Brevet FR2601464A1 — publié le 19880115

-- 1 La présente invention concerne un dispositif de balayage alternatif d'un plan par un faisceau lumineux. On connaît un dispositif de balayage alternatif d'un plan par un faisceau lumineux; ce dispositif comporte une source de lumière capable d'émettre le faisceau lumineux dans le plan de balayage et un prisme droit dont les bases sont des polygones réguliers convexes à n c8tés. Les n faces planes latérales de ce prisme sont réfléchissantes. On place ce prisme sur le trajet du faisceau lumineux de façon que les bases du prisme soient disposées parallèlement au plan de balayage 10 de part et d'autre de ce plan. Lorsqu'on fait tourner le prisme autour de son axe, le faisceau lumineux est réfléchi sur les n faces latérales du prisme de façon à balayer alternativement le plan. Ce dispositif présente l'inconvénient d'entraîner des angles de déviation du faisceau trop importants pour certaines applications. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient. La présente invention a pour objet un dispositif de balayage alternatif d'un plan par un faisceau lumineux, comportant - une source de lumière capable d'émettre ledit faisceau lumineux dans ledit plan, - un prisme droit dont les bases sont des polygones réguliers convexes, ce prisme étant placé sur le trajet du faisceau lumineux de façon que ses deux bases soient disposées parallèlement audit plan, respectivement de part et d'autre de ce plan - et des moyens pour faire tourner le prisme autour de son axe, caractérisé 25 en ce que ledit prisme est formé d'un matériau transparent à ladite lumière et que les polygones comportent un nombre impair de côtés. Une forme particulière d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe montrant la propagation d'un rayon lumineux à travers un prisme faisant partie du dispositif illustré par la figure 1 - et la figure 3 est un diagramme illustrant le fonctionnement du dispositif illustré par les figures 1 et 2. Sur la figure 1 est représenté une source de lumière 1 telle qu'un générateur laser émettant dans un plan 3 un faisceau lumineux - 2 représenté schématiquement par un seul rayon 2. Un prisme droit 4 est placé sur le trajet du faisceau 2. Les bases du prisme 4 sont des polygones réguliers convexes comportant un nombre impair de côtés, par exemple sept côtés comme représenté. Les bases du prisme sont parallèles au plan 3 et disposées de part et d'autre de ce plan. Un moteur 5 est accouplé au prisme 4 de façon à pouvoir l'entraîner en rotation autour de l'axe 6 du prisme 4, cet axe étant perpendiculaire au plan 3. Le prisme 4 est formé d'un matériau transparent à la lumière émise par la source 1. Le rayon 2 pénètre dans le prisme 4 par une 10 de ses faces latérales rectangulaires et en ressort par une autre face 7 pour former un faisceau 8 situé dans le plan 3. Le faisceau 8 peut traverser ensuite comme représenté un système optique afocal formé d'une lentille divergente 9 et d'une lentille convergente 10. Le trajet du rayon 2 à travers le prisme 4 coupé par le plan 3 est représenté sur la figure 2. Le rayon 2 vient frapper en un point 11 un côté 12 de la section du prisme 4; ce rayon fait un angle "i" par rapport à la normale 13 au côté 12 tracée au point d'incidence 11. Le rayon 2 est réfracté dans le prisme 4, d'indice de réfraction n, suivant un rayon 14 qui vient frapper un autre côté 15 de la section 20 du prisme 4 au point 16, le rayon 14 faisant avec 13 un angle "r" dont la valeur dépend de i et de n. Le rayon 8 sort du prisme au point 16 et fait un angle "i'" par rapport à la normale 17 au côté 15 tracée au point 16. L'angle de déviation D que fait le rayon 8 avec le rayon 2 est égal à D = i' - i - A A étant l'angle que font entre eux les côtés 12 et 15. Comme la section du prisme 4 est un polygone comportant un nombre impair de côté, les côtés 12 et 15 ne sont jamais parallèle entre eux. Il en résulte que l'angle de déviation D n'est en général pas nul. De préférence, la source 1 est orientée par rapport au prisme 4 pour que le faisceau 2 entrant dans le prisme par le côté 12 sorte toujours du prisme par le même côté 15. Pour qu'il en soit ainsi, l'angle d'incidence i doit être compris entre deux valeurs limites qui dépendent du nombre de côtés M du polygone et de l'indice de 35 réfraction n du matériau constituant le prisme. A titre d'exemple, lorsque M = 7 et n = 1,5, les angles d'incidence iB et iC des rayons frappant le côté 12 à ses points extrêmes B et C 2 6 0 1 4 6 4 - 3 doivent satisfaire aux conditions suivantes: - 0,34031 radian les angles iB et iC étant comptés positivement dans le sens trigono5 métrique. L'angle d'incidence peut alors varier dans une plage d'environ 35 degrés. Lorsqu'on entraîne en rotation le prisme 4 autour de l'axe 6, le rayon 2 restant fixe, on constate que le rayon 8 balaie alternativement 10 un secteur angulaire du plan 3. Si on considère une rotation élémentaire du prisme 4 qui correspond à un déplacement du point 11 à partir du point B jusqu'au point C, le rayon 8 effectue un balayage du secteur angulaire dans les deux sens. La figure 3 représente la courbe de variation de l'angle de déviation D en fonctionde l'angle d'incidence i 15 au cours de cette rotation élémentaire. On voit que cette courbe est parabolique et que la déviation D passe par un minimum. Il est évident que la disposition de la source 1 selon l'orientation préférentielle dont il a été question plus haut permet d'éviter toute discontinuité de balayage au cours de cette rotation élémentaire. Dans le cas o M = 7 20 et n = 1,5 l'amplitude maximale du balayage obtenu est de 40 milliradians environ dans les deux sens. Lorsque le prisme tourne autour de son axe, le faisceau 8 effectue donc M balayages dans les deux sens par tour de prisme. Le dispositif afocal 9-10 représenté sur la figure 1 peut permettre 25 d'adapter l'amplitude maximale du balayage à la valeur désirée. Dans le cas représenté sur la figure 1 l'amplitude maximale du balayage est diminuée. Le prisme 4 comporte de préférence des moyens pour empêcher la lumière émise par la source 1 de traverser le prisme 4 lorsque au cours de la rotation du prisme, le point d'incidence 11 du faisceau 2 se trouve à proximité immédiate des arêtes telles que 18 du prisme 4, parallèles à l'axe 6. Pour cela, une portion 19 de la surface latérale du prisme, cette portion entourant l'arête 18, est recouverte par exemple d'un vernis absorbant la lumière émise par la source 1. Comme 35 il est visible sur les figures 1 et 2, cette portion a la forme d'une courte bande dont la largeur 20 est de préférence comprise entre une fois et deux fois la dimension maximale de la section droite - 4 du faisceau 2 parallèle au plan 3. La couche de vernis absorbant peut être remplacée par une couche métallique capable de réfléchir la lumière de la source. Bien entendu, le prisme comporte des bandes telles que 19 sur toutes ses arêtes parallèles à l'axe 6. Ces bandes absorbantes ou réfléchissantes ont pour effet d'éviter que le faisceau 2, dont la section droite a une surface faible mais jamais nulle, ne se divise en deux parties lorsqu'il éclaire simultanément deux faces contiguës de la surface latérale du prisme 4. Le dispositif selon l'invention permet donc d'obtenir un balayage 10 d'un secteur angulaire du plan 3, ce secteur angulaire ayant un angle très faible, par exemple de l'ordre d'une dizaine de milliradians. Cet angle de balayage très faible peut difficilement être obtenu avec les dispositifs selon l'art antérieur fonctionnant par réflexion, dans lesquels une rotation du prisme réfléchissant entraîne une rotation 15 double du faisceau réfléchi. Compte tenu du petit angle de balayage, le dispositif selon l'invention peut être avantageusement appliqué au balayage d'une cible éloignée. Mais, comme le dispositif selon l'invention permet seulement de réaliser un balayage linéaire sur une telle cible, on lui adjoint généralement un miroir disposé sur le trajet du faisceau 8 et on imprime à ce miroir une rotation autour d'un axe parallèle au plan 3, de manière à transformer le bayage linéaire de la cible en un balayage de surface. Si on dispose à côté du dispositif selon l'invention un capteur photoélectrique disposé pour recevoir la lumière 25 émise par la source 1 et réfléchie par la cible, il est possible d'effectuer une visualisation d'une surface de la cible. - 5 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de balayage alternatif d'un plan par un faisceau lumineux, comportant - une source de lumière (1) capable d'émettre le faisceau lumineux (2) dans le plan, (3) - un prisme droit (4) dont les bases sont des polygones réguliers convexes, ce prisme étant placé sur le trajet du faisceau lumineux (2) de façon que ses deux bases soient disposées parallèlement au plan (3), respectivement de part et d'autre de ce plan, et des moyens (5) pour faire tourner le prisme (4) autour de son axe, caractérisé en ce que le prisme (4) est formé d'un matériau transparent à la lumière et que les polygones comportent un nombre impair de côtés. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour absorber la partie de la lumière qui arrive sur 15 des portions (19) de la surface latérale du prisme ces portions (19) entourant respectivement les arêtes du primes telles que (18) parallèles à l'axe. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réfléchir la partie de la lumière qui arrive sur 20 des portions (19) de la surface latérale du prisme, ces portions (19) entourant respectivement les arêtes (18) du prisme parallèles à l'axe. 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour absorber la partie de la lumière comportent une couche d'un vernis absorbant déposée sur le prisme le long des portions (19). 25 5 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour réfléchir la partie de la lumière comportent une couche métallique déposée sur le prisme le long des portions (19). 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les portions (19) sont des bandes parallèles aux arêtes 30 (18), la largeur (20) de ces bandes-étant comprise entre une fois et deux fois la dimension maximale, parallèle au plan, de la section droite du faisceau lumineux (2). 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système optique afocal (9-10) disposé sur le trajet 35 du faisceau lumineux à la sortie du prisme. 8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière (1) est un générateur laser.