Brevet FR2952727A1 — publié le 20110520

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne un dispositif d'athermalisation passive d'un 5 objectif optique. L'invention concerne également un objectif optique comportant un barillet coulissant support d'une lentille, et comportant au moins un dispositif précité. ETAT DE L'ART 10 Le choix restreint des matériaux utilisables dans l'infrarouge ne permet en général pas une athermalisation passive naturelle d'un objectif. Il est souvent nécessaire de compléter l'athermalisation par l'utilisation de cales de dilatation axiale connues. Les cales de dilatation axiale connues permettent un déplacement en température d'un ou plusieurs éléments 15 optiques de l'objectif, de quelques dizaines de microns. L'utilisation de cales de dilatation pose cependant au moins un problème. Elles ont un encombrement stérique important, les cales ayant une longueur de plusieurs dizaines de mm. 20 Pour réduire l'encombrement stérique, et comme le montrent les figures 1, on connait également des bagues 1 et 2 bilames montées en opposition l'une par rapport à l'autre sur une entretoise 4 interposée entre les bagues 1 et 2. La déformation thermique des bagues 1 et 2 permet d'obtenir une 25 longueur Dl à une température t1, et une longueur D2 à une autre température t2, ce qui permet d'athermaliser un objectif 100 par exemple. Cependant, les cales, si on veut en réduire l'encombrement, sont en général fabriquées dans des matériaux à forts coefficients de dilatation thermique, dont les propriétés sont mal connues et mal maîtrisées. Les 30 bagues bilames quant à elles, qui jouent sur la déformation et l'élasticité des matériaux, donnent également des déplacements mal maîtrisés. De plus, l'athermalisation par bagues bilames, par son principe, demande d'avoir des diamètres très différents entre l'objectif 100 et l'entretoise 4, donnant ainsi une contrainte mécanique supplémentaire. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, on propose selon l'invention un dispositif d'athermalisation passive d'un objectif optique, caractérisé en ce qu'il comporte - au moins une première bague dans un premier matériau et présentant au moins un premier profil conique périphérique formant un angle par rapport à 10 un plan radial de la première bague ; - au moins une deuxième bague dans un deuxième matériau, différent du premier matériau, et présentant au moins un deuxième profil conique périphérique formant un même angle par rapport à un plan radial de la deuxième bague, 15 le premier profil périphérique coopérant avec le deuxième profil périphérique, de sorte que la dilatation ou la contraction radiale de la première bague ou de la deuxième bague se traduise par un mouvement axial de la première bague par rapport à la deuxième bague par glissement du premier profil sur le deuxième profil. 20 L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le dispositif comporte au moins une troisième bague dans un troisième matériau, différent du deuxième matériau, et présentant au moins un 25 troisième profil conique périphérique formant un angle par rapport à un plan radial de la troisième bague, la deuxième bague présentant un profil conique périphérique opposé au deuxième profil par rapport à un plan moyen de la deuxième bague, et formant un même angle par rapport à un plan radial de la deuxième bague, le troisième profil périphérique coopérant 30 avec le profil périphérique opposé, de sorte que la dilatation ou la contraction radiale de la troisième bague ou de la deuxième bague se traduise par un mouvement axial de la troisième bague par rapport à la deuxième bague par glissement du troisième profil sur le profil opposé ; - le premier matériau et le troisième matériau sont identiques, la première bague et la troisième bague étant symétriques par rapport au plan moyen ; - le premier matériau et le troisième matériau sont de l'aluminium, le deuxième matériau étant de l'invar, ou inversement ; et - le profil conique fait un angle d'environ 45° par rapport à un plan radial de chaque bague. L'invention concerne également un objectif optique comportant un barillet coulissant support d'une lentille, et comportant au moins un dispositif précité. Avantageusement, l'objectif comporte un système élastique pour appliquer le barillet contre le dispositif. En variante, l'objectif comporte deux dispositifs opposés montés de part et d'autre du barillet. L'invention présente de nombreux avantages. L'invention utilise des matériaux à coefficients de dilatation thermique maîtrisés, avec un encombrement stérique réduit et peu de contraintes mécaniques. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la 20 description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - les figures 1, déjà commentées, représentent schématiquement un dispositif d'athermalisation connu ; - les figures 2 représentent schématiquement le principe de fonctionnement 25 d'un dispositif selon l'invention ; - les figures 3 représentent un premier mode de réalisation possible d'un objectif comportant un dispositif selon l'invention, la figure 3B étant un détail d'une partie de la figure 3A, et - la figure 4 représente un deuxième mode de réalisation possible d'un 30 objectif comportant un dispositif selon l'invention. Sur les figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE Comme le montrent les figures 2, un dispositif d'athermalisation passive possible selon l'invention comporte principalement au moins une première bague 1 dans un premier matériau et au moins une deuxième bague 2 dans un deuxième matériau, différent du premier matériau. On référence par al le coefficient de dilatation thermique du premier matériau, et par a2 le coefficient de dilatation thermique du deuxième matériau. On suppose dans la description qui suit que a2 A cet effet, la première bague 1 comporte une base annulaire 11 et un rebord 12 axial périphérique, venu de matière sur la base 11. Le profil conique 10 est alors matérialisé par un biseau périphérique dans le rebord 12. Sur les figures 2, le profil conique 10 fait un angle 8 d'environ 45° par rapport à un plan P radial de la bague 1. On comprend que d'autres valeurs d'angles sont également possibles, strictement comprises entre 0 et 90°. De même, le deuxième profil conique 20 est matérialisé par un biseau périphérique dans la deuxième bague 2. Le profil conique 20 fait un angle 8 identique au premier profil 10, par rapport à un plan P radial de la deuxième bague 2. Le premier profil 10 périphérique coopère avec le deuxième profil 20 périphérique, de sorte que la dilatation ou la contraction radiale de la première bague 1 et de la deuxième bague 2 se traduise par un mouvement axial de la première bague 1 par rapport à la deuxième bague 2. Ainsi, à partir d'une position initiale D à une température de 20°C, représentée à la figure 2A, le différentiel de dilatation thermique de la bague 1 et de la bague 2 (on rappelle ici que le premier matériau et le deuxième matériau sont différents), à une température t1 supérieure à 20°C, engendre un mouvement relatif D1 axial des bagues 1 et 2, comme le montre la figure 2B. La bague 1 se dilate radialement davantage que la bague 2, et du fait de la coopération des profils coniques 10 et 20 avec un angle 8, la bague 2 se place par glissement relatif dans un espace interne à la bague 1 défini par le rebord 12, tandis que la bague 1 est libre de se dilater radialement. On a donc : Dl - D. De même, le différentiel de contraction thermique des bagues 1 et 2 pour une température t2 inférieure à 20°C engendre un mouvement axial D2 relatif des bagues 1 et 2, comme le montre la figure 2C. La bague 1 se contracte radialement davantage que la bague 2, et du fait de la coopération des profils coniques 10 et 20 et de l'angle 8, la bague 2 est poussée axialement par glissement relatif par la bague 1 se contractant radialement davantage que la bague 2. On a donc Dl - Avantageusement, l'objectif 100 comporte deux dispositifs 7 et 7' opposés selon l'invention, montés de part et d'autre du barillet 4 coulissant. Le dispositif 7 est calé d'une part entre un écrou 6 et d'autre part le barillet 4 coulissant. Le dispositif 7' est quant à lui calé d'une part entre un épaulement 6' dans l'objectif et d'autre part le barillet 4 coulissant. Les dispositifs 7 et 7' sont opposés l'un par rapport à l'autre, le dispositif 7' formant un dispositif de compensation des variations de longueur engendrées par le dispositif 7, et réciproquement. En d'autres termes, les matériaux des bagues 1 et 3 du dispositif 7 et le matériau de la bague 2 du dispositif 7' sont identiques, et le matériau de la bague 2 du dispositif 7 est identique aux matériaux des bagues 1 et 3 du dispositif 7'. Ainsi, lorsque le dispositif 7 se dilate, le dispositif 7' se contracte, et inversement. Le barillet 4 peut donc coulisser entre l'écrou 6 et l'épaulement 6'. Cependant, et comme le montre la figure 4, un seul dispositif 7 peut également être prévu, l'objectif 100 comportant alors un système élastique 8, par exemple un ressort, de sollicitation du barillet 4 pour appliquer le barillet 4 contre le dispositif 7 et l'écrou 6, le système 8 formant alors dispositif de compensation des variations de longueur engendrées par le dispositif 7. Sur l'exemple des figures 3, pour réaliser une athermalisation passive du système, la distance D doit augmenter de 0.100 mm à -40°C. Le premier matériau et le troisième matériau du dispositif 7 sont de l'aluminium (a1=236.E-7), le deuxième matériau étant de l'invar (a2=12.E-7), et inversement pour le dispositif 7'. Pour un diamètre des bagues 1, 2 et 3 de 80mm, l'angle 8 à prévoir est de 43°. D'autres matériaux, comme l'acier et le titane sont également utilisables. REVENDICATIONS1. Dispositif d'athermalisation passive d'un objectif (100) optique, caractérisé en ce qu'il comporte - au moins une première bague (1) dans un premier matériau et présentant au moins un premier profil (10) conique périphérique formant un angle (8) par rapport à un plan (P) radial de la première bague (1) ; - au moins une deuxième bague (2) dans un deuxième matériau, différent du premier matériau, et présentant au moins un deuxième profil (20) conique périphérique formant un même angle (8) par rapport à un plan (P) radial de la deuxième bague (2), le premier profil (10) périphérique coopérant avec le deuxième profil (20) périphérique, de sorte que la dilatation ou la contraction radiale de la première bague (1) ou de la deuxième bague (2) se traduise par un mouvement axial de la première bague (1) par rapport à la deuxième bague (2) par glissement du premier profil (10) sur le deuxième profil (20). 2. Dispositif selon la revendication 1, comportant au moins une troisième bague (3) dans un troisième matériau, différent du deuxième matériau, et présentant au moins un troisième profil (30) conique périphérique formant un angle (8) par rapport à un plan (P) radial de la troisième bague (3), la deuxième bague (2) présentant un profil (40) conique périphérique opposé au deuxième profil (20) par rapport à un plan (PM) moyen de la deuxième (2) bague, et formant un même angle (8) par rapport à un plan (P) radial de la deuxième bague (2), le troisième profil (30) périphérique coopérant avec le profil (40) périphérique opposé, de sorte que la dilatation ou la contraction radiale de la troisième bague (3) ou de la deuxième bague (2) se traduise par un mouvement axial de la troisième bague (3) par rapport à la deuxième bague (2) par glissement du troisième profil (30) sur le profil (40) opposé. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le premier matériau et le troisième matériau sont identiques, la première bague (1) et la troisième bague (3) étant symétriques par rapport au plan moyen (PM). 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le premier matériau et le troisième matériau sont de l'aluminium, le deuxième matériau étant de l'invar, ou inversement. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le profil 10 conique fait un angle (8) d'environ 45° par rapport à un plan (P) radial de chaque bague (1, 2, 3). 6. Objectif (100) optique comportant un barillet (4) coulissant support d'une lentille (5), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif (7, 7') 15 selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Objectif selon la revendication 6, comportant un système élastique (8) pour appliquer le barillet (4) contre le dispositif (7). 20 8. Objectif selon la revendication 6, comportant deux dispositifs (7, 7') opposés montés de part et d'autre du barillet (4).