Brevet FR2822963A1 — publié le 20021004

La présente invention concerne un dispositif électro-optique de correction des aberrations géométriques de focalisation et d'astigmatisme des objectifs. Dans les objectifs de prise de vue appareils photos, caméras, qu'ils soient à pellicule sensible à la lumière ou à photo-détecteurs, il est très difficile d'obtenir une focalisation parfaite sur toute la surface de l'image ou du champ utile, et ce pour différentes distances de mise au point, et toutes les couleurs. La difficulté est encore plus grande lorsque le grandissement est variable : zoom. Les opticiens, grâce aux ordinateurs, ont fait des prouesses pour élaborer des compromis acceptables entre les différentes contraintes et réaliser des objectifs à lentilles multiples, éventuellement asphériques. Néanmoins certains défauts subsistent, ils limitent la résolution et la dynamique du zoom. Pour pallier ces défauts et aux turbulences atmosphériques les astronautes ont inventé pour leurs grands télescopes des optiques adaptatives, en fractionnant les miroirs, et les actionnant par des vérins piézo-électriques. Le but de l'invention est de corriger ces défauts en ajoutant à l'objectif (devant, dedans ou derrière) des correcteurs à cristaux liquides de la même famille que ceux décrits dans le brevet NO 0100629 du 16/01/2001 du même auteur, mais avec des lois de gradients d'indice différents, adaptés aux corrections à réaliser. Le principe de l'invention est de placer dans le chemin optique un correcteur à cristaux liquides pour maintenir le stigmatisme sur tout le champ utile de l'image (Fig. 1) Selon le réglage de l'optique : distance de mise au point, focale (zoom), la correction varie, aussi la fonction de correction apportée par les cristaux liquides est commandée par un calculateur (microprocesseur). Ces corrections peuvent être déterminées à priori et enregistrées dans une mémoire ou élaborées par un asservissement, comme dans les optiques adaptatives. Si les lois de correction comportent des termes supérieurs au quadratique (ou cubique) on peut les obtenir par un empilement de correcteurs adaptés. Les corrections suivant les 2 axes X et Y sont obtenues par empilage de 2 groupes de correcteurs (lames minces à cristaux liquides). Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente l'utilisation du correcteur dans un objectif : (1 a) en amont, (1 b) en aval, (1 c) à l'intérieur entre les lentilles. La figure 2 représente le correcteur à cristaux liquides : (2 a) non activé, (2 b) activé. La figure 3 représente un correcteur à cristaux liquides capable d'introduire des corrections : soit positives (3 a), soit négatives (3 b). La figure 4 représente l'empilement de 2 correcteurs pour assurer les corrections pour les 2 polarisations de la lumière. La figure 5 représente la réalisation d'un correcteur double pour les 2 axes X et Y. La figure 6 représente la réalisation d'un correcteur d'aberrations d'ordres supérieurs. La figure 7 représente la réalisation d'un ensemble de correction avec son calculateur. La figure 8 représente un empilage de correcteurs pour assurer des corrections importantes. La figure 9 représente un correcteur à cristaux liquides multi-électrodes pour mieux générer des lois d'indice plus fines ou compliquées. La figure 10 représente un correcteur à cristaux liquides à électrodes circulaires pour générer des corrections identiques en X et en Y. Le dispositif de correction à cristaux liquides utilise le même principe que celui décrit dans le brevet 0100629 du 16/01/2001 pour créer des gradients d'indice dans un cristal liquide, et donc modifier le temps de transit dans le front d'ondes. Mais alors que dans le brevet cité on réalisait un coin optique pour dévier le faisceau, dans la présente invention on réalise des lois plus compliquées pour modifier la forme du front d'ondes. Dans le cas le plus simple (fig. 2) les électrodes (1) sont de résistivité constante sur toute la longueur. En absence de champ (Fig. 2 a) la lame est neutre. Lorsqu'on applique des tensions sur les conducteurs (2) aux extrémités des électrodes (1), comme indiqué (Fig. 2 b), un champ apparaît aux extrémités et pas au centre, en conséquence l'indice du cristal liquide (2) des extrémités est plus faible qu'au centre. On obtient donc une lentille convergente. La convergence est fonction de la tension appliquée. Les rayons incidents (4) sont déviés (5). Dans une réalisation plus élaborée (Fig. 3) les électrodes ont des résistivités variables sur leur longueur : pratiquement nulle sur la première moitié (6), puis quadratique sur la deuxième (7). En absence de tensions (Fig. 3 a) les rayons ne sont pas déviés. Lorsqu'on applique les tensions suivant la combinaison (Fig. 3 b) on obtient une lentille convergente, lorsqu'on utilise la combinaison (Fig. 3 c) on obtient une lentille divergente. La puissance des lentilles est fonction des tensions appliquées. On peut ainsi couvrir en continu tout un champ de corrections positives ou négatives. Si la loi des électrodes est autre que quadratique (cubique ou plus) on peut réaliser des lentilles asphériques Comme l'indice des cristaux liquides n'est variable que pour une polarisation de la lumière, on empile 2 lames identiques mais de polarisations orthogonales (voir brevet précité), pour corriger l'ensemble de la lumière (Fig. 4). Pour réaliser des corrections dans les 2 plans X et Y on empile 2 systèmes identiques : un pour chaque axe (voir brevet précité) (Fig. 5), avec des intercalaires isolants transparents (8). Pour introduire des corrections d'ordre supérieur, on empile autant de dispositifs de la figure 5 qu'il y a de termes à corriger (Fig. 6) ; chacun des dispositifs étant adapté à un ordre comme défini plus haut, et commandés par des tensions (9), (10), (Il). Un calculateur (12) (Fig. 7) détermine les tensions à appliquer à chacune des électrodes pour effectuer les corrections soit en lisant dans une table de corrections mise en mémoire et contenant tous les cas, soit en asservissant les corrections pour obtenir le meilleur stigmatisme comme dans toutes les optiques adaptatives actuellement utilisées. L'ampleur des corrections est limitée par la variation d'indice des cristaux liquides disponibles : A n Il est possible de fractionner les électrodes conductrices, en déposant des électrodes conductrices (Fig. 9) afin de modifier la loi de variation d'indice plus finement. Si ces électrodes sont suffisamment fines et hors d'un plan focal, elles sont invisibles. Le calculateur (12) détermine les tensions à appliquer à chacune d'elles pour générer la loi de tension qui générera la loi d'indice souhaitée, en tenant compte de la non linéarité de l'indice avec la tension. Lorsque les corrections sont identiques en X et en Y, il est possible de disposer d'électrodes circulaires (Fig. 10) et de générer la même loi d'indice suivant les 2 axes avec un seul jeu de lames à cristaux liquides. La loi de résistivité intrinsèque des électrodes doit être cubique pour obtenir un champ quadratique avec le rayon. Selon la répartition des tensions on obtient une convergence ou divergente. Il est également possible, dans le cas des électrodes circulaires, de disposer des électrodes conductrices pour modifier plus finement la loi d'indice. (Fig. 11). Enfin il est possible d'utiliser ce dispositif devant les miroirs des optiques réflectives des télescopes. REVENDICATIONS 1) Dispositif électro-optique de correction des optiques, caractérisé par le fait qu'il est réalisé par des cristaux liquides, placés entre des électrodes résistives transparentes, et que le champ électrique appliqué permet de modifier le front d'ondes pour corriger les défauts de l'optique ou de l'environnement. 2) Dispositif électro-optique de correction des optiques, caractérisé par le fait qu'il est réalisé par un empilage de dispositifs de la revendication (1). 3) Dispositif de la revendication (2) caractérisé par le fait qu'il se présente comme un additif à une optique existante suit en amont soit en aval soit à l'intérieur de l'optique. 4) Dispositif de la revendication (2) caractérisé par le fait qu'il peut effectuer des corrections d'ordre supérieur. 5) Dispositif de la revendication (2) caractérisé par le fait que les électrodes résistives peuvent être fractionnées et alimentées en plusieurs points pour imposer des lois particulières. 6) Dispositif de la revendication (2) caractérisé par le fait qu'il peut être réalisé sous forme circulaire lorsque les corrections sont les mêmes suivant les axes X et Y 7) Dispositif de la revendication (1) caractérisé par le fait qu'il peut être utilisé aussi bien dans les optiques que celles à miroirs ou mixtes.