceau, l'autre étage opti- que étant déplaçable dans ladite seconde direction. 9. AffaiblisseuP selon la revendication 8, caracté- risé en ce que l'étage optique mobile est déplaçable par une vis micrométrique (50) contre la force d'un ressort antago- niste (51). ]0. Affaiblisseur selon la revendication 9, caracté- risé en ce que la direction de poussée de la vis micrométri- que (50) est réglable.