Brevet FR2903198A1 — publié le 20080104

DISPOSITIF DE GENERATION D'UNE REPARTITION ANGULAIRE HOMOGENE D'UN RAYONNEMENT LASER La présente invention concerne un dispositif de génération d'une répartition angulaire homogène d'un rayonnement laser, comprenant - un premier étage d'homogénéisation avec un premier substrat, qui présente une surface d'entrée et une surface de sortie, dans lequel un premier groupe de lentilles pouvant être traversé par le rayonnement laser à homogénéiser est formé sur la surface d'entrée et/ou sur la surface de sortie ; - un deuxième étage d'homogénéisation avec un deuxième substrat, qui présente une surface d'entrée et une surface de sortie, dans lequel un deuxième groupe de lentilles pouvant être traversé par le rayonnement laser sorti du premier groupe de lentilles est formé sur la surface d'entrée et/ou sur la surface de sortie, dans lequel le rayonnement laser après sortie du deuxième étage d'homogénéisation présente une répartition angulaire comparativement homogène. De plus, la présente invention concerne une pluralité de dispositifs de ce genre. On connaît un dispositif du type susmentionné de la demande de brevet européen EP 1 489 439 Al. Le dispositif qui y est décrit comprend deux étages d'homogénéisation, qui sont disposés l'un derrière l'autre dans le sens de propagation du rayonnement. Chacun de ces étages présente ce faisant un substrat avec un groupe de lentilles cylindriques sur la surface d'entrée et un groupe de lentilles cylindriques croisé par rapport à celui-ci sur la surface de sortie. La réalisation à deux étages permet d'homogénéiser le rayonnement laser aussi bien en ce qui concerne sa répartition spatiale qu'en ce qui concerne sa répartition angulaire. L'utilisation de lentilles cylindriques croisées permet de réaliser ceci par rapport à deux directions indépendantes, par exemple dans le cas d'une barre de diodes laser en tant que source de rayon laser par rapport à ce qu'on appelle l'axe rapide et ce qu'on appelle l'axe lent. La distance entre les étages correspond essentiellement à la distance focale des deuxièmes groupes de lentilles. 2903198 2 L'inconvénient d'un tel dispositif réside dans le fait que la structure du système prédéfinit une répartition angulaire fixe lors de la sortie du deuxième groupe de lentilles. Lors de l'illustration de cette répartition angulaire par une lentille de champ dans un plan de travail, on obtient une grandeur prédéfinie 5 d'une zone éclairée de façon homogène. Par exemple, lors de la génération d'une ligne homogène à l'aide d'un tel dispositif, la longueur de la ligne dans un plan de travail prédéfini est prédéfinie par la structure du dispositif, en particulier par les distances focales des groupes de lentilles. L'objet de la présente invention réside dans la création d'un dispositif 10 du type mentionné au début qui peut être utilisé avec une plus grande flexibilité. Ce problème est résolu selon l'invention par un dispositif du type mentionné au début, caractérisé en ce que le deuxième étage d'homogénéisation comprend en sus du deuxième substrat un troisième 15 substrat, qui présente une surface d'entrée et une surface de sortie, dans lequel un troisième groupe de lentilles, espacé du deuxième groupe de lentilles, est formé sur la surface d'entrée et/ou sur la surface de sortie, la distance entre le deuxième et le troisième substrat ayant une influence sur la répartition angulaire. 20 De plus, le problème est résolu par une pluralité de dispositifs tels qu'indiqués ci-dessus, caractérisée en ce que la distance entre l'au moins un deuxième et l'au moins un troisième substrat diffère l'une de l'autre pour au moins deux de la pluralité de dispositifs. Selon d'autres caractéristiques, l'au moins un premier groupe de 25 lentilles est agencé dans le plan focal côté entrée du système de lentilles formé par l'au moins un deuxième groupe de lentilles et l'au moins un troisième groupe de lentilles. Ce faisant, il peut être prévu par exemple de pouvoir modifier la distance entre le deuxième et le troisième substrat, dans lequel en particulier aussi la distance entre le premier substrat et le deuxième et/ou le troisième substrat peut être modifiée. 2903198 3 Si nécessaire, le dispositif peut ainsi être modifié de sorte à changer la répartition angulaire ou respectivement la taille de la zone éclairée dans le plan de travail. Donc, lorsqu'il faut par exemple générer une ligne éclairée de manière homogène dans le plan de travail, sa longueur peut être modifiée en 5 modifiant la distance entre le deuxième et le troisième substrat. En cas de modification de la distance entre le deuxième et le troisième substrat, il peut être judicieux de modifier également la distance entre le deuxième et le premier substrat, car de préférence l'au moins un premier groupe de lentilles est agencé dans le plan focal côté entrée du système de lentilles formé par 10 l'au moins un deuxième groupe de lentilles et l'au moins un troisième groupe de lentilles. Le dispositif pourrait englober pour ce faire des moyens de positionnement, qui peuvent déplacer le deuxième et le troisième substrat l'un par rapport à l'autre, dans lequel le dispositif comprend en particulier 15 aussi des moyens de positionnement, qui peuvent déplacer le premier substrat par rapport au deuxième et/ou au troisième substrat. Des moteurs pas à pas entrent par exemple en ligne de compte en tant que moyens de positionnement. Dans un mode de réalisation alternatif de la présente invention, les 20 trois substrats peuvent être disposés et collés, conformément aux exigences du cas particulier, par exemple sur une plaque de base commune. On obtient cependant une fabrication variable, car conformément aux exigences du cas particulier, il est possible d'assembler des dispositifs particuliers, en sachant qu'il suffit de fournir trois substrats différents par couche. La modification des 25 distances entre les substrats peut influencer la répartition angulaire à la sortie et ainsi la taille de la surface éclairée dans le plan de travail. Ici, le fabricant dispose par exemple d'une pluralité de dispositifs pour laquelle la distance entre l'au moins un deuxième et l'au moins un troisième substrat diffère l'une de l'autre pour au moins deux de la pluralité de 30 dispositifs. Il est possible que le dispositif comprenne des moyens formant lentilles servant de lentille de champ pouvant être traversés par le 2903198 4 rayonnement laser après sortie de l'au moins un troisième groupe de lentilles, de sorte à former une zone éclairée de façon homogène par le rayonnement laser dans le plan de travail. De telles lentilles permettent par exemple aussi dans le cas d'une configuration correspondante des groupes de lentilles ou 5 respectivement dans le cas de la sélection correspondante du rayonnement laser homogénéisant de générer une ligne éclairée de façon homogène dans le plan de travail. Selon d'autres modes de réalisation de l'invention, celle-ci comporte les caractéristiques suivantes : 10 - les groupes de lentilles présentent respectivement une pluralité de lentilles sphériques ; - les groupes de lentilles présentent respectivement une pluralité de lentilles cylindriques ; - les axes cylindriques des lentilles cylindriques sont parallèles l'un par 15 rapport à l'autre ; - les substrats présentent respectivement sur leur surface d'entrée et sur leur surface de sortie, une pluralité de lentilles cylindriques, dans lequel les axes cylindriques des lentilles cylindriques disposées sur la surface d'entrée respective et la surface de sortie respective sont orientés de façon 20 perpendiculaire l'un par rapport à l'autre ; - le dispositif comprend deux premiers substrats avec deux premiers groupes de lentilles, deux deuxièmes substrats avec deux deuxièmes groupes de lentilles et deux troisièmes substrats avec deux troisièmes groupes de lentilles ; et 25 -les axes cylindriques des premiers groupes de lentilles sont disposés de façon perpendiculaire l'un par rapport à l'autre etlou les axes cylindriques des deuxièmes groupes de lentilles sont disposés de façon perpendiculaire l'un par rapport à l'autre et/ou les axes cylindriques des troisièmes groupes de lentilles sont disposés de façon perpendiculaire l'un par rapport à l'autre. 30 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention deviennent évidents à l'aide de la description suivante d'exemples de 2903198 5 réalisation préférés en faisant référence aux illustrations jointes. On peut voir que la figure 1 représente une vue latérale schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; 5 la figure 2 représente une vue latérale schématique d'un système admis, qui correspond au dispositif selon la figure 1 en ce qui concerne ses propriétés ; la figure 3 représente une vue latérale schématique d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; 10 la figure 4 représente une vue latérale schématique d'un système admis, qui correspond au dispositif selon la figure 3 en ce qui concerne ses propriétés. Pour une meilleure lisibilité dans les illustrations, respectivement un système de coordonnées cartésien est dessiné. Le rayonnement laser, par 15 exemple d'un laser semi-conducteur, en particulier d'une barre de diode laser peut être incident sur le dispositif selon l'invention provenant de la gauche sur les figures, respectivement dans le sens Z positif. Le mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ressortant de la figure 1 comprend un premier substrat (1), un deuxième substrat (2) et un 20 troisième substrat (3). Les substrats (1), (2), (3) sont réalisés par exemple en verre ou en un autre matériau transparent pour une certaine lumière. Chacun des substrats (1), (2), (3) présente une surface d'entrée disposée respectivement à gauche sur la figure 1 et une surface de sortie disposée respectivement à droite sur la figure 1 pour la lumière à homogénéiser. 25 Un groupe de lentilles, (4), (5), (6) est disposé sur chacun des substrats (1), (2), (3). Ce faisant le premier groupe de lentilles (4) est réalisé sous forme de groupe de lentilles convexes (7) sur le côté sortie du substrat (1). Le côté entrée n'est pas pourvu de structures concaves ni convexes, de sorte qu'il résulte dans l'ensemble un groupe de lentilles 30 planes-convexes. Sur la figure 1 seules trois lentilles (7) sont représentées pour des raisons de simplification, mais il est tout à fait possible de prévoir nettement plus de trois lentilles (7). 2903198 6 Le deuxième groupe de lentilles (5) est réalisé sous forme de groupe de lentilles concaves (8) sur le côté entrée du substrat (2). Le côté sortie n'est pas pourvu de structures concaves ni convexes, de sorte qu'il résulte dans l'ensemble un groupe de lentilles planes-convexes. Ici aussi, il est 5 possible de prévoir nettement plus de trois lentilles (8). Le troisième groupe de lentilles (6) est réalisé sous forme de groupe de lentilles convexes (9) sur le côté entrée du substrat (3). Le côté sortie n'est pas pourvu de structures concaves ni convexes, de sorte qu'il résulte dans l'ensemble un groupe de lentilles planes-convexes. Ici aussi, il est tout 10 à fait possible de prévoir nettement plus de trois lentilles (9). Le premier substrat (1) avec le premier groupe de lentilles (4) forme un premier étage d'homogénéisation (10). Le deuxième substrat (2) avec le deuxième groupe de lentilles (5) forme avec le troisième substrat (3) respectivement avec le troisième groupe de lentilles (6) un deuxième étage 15 d'homogénéisation (11). Les lentilles (7), (8), (9) sont respectivement réalisées sous forme de lentilles cylindriques, dont les axes cylindriques s'étendent dans le sens des Y. Ainsi le dispositif homogénéise seulement dans le sens des X le rayonnement laser se propageant dans le sens des Z. Pour obtenir 20 également une homogénéisation en ce dans le sens des Y, un dispositif construit de manière semblable avec des lentilles cylindriques, dont les axes cylindriques s'étendent dans le sens des X, pourrait être disposé derrière le dispositif représenté. De plus, il est par exemple aussi possible de disposer en alternance les substrats des dispositifs agissant sur le sens des X et sur 25 le sens des Y. Par ailleurs, on pourrait prévoir des lentilles cylindriques avec des axes cylindriques s'étendant dans le sens des X sur la surface d'entrée et des lentilles cylindriques avec des axes cylindriques s'étendant dans le sens des Y sur la surface de sortie de chaque substrat. De cette manière, une homogénéisation pourrait également être obtenue dans les deux sens 30 des X, des Y. En variante, il est tout à fait possible de prévoir des lentilles sphériques à la place des lentilles cylindriques. 2903198 7 De plus, le mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention représenté sur la figure 1 comprend des moyens de lentilles ou lentilles (12) réalisées sous forme de lentille de champ biconvexe. Ces lentilles (12) peuvent par exemple être disposées de telle sorte que la surface de sortie du 5 troisième substrat (3) se trouve dans le plan focal côté entrée des lentilles (12). Dans un plan de travail (13) (voir figure 2), qui est disposé par exemple dans le plan focal côté sortie des lentilles (12), on obtient alors une zone éclairée (14), dont la taille dépend du pas p (voir figure 1) de chaque lentille (7) du premier groupe de lentilles (4) dans le sens des X et de la 10 distance focale totale Figes (voir figure 2) du système formé par deux groupes de lentilles (5), (6). La figure 2, pour expliquer l'invention, représente un système qui correspond en ce qui concerne son fonctionnement au dispositif selon la figure 1. Les deux substrats (2), (3) avec les groupes de lentilles (5), (6) ont 15 été remplacés par un seul substrat (15) avec un groupe de lentilles (16). Ce faisant, la distance focale fges du groupe de lentilles (16) correspond à la distance focale du système formé par le deuxième et le troisième groupe de lentilles (5), (6). Pour des lentilles fines et une petite distance entre les lentilles, on obtient approximativement la distance focale du système fges par 20 la formule connue , /f8 f dans laquelle di est la distance entre les groupes de lentilles (5), (6) (voir figure 1) et dans laquelle f8 est la distance focale des lentilles (8) et f9 la distance focale des lentilles (9). En particulier, le premier groupe de 25 lentilles (4) est disposé dans le plan focal côté entrée du système composé du deuxième groupe de lentilles (5) et du troisième groupe de lentilles (6). Ceci est aussi expliqué sur la figure 2, sur laquelle on peut voir la distance figes entre le système de groupes de lentilles (16) et le premier groupe de lentilles (4). 30 A l'aide du système de remplacement sur la figure 2, l'homogénéisation du rayonnement laser (17) incident est également 2903198 8 expliqué. II résulte en particulier dans le plan de travail (13) une zone éclairée (14), qui est par exemple linéaire. La dimension de cette zone éclairée dans le sens des X dépend de l'angle al entre la lumière émergeant du deuxième étage d'homogénéisation (11) et le sens des Z (voir figure 2). 5 Cet angle al dépend à son tour du pas p et de la distance focale totale figes du système composé du deuxième groupe de lentilles (5) et du troisième groupe de lentilles (6). II ressort de la figure 3, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, sur lequel les mêmes pièces sont pourvues de la 10 même référence que sur la figure 1 et la figure 2. Le dispositif selon la figure 3 se distingue de celui selon la figure 1 juste par la distance d2 entre le deuxième groupe de lentilles (5) et le troisième groupe de lentilles (6) (voir figure 3) qui est supérieure à la distance dl pour le dispositif selon la figure 1, ainsi que par la distance entre le deuxième groupe de lentilles (5) et le 15 premier groupe de lentilles (4). Cette distance a été adaptée conformément à la distance focale du système f2ges modifiée (voir figure 4), si bien que le premier groupe de lentilles (4) continue d'être disposé dans le plan focal côté entrée du système composé du deuxième groupe de lentilles (5) et du troisième groupe de lentilles (6). 20 En raison de la distance focale du système f2ges modifiée, l'angle a2 entre la lumière quittant le deuxième étage d'homogénéisation (11) et le sens des Z (voir figure 4) change également. Etant donné que f2ges est plus petit sur le dispositif selon la figure 3 respectivement la figure 4 que figes sur le dispositif selon la figure 1 respectivement la figure 2, l'angle a2 est supérieur 25 à l'angle al. Mais ainsi, la zone éclairée (18) dans le plan de travail (13) du dispositif selon la figure 3 respectivement la figure 4 est plus grande dans le sens des X que pour le dispositif selon la figure 1 respectivement la figure 2. La modification de la distance entre le deuxième groupe de lentilles (5) et le troisième groupe de lentilles (6) et une adaptation correspondante de la 30 distance entre le deuxième groupe de lentilles (5) et le premier groupe de 2903198 9 lentilles (4) peut ainsi influencer la taille de la zone éclairée dans le plan de travail. REVENDICATIONS 1. Dispositif de génération d'une répartition angulaire homogène d'un rayonnement laser (17), comprenant - un premier étage d'homogénéisation (10) avec un premier substrat (1), qui présente une surface d'entrée et une surface de sortie, dans lequel un premier groupe de lentilles (4) pouvant être traversé par le rayonnement laser (17) à homogénéiser est formé sur la surface d'entrée etlou sur la surface de sortie ; - un deuxième étage d'homogénéisation (11) avec un deuxième substrat (2), qui présente une surface d'entrée et une surface de sortie, dans lequel un deuxième groupe de lentilles (5) pouvant être traversé par le rayonnement laser (17) sorti du premier groupe de lentilles (4) est formé sur la surface d'entrée et/ou sur la surface de sortie, dans lequel le rayonnement laser (17) après sortie du deuxième étage d'homogénéisation (11) présente une répartition angulaire comparativement homogène ; caractérisé en ce que le deuxième étage d'homogénéisation (11) comprend en sus du deuxième substrat (2) un troisième substrat (3), qui présente une surface d'entrée et une surface de sortie, dans lequel un troisième groupe de lentilles (6), espacé du deuxième groupe de lentilles (5), est formé sur la surface d'entrée et/ou sur la surface de sortie, la distance (di, d2) entre le deuxième et le troisième substrat (2, 3) ayant une influence sur la répartition angulaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'au moins un premier groupe de lentilles (4) est agencé dans le plan focal côté entrée du système de lentilles formé par l'au moins un deuxième groupe de lentilles (5) et l'au moins un troisième groupe de lentilles (6). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la distance (di, d2) entre le deuxième et le troisième substrat (2, 3) peut être modifiée, dans lequel en particulier aussi la distance entre le 2903198 11 premier substrat (1) et le deuxième et/ou le troisième substrat (2, 3) peut être modifiée. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif 5 comprend des moyens de positionnement qui peuvent déplacer le deuxième et le troisième substrat (2, 3) l'un par rapport à l'autre, dans lequel le dispositif comprend en particulier aussi des moyens de positionnement qui peuvent déplacer le premier substrat (1) par rapport au deuxième et/ou au troisième substrat (2, 3). 10 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens formant lentilles (12) servant de lentille de champ, pouvant être traversés par le rayonnement laser (17) après sortie de l'au moins un troisième groupe de lentilles (6), de sorte à former 15 une zone (14, 18) éclairée de façon homogène par le rayonnement laser (17) dans le plan de travail (13). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les groupes de lentilles (4, 5, 6) présentent respectivement une 20 pluralité de lentilles sphériques. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les groupes de lentilles (4, 5, 6) présentent respectivement une pluralité de lentilles cylindriques (7, 8, 9). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les axes cylindriques des lentilles cylindriques (7, 8, 9) sont parallèles l'un par rapport à l'autre. 30 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les substrats (1, 2, 3) présentent respectivement sur leur surface d'entrée et sur leur surface de sortie, une pluralité de lentilles cylindriques (7, 8, 9), dans lequel les axes 25 2903198 12 cylindriques des lentilles cylindriques (7, 8, 9) disposées sur la surface d'entrée respective et la surface de sortie respective sont orientés de façon perpendiculaire l'un par rapport à l'autre. 5 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif comprend deux premiers substrats (1) avec deux premiers groupes de lentilles (4), deux deuxièmes substrats (2) avec deux deuxièmes groupes de Lentilles (5) et deux troisièmes substrats (3) avec deux troisièmes groupes de lentilles (6). 10 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les axes cylindriques des premiers groupes de lentilles (4) sont disposés de façon perpendiculaire l'un par rapport à l'autre et/ou en ce que les axes cylindriques des deuxièmes groupes de lentilles (5) sont disposés de façon 15 perpendiculaire l'un par rapport à l'autre etlou en ce que les axes cylindriques des troisièmes groupes de lentilles (6) sont disposés de façon perpendiculaire l'un par rapport à l'autre. 12. Pluralité de dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, 20 caractérisée en ce que la distance (di, d2) entre l'au moins un deuxième et l'au moins un troisième substrat (2, 3) diffère l'une de l'autre pour au moins deux de la pluralité de dispositifs.