Brevet FR2505512A1 — publié le 19821112

DISPOSITIF DEFLECTEUR OPTIQUE DU TYPE DIASPORAMETRE La présente invention concerne des perfectionnements aux dispositifs déflecteurs optiques appelés diasporamètres. Un diaspora mètre est un déflecteur optomécanique qui utilise deux prismes identiques disposés dos à dos et qui peuvent tourner indépendamment autour d'un même axe perpendiculaire au plan de symétrie du montage. Lorsque - la position relative des prismes varie par rotation autour de l'axe du diasporamètre, la déviation résultante, apportée par les deux prismes successifs à la direction de propagation d'un rayon incident, varie entre une valeur maximale (position où les déviations des prismes s'ajoutent) et une valeur minimale (position opposée où les déviations s'annulent, l'ensemble étant équivalent à une lame à faces parallèles). Entre ces deux cas extrêmes, se situe tout un éventail de déviations angulaires possibles.Selon le signe et l'amplitude des vitesses angulaires des prismes, le rayon défléchi présente divers modes de balayage ; les plus connus de ces balayages sont : l'exploration d'un segment de droite selon un mouvement sinusoldal, d'un cercle par balayage diamétral, le balayage épicy clokial ou selon une spirale. De nombreux systèmes optiques ou optroniques nécessitent soit un alignement bien précis par rapport à un axe de visée (réglage suivant deux axes), soit un balayage afin de couvrir un champ plus important que le système optique lui-même. Le diasporamètre peut être utilisé mais dans le cas de systèmes à large bande spectrale (par exemple caméra de télévision, instruments visuels, etc.), il est indispensable de corriger le chromatisme introduit par les prismes du diasporamètre. Le but de l'invention est de réaliser un déflecteur du type diasporamètre ne dégradant pas la qualité des systèmes optiques travaillant à l'infini et corrigé du chromatisme et donc compatible avec des systèmes optiques à larges bandes spectrales. Dans des systèmes optiques monochromatiques ou quasimonochromatiques (par exemple des- systèmes Laser) les diasporamètres sont couramment utilisés. Le chromatisme introduit par les prismes empêche leur utilisation dès que la bande spectrale s élargit ; on dispose alors de plusieurs solutions connues pour y remédier, les plus courantes étant : le déplacement du détecteur par rapport à l'optique ou le déplacement d'un élément optique, ce qui permet un réglage fin mais ne tolère qu'un débattement très faible l'entraînement en rotation de l'ensemble optique et détec- teur, ce qui nécessite des réglages fins sur un ensemble qui peut être lourd; l'utilisation des miroirs réfléchissants à inclinaison variable, ce qui permet des débattements importants mais constitue un ensemble encombrant et coûteux. Un dispositif diasporamètre selon la présente invention permet d'obtenir une bonne précision avec un débattement moyen (de l'ordre de quelques degrés) et un encombrement peu important. Un objet de la présente invention est de réaliser un diasporamètre dans lequel chaque prisme est lui-même constitué en fait par un assemblage de deux prismes accolés par une de leurs faces et formés avec des verres d'indice différent. Les particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, à l'aide des figures annexées qui représentent: - la figure 1, un schéma en coupe d'un diasporamètre selon l'invention; - la figure 2, une courbe de variation de la déviation d'un prisme en fonction de la longueur d'onde; - la figure 3, une courbe de variation de la déviation en fonction de la longueur d'onde pour un ensemble de deux prismes utilisé selon l'invention - les figures 4 à 8, des schémas de variantes de réalisation d'un diasporamètre selon l'invention; - la figure 9, un schéma en vue extérieure d'un diasporamètre conforme à l'invention. En se reportant a la figure 1, le diasporamètre est constitué de deux parties El et E2. Selon l'art connu, ces parties sont constituées chacune par un même prisme d'indice de réfraction n et d'angle au sommet A. Selon l'invention, chaque partie est constituée par un assemblage de deux prismes. Le diasporamètre comporte ainsi un premier ensemble El de prismes P1 et P2 et un deuxième ensemble E2 de prismes P3 et P4. De même qu'auparavant, chaque ensemble est prévu pour tourner de manière indépendante autour de l'axe Z du dispositif et dont la direction est en général perpendiculaire aux deux faces en regard ; en outre, les ensembles El et E2 sont optiquement équivalents et pour ce faire, de préférence constitués par une structure à l'identique, les prismes'P3 et P4 étant respectivement les mêmes que P2 et P1 et montés de la même façon. Cette condition structurelle n'est cependant pas à considérer exhaustive comme on pourra s'en rendre compte par la suite, mais très avantageuse du point de vue facilité d'exécution. Dans cet esprit, on considèrera a priori l'un des ensembles, El, étant entendu que l'autre entité du montage, E2 en l'occurence, produit la même fonction optique. Les deux prismes P1 et P2 sont rendus solidaires par collage ou par un autre moyen, leur montage dans un dispositif mécanique support par exemple. La solution préférée est celle du collage par un élément de liaison L1, tel qu'une colle à l'araldite par exemple;l'en- semble collé présente une bonne tenue et une bonne qualité pour la transmission optique. Dans le cas d'un montage mécanique, les deux faces en regard des prismes P1 et P2 sont accolées, ou placées parallèlement à faible distance l'une de l'autre. Le montage des prismes P1 et P2 est tel que les parties les plus minces (dirigées vers l'arête et considérées dans le plan de figure) sont situées à l'opposé l'une de l'autre; ce montage est dit tête-bêche. En appelant Al et A2 les angles au sommet respectifs, on voit que Al = A2 - A où A est l'angle de l'ensemble. Les valeurs d'angle au sommet Al et A2, ainsi que le matériau transparent des prismes P1 et P2, sont choisis pour réduire le plus possible le chromatisme. La déviation D d'un prisme est tonnée par la relation approchée D = (n-l)A, où n est J'indice de réfraction du prisme et A l'angle du sommet. La déviation est croissante avec A et avec n. On sait également que la lumière blanche ou une lumière polychromatique est décomposée par le prisme selon ses diverses raies c'est le phénomène de dispersion dû à ce que l'indice dépend de la couleur, donc de la longueur d'onde, et les déviations infligées sont différentes selon les longueurs d'ondes reçues. Les radiations rouges sont moins déviées que les vertes qui sont elles-mêmes moins déviées que les bleues. Le matériau, généralement un verre optique, est choisi en fonction notamment de sa caractéristique de dispersion d'indice dans l'étendue du spectre d'exploitation. Le procédé utilisé dans le dispositif diasporamètre selon l'invention est le suivant : -le premier prisme P1 produit une dispersion du rayonnement incident (considéré non monochro matique); le deuxième prisme P2 qui est monté tEte-bêche avec le premier introduit à son tour des déviations pour les différentes longueurs d'ondes issues du premier prisrne P1 et est déterminé en sorte que cette deuxième dispersion compense sensiblement celle introduite par P1. Dans ces conditions, les différentes longueurs d'ondes du rayonnement incident ressortent du prisme P2 selon des rayons sensiblement parallèles pour reformer l'onde incidente pratiquement sans défaut de chromatisme. En appelant D1 la déviation produite par le premier prisme PI d'indice de réfraction nl et d'angle au sommet Al, on a: DI = (nl-l) Al dans les conditions de l'optique paraxiale. De meme manière, la déviation produite par P2 est donnée par D2 = (n2-1) A2, n2 étant l'indice de réfraction de l'élément P2 constitué en un verre différent de celui de Pl. Les courbes correspondantes de variation de la déviation en fonction de la longueur d'onde sont décroissantes et ont l'allure représentée sur la figure 2, cette courbe étant relative à un prisme unique, tel PI. La déviation D résultante en sortie de l'ensemble des deux prismes est égale à D2-D1, au signe près. Pour une longueur d'onde donnée #o, les verres optiques se caractérisent par un indice no et une dispersion (dn/d#) #o. En associant les aeux prismes P1 et P2 de dispersions et d'indices différents, il est possible d'obtenir la variation représentée sur la figure 3 et d'annuler la dispersion (dD /d#) pour la longueur d'onde #o sur l'angle de déviation D résultant; ce dernier est donné o par: D # =(n20-1)A2-(n10-1)A1 n10 et n20 étant les valeurs d'indice pour #o. La valeur Ao est située dans la plage exploitée et peut être o définie comme la valeur moyenne ou autrement, par exemple en tenant compte de la sensibilité variable du montage utilisé (cas notamment d'un détecteur infrarouge associé). La courbe D( A) est croissante, passe par un maximum pour Ao puis est décroissante. L'annulation de la dispersion pour Ao vérifie: dD dn2 dn1 dÀ A2;d = Ao A1 gdAL) Ao o o et en posant ss = ("20'1) (-) > 0 ~ (nlO 1) t O on obtient les relations qui montrent que pour un couple de verres et une déviation donnés, le montage permet de replier le chromatisme autour de la longueur d'onde #o et de minimiser la dispersion dans la bande de travail prévue. Le deuxième ensemble E2 va fournir également une valeur de déviation, selon sa position angulaire autour de l'axe Z et il est conçu comme le précédent pour présenter la même fonction de correction du chromatisme. Sur la version figure 1, on a considéré à titre préférentiel une structure identique pour E2, les prismes P3 et P4 étant les homologues de P2 et P1 et disposés symétriquement par rapport au plan intermédiaire entre les faces parallèles en regard de P2 et P3. Cette disposition n'est toutefois pas à considérer comme limitative, les angles A3 et A4 peuvent être différents de ceux A2 et Al de l'ensemble El, les verres de P3 et P4 peuvent également différer des verres P2 et Pl, l'angle A résultant d'un ensemble peut être différent pour l'autre ensemble, etc. Les figures 4 à 8 représentent à titre d'exemples quelques variantes de réalisation possibles. Sur la figure 4, la structure reste symétrique mais la répartition des verres est différente, les prismes en regard sont en verres différents. Sur les figures 5 et 6, les quatre prismes sont de forme différente et peuvent être en verres différents d'une paire à l'autre. La figure 7 montre que les faces en regard ne sont pas forcément parallèles au plan de symétrie de trace Y. La figure 8 se rapporte au cas où l'angle A est nul, c'est-àdire que les faces d'entrée et de sortie de chaque ensemble El et E2 sont parallèles. La figure 9 représente le diasporamètre de la figure 1 en vue extérieure. Le plan XY est celui de symétrie. Les prismes P1 à P4 sont taillés dans des verres cylindriques. Les éléments de montage, de support et d'entraînement en rotation de chaque ensemble el et/ou E2 en rotation autour de l'axe Z sont considérés réalisés selon des techniques connues et symbolisés par le bloc 1. Suivant un exemple de réalisation, un tel dispositif déflecteur a été optimisé pour être utilisé dans la bande 700 à 200 nm. Les ensembles El et E2 sont constitués par deux prismes collés, en verre de marque SCHOTT, du type L F 5 avec Al voisin de 6 pour un premier prisme (P1, P4), du type La F 20 avec A2 légèrement inférieur à AI pour l'autre prisme (P2, P3). La déviation pour un ensemble El ou E2 est de 8,58 mrd dans la bande utile avec une dispersion de 0,004 mrd comme représenté sur la figure 3. La figure 2 se rapporte à un prisme unique en matériau L F 5, !a dispersion a pour valeur 0,09 mrd dans la bande (valeur sensiblement analogue pour le matériau La F 20, 0,08 mrd). La dispersion du diasporamètre (ou chromatisme maximum) reste donc inférieure à 0,01 mrd et est à comparer à celles précitées de l'ordre de 0,16 à 0,18 mrd pour des montages conventionnels. Cette très faible valeur de dispersion résultante est compatible avec de nombreux instruments travaillant dans une large bande, en particulier avec une caméra de télévision. Le débattement angulaire en X et Y procuré par ce dispositif diaspora mètre peut aisément être de l'ordre d'une dizaine de degrés et donc satisfaire à la plupart des applications. REVENDICATIONS 1. Dispositif déflecteur optique du type diasporamètre, comportant deux parties prismatiques entraînées indépendamment en rotation autour d'un même axe, caractérisé en ce que chacune des parties prismatiques (El et E2) est constituée par un assemblage de deux prismes (P1-P2, P3-P4) fixés l'un par rapport à l'autre et réalisés en matériau transparent d'indice de réfraction différent pour corriger le chromatisme. 2. Diasporamètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque ensemble (El, E2) de deux prismes est déterminé par le choix des indices (nl et n2) et des angles au sommet (Al et A2) en sorte que la dispersion causée par un premier prisme de l'ensemble soit pratiquement éliminée par le deuxième prisme de cet ensemble, lequel est monté tête-bêche avec le premier prisme. 3. Diaspora mètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux prismes de chaque ensemble sont accolés par une face. 4. Diaspora mètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux prismes de chaque ensemble sont rendus solidaires par collage (L1). 5. Diaspora mètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux ensembles sont structurellement identiques, le montage comportant deux prismes identiques (P1 et P4 figure 1) usinés dans un premier verre et deux autres prismes identiques (P2 et P3, figure 1) taillés dans un deuxième verre. 6. Diasporamètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces d'entrée et de sortie de chaque ensemble sont parallèles (figure 8). 7. Diasporamètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paire de prismes de chaque ensemble est déterminée en sorte que la déviation résultante varie de manière croissante avec la longueur d'onde, présente un maxi mum pour une longueur d'onde donnée puis est décroissante. 8. Diasporamètre selon la. revendication 7, caractérisé en ce que ledit maximum de variation correspond à une dispersion nulle pour ladite longueur d'onde choisie dans la bande d'exploitation envisagée. 9. Utilisation d'un diaspora mètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans un système optronique travaillant en large bande. 10. Utilisation d'un diasporamètre selon la revendication 9 dans une caméra de télévision.