FR2507332A1

FR2507332A1 - Source lumineuse polychromatique munie d'un deviateur de rayons lumineux et d'un correcteur d'aberration chromatique

Info

Publication number: FR2507332A1
Application number: FR8111049A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-06-04
Filing date: 1981-06-04
Publication date: 1982-12-10
Also published as: FR2507332B1; US4556290A; JPS5840532A

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LES SOURCES LUMINEUSES. LA SOURCE LUMINEUSE SE CARACTERISE ESSENTIELLEMENT PAR LE FAIT QU'ELLE COMPORTE UN EMETTEUR 31, D'UNE PLURALITE DE FAISCEAUX LUMINEUX 32, DE LONGUEURS D'ONDES DIFFERENTES, UN DEVIATEUR 33 RECEVANT LA PLURALITE DE CES FAISCEAUX LUMINEUX APTES A LES DEVIER D'UNE CERTAINE VALEUR ANGULAIRE, ET UN SYSTEME OPTIQUE 37 POUR FOCALISER EN UN SEUL POINT 39 L'ENSEMBLE DE CES FAISCEAUX DEVIES DE LONGUEURS D'ONDES DIFFERENTES. APPLICATION A L'ECRITURE LUMINEUSE POUR LA REALISATION DE DIFFERENTES COURBES.

Description

2507 ? 32

SOURCE LUMINEUSE

La présente invention concerne les sources lumineuses et plus particulièrement celles qui permettent de délivrer des faisceaux pouvant prendre différentes

orientations dans des directions déterminées.

Il existe déjà de telles sources qui sont essentiel- lement constituées par ungénérateur laser auquel est associé un déviateur électro-acoustique disposé à la sortie du générateur laser, et commandé par exemple par une source d'ondes de fréquence délivrant

des ultrasons dans le déviateur électro-acoustique.

Ces sources permettent d'obtenir des orientations de

faisceaux en sortie suivant des angles prédéterminés.

Cependant, on sait qu'un générateur laser n'est jamais

monochromatique, c'est-à-dire qu'il délivre un fais-

ceau composé d'une pluralité de faisceaux ayant des longueurs d'ondes différentes, par exemple du rouge,

du bleu et du vert.

Aussi, il est-bien connu que des déviateurs comme

celui qui a été mentionné ci-dessus dévient des fais-

ceaux suivant des angles qui sont fonction de leurs

longueurs d'ondes.

En conséquence, lorsqu'un tel déviateur est disposé à la sortie d'un tel générateur laser, il délivre à sa sortie plusieurs faisceaux qui ont des orientations différentes et il agit en quelque sorte comme un prisme

à angle variable.

On conçoit alors aisément que, puisqu'il y a décompo-

sition de ces faisceaux, ces sources ne peuvent 8 tre

utilisées dans tous les domaines car, incontestable-

ment, la décomposition de ces faisceaux peut nuire

au résultat désiré.

En effet, actuellement ces sources sont couramment

utilisées dans des domaines aussi variés que ilaéro-

nautique, la publicité et que les travaux publics.

Notamment, elles servent à inscrire des phrases ou images lumineuses sur des écrans, de quelque nature

que ce soit.

Aussi, pour pouvoir obtenir un tracé correct de ces

courbes, il est alors absolument nécessaire d'élimi-

ner toutes les longueurs d'ondes à l'exception d'une seule pour que la courbe ne se compose que d'un seul tracé. Pour éliminer toutes ces longueurs d'ondes, on utilise dans le générateur par exemple un prisme ou un filtre interférentiel. On conçoit alors que l'élimination de la majorité de ces faisceaux, à l'exception d'un seul, contribue incontestablement à réduire la puissance utile du faisceau en sortie du déviateur Ceci fait que les

sources actuellement connues ne peuvent pas être uti-

lisées dans tous les domaines avec un bon rendement.

La présente invention a pour but de réaliser une source lumineuse orientable permettant d'utiliser tous les faisceaux émis et de ne perdre qu'un minimum de puissance, et donc de pouvoir les utiliser dans

tous les domaines avec un rendement nettement supé-

rieur aux sources actuellement disponibles sur le marché. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet une source lumineuse caractérisée par le fait qu'elle comprend: un émetteur d'une pluralité de faisceaux lumineux

de longueurs d'ondes > ayant des valeurs respective-

ment 4, un déviateur commandable, recevant sur son entrée lesdits faisceaux lumineux, ledit déviateur donnant à sa sortie, en fonction d'un ordre de commande, des faisceaux déviés d'une valeur angulairet fonction desdites longueurs d'ondes >, et,

un système optique disposé en sortie dudit dévia-

teur, pour focaliser sensiblement en un seul point l'ensemble desdits faisceaux obtenus en sortie-dudit déviateur, lesdits faisceaux formant en sortie des angles de déviation ayant des valeurs t

Selon une autre caractéristique de la présente inven-

tion, le système optique est un système optique cen-

tré, réalisé en un matériau très dispersif.

1 i Selon une autre caractéristique de la présente inven-

tion, le dispositif optique est constitué par un en-

semble de deux lentilles disposées en afocal.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente

invention apparaîtront au cours de la description

suivante donnée en regard des dessins annexés, donnés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels:

les figures I et 2 représentent deux schémas opti-

ques permettant de bien faire comprendre l'art an-

térieur, la figure 3, un schéma de principe d'un mode de réalisation d'une source lumineuse selon l'invention, et, la figure 4, un mode de réalisation concret d'une

source lumineuse en accord avec la figure 3.

La figure 1 représente un système optique constitué par une lentille convergente 1 ayant un axe optique

4 et deux plans focaux 2 et 3.

Si l'on suppose qu'en un point 7 de l'axe optique 4 est disposée une source lumineuse de longueur d'ondes Bu qui émet dans deux directions différentes deux faisceaux 5 et 6, la lentille 1 va donner une image objet au point 9 de l'axe optique 4 sur lequel se focaliseront les deux faisceaux 5 et 6 après avoir

traversé la lentille 1.

Cette Localisation en un seul point est possible si

la source lumineuse objet 7 émet un rayonnement mono-

chromatique En effet, une lentille notamment conver-

gente, donne qu'un seul point image 9.

Par contre, si l'on se reporte à la figure 2, et si l'on suppose que le système optique est constitué par une lentille convergente Il d'axe optique 12 de deux plans focaux 13 et 14, si en 15 notamment, est

disposée une source lumineuse sur l'axe optique émet-

tant deux faisceaux 16 et 17, de longueur d'ondes respectivement \^,\,, la lentille Il donne de cet objet lumineux 15, deux images respectivement 18 et

19 sur l'axe optique 12, du fait que ces rayons lu-

mineux émis 16 et 17 ont des longueurs d'ondes dif-

férentes, les deux images 18 et 19 ne sont pas con-

fondues. On constate donc que pour différentes orientations possibles d'un seul faisceau unique émis de la source , la lentille Il va donner à sa sortie différentes orientations de faisceaux qui sont fonction de leurs longueurs d'ondes De plus, et généralement, les faisceaux émis divergent tous dans un angle solide qui est fonction de la différence des deux longueurs

d'ondes les plus extrêmes.

On constate donc que pour obtenir différentes orien-

tations à la sortie d'un système optique centré, et lorsque l'on veut obtenir qu'un seul faisceau, il

est nécessaire d'utiliser une source mono chromati-

que.

En se reportant maintenant à la figure 3, elle re-

présente un mode de réalisation schématique d'une

source lumineuse dont les faisceaux en sortie peu-

vent 8 tre orientés suivant un ordre de commande pré-

déterminé, et cela quelle que soit la qualité du faisceau, qu'il soit mono-chromatique, ou non monochromatique. Plus particulièrement, cette source comprend un émetteur 31 de faisceau lumineux 32 qui peut 4 tre

composé d'une pluralité de faisceaux ayant des lon-

gueurs d'ondes différentes, par exemple \a \/ \ \

représentant les couleurs bleu, vert, rouge.

A la sortie de cet émetteur 31, est disposé un dé-

viateur commandable 33 recevant sur son entrée 34 le faisceau émis 32 par l'émetteur 31 a Ce déviateur donne à sa sortie 35 des faisceaux déviés 38 en fonction de l'ordre de commande qui lui est appliqué à son entrée 36, dont les déviations angulaires et sont fonction des différentes longueurs

d'ondes du faisceau incident 32 sur son entrée 34.

La source comprend un système optique centré 37 dis-

posé à la sortie du déviateur 33, qui permet, à partir des faisceaux 38, 39, obtenus à la sortie du déviateur 33, qui ont des longueurs d'ondes différentes, une focalisation en un seul point 39 indépendante de l'angle de déviation e précédemment défini, et cela pour tous les faisceaux de longueurs d'ondes différentes obtenus à la sortie du déviateur 33 et formant à la sortie un angle de déviation D. Le point 39 peut alors balayer une plage déterminée, par exemple une surface "P", en fonction de l'ordre de commande appliqué à l'entrée 36. En revenant maintenant à la figure 4, elle représente un mode de réalisation dans lequel l'émetteur 31 est réalisé par un générateur laser 41, par exemple du type krypton bien connu en lui-mbne, et constitué 1 o essentiellement par un tube à décharge rempli de

krypton, disposé dans une cavité résonnante optique.

Ce générateur laser émet un faisceau 46 qui comporte de façon connue trois raies qui sont le bleu, le vert

et le rouge.

A la sortie de ce générateur laser 41, est disposé

le déviateur 33 constitué par un déviateur électro-

acoustique connu en lui-même, et piloté à son entrée

de commande 36 par un générateur de fréquence 68.

Le faisceau 46 traversant le déviateur 33 est dévié en sortie pour donner naissance à trois faisceaux

47, 48 et 49 formant, avec l'axe optique 45 du sys-

tème, différents angles GZ,.

En effet, la déviation donnée par un tel déviateur est fonction de la longueur d'onde et, bien entendu,

aussi de la fréquence.

En effet, la formule d'un tel déviateur est la forme dans laquelle \^ est la longueur d'onde lumineuse, P la fréquence de l'onde acoustique dans la cellule

du déviateur, et Ir la vitesse de cette onde acousti-

que. Ces trois faisceaux 47, 48 et 49 sont reçus par un système optique centré 37 constitué de deux lentilles

43,44 disposées en système afocal en 53.

Dna ll tiri lu ii 1 ( 1,c e, l I fii rft, It próm von t lion 11 i, 113 peut être composée d'une association d'une lentille

convergente 50 avec une lentille divergente 51.

La deuxième lentille 44 est composée d'une combinai-

son de deux lentilles, une première lentille diver-

gente 54 en association avec une lentille convergen-

te 55.

A titre d'exemple de réalisation, et pour obtenir une seule tache lumineuse 39 en sortie avec les trois faisceaux lumineux vert, bleu et rouge, ces lentilles sont respectivement réalisées: pour la lentille 51 et la lentille 54, en un matériau tel que du Pb M 04 ayant un indice optique voisin de 2,5 et pour les autres lentilles 50 et 55, en un matériau connu sous la référence KN? 13 et La K 21 dont les indices optiques

sont voisins de 1,7.

La Demanderesse a constaté, de plus, que pour obte-

nir une focalisation en un seul point de ces trois faisceaux en 39, ces matériaux devaient avoir un pouvoir très dispersif, c'est-a-dire des variations

d'indice en fonction des longueurs d 9 ondes très im-

portantes.

C'est ainsi que pour le premier matériau d'indice 2,5 la variation d'indice d A est égale à -0,033 et la variation d'indice 4 A pour le deuxième matériau, d'indice 1,7 égal à -0,0029 Avec un tel matériau dispersif, ce système reste afocal quelle que soit

la longueur d'ondes des faisceaux le traversant.

A titre d'exemple, pour un générateur laser à Argon,

le système afocal était composé pour la première len-

tille 43 d'une distance focale de 45,6 mm, et pour la seconde lentille 44 d'une distance focale de longueur 23,8 mm.

La Demanderesse a constaté qu'elle obtenait le résul-

tat souhaité lorsque les conditions suivantes étaient réalisées, c'est-àdire lorsque *' F, È) = O( z ^(C) j k étant une

constante dépendante de la réponse du système optique.

De cette façon, la condition à satisfaire est alors

Cette condition est obtenue avec, comme précisé pré-

cédemment, par deux lentilles fortement dispersives

et calculée pour vérifier la condition mentionnée ci-

dessus.

Dans le cas du système afocal, la condition structu-

relle de composition des deux lentilles est obtenue si les longueurs des distances focales et de leur variation en fonction de la longueur d'onde des

faisceaux utilisés, satisfassent aux relations sui-

vantes:

À

Avec l'exemple de réalisation donné ci-dessus, les relations se vérifiant presque parfaitement, puisque J" est égale à d& en valeur absolue à environ 5 à

6 pour cent.

Dans un mode de réalisation qui permette de minimiser les aberrations géométriques, la source lumineuse

comporte, en outre, un deuxième système optique inter-

médiaire, disposé entre le déviateur 33 et le système optique principal 37, le deuxième système intermé- diaire non dispersif, est disposé de façon à former

l'image du déviateur sensiblement sur la face d'en-

trée du système optique 37, c'est-à-dire sur la face libre de la lentille 50 selon le mode de réalisation

de la figure 4.

La Demanderesse a constaté qu'elle obtenait de bons

résultats si le grandissement angulaire G de ce sys-

tème optique intermédiaire était sensiblement égal t dans laquelle t, est le rayon du faisceau lumineux 46 et v la vitesse de l'onde acoustique dans la cellule

du déviateur.

Enfin, dans un autre mode de réalisation avantageux, la source lumineuse selon l'invention comprend, en outre, un prisme optique disposé en amont du système optique principal 37, par rapport à la propagation des faisceaux lumineux disposé de façon qu'il soit

au minimum de sa déviation.

Ce prisme peut alors converger les faisceaux qui sortent du déviateur, au voisinage du sommet des lentilles et éviter d'utiliser toute leur face d'entrée car les bords externes de ces lentilles engendrent toujours des aberrations sphériques pour les rayons

non paraxiaux.

On voit donc l'avantage d'une telle source lumineuse

qui permettra d'obtenir un point lumineux, en l'oc-

currence le point 39 sur toute une surface désirée P en commandant par exemple en X et en Y le déviateur 33 Bien entendu, la commande de ce déviateur pourra se faire par tout moyen électronique programmé par exemple à l'avance pour obtenir de façon déterminée un tracé qui suivra le point lumineux pour décrire différentes courbes, étant entendu que le mot courbe

doit être pris dans son sens le plus large.

De plus, il appara t nettement qu'avec le dispositif selon l'invention, il permet d'utiliser une source émettant un faisceau lumineux composite de plusieurs raies de couleur, et d'obtenir un seul point lumineux

qui pourra être utilisé comme point lumineux source.

Cet avantage appara t notamment si on le compare à la figure 2 o l'on montre qu'avec un faisceau plurichromatique il n'était pas possible, Jusqu'à présent, d'obtenir, à partir d'un émetteur, une seule

tache de lumière confondant toutes les raies de cou-

leur.

Enfin, avec une telle source lumineuse, il est pos-

sible d'obtenir l'avantage du dispositif illustré

sur la figure 1 o tous les faisceaux étaient conver-

gents en un seul point lumineux, mais dans cet art

antérieur, l'émetteur devait être monochromatique.

Dans ce cas, la présente source selon l'invention permet donc d'utiliser toutes les puissances d'un émetteur lumineux, car il est bien connu qufil est très difficile d'obtenir naturellement une source monochromatique, une telle source étant généralement obtenue qu'en éliminant la plupart des faisceaux lumineux et en conservant qu'une seule raie de

longueur d'onde déterminée.

* 1 1

R E V E N D I C ATI O N S

I/ Source lumineuse, caractérisée par le fait

qu'elle comprend: -

un émetteur Qne pluralité de faisceaux lumineux ( 32) de longueurs d'ondes > ayant des valeurs respecti- vement Al j>

un déviateur ( 33) commandable, recevant sur son en-

trée ( 34) lesdits faisceaux lumineux ( 32), ledit dé-

viateur ( 33) donnant à sa sortie ( 35), en fonction d'un ordre de commande, des faisceaux déviés d'une

valeur angulaire $ fonction desdites longueurs dfon-

des >, et, un système optique ( 37) disposé en sortie dudit déviateur, pour focaliser sensiblement en un seul point ( 39) l'ensemble desdits faisceaux obtenus en sortie ( 38) dudit déviateur ( 33), lesdits faisceaux formant en sortie des angles de déviation ayant des valeurs e

2/ Source selon la revendication 1, caracté-

risée par le fait que le système optique ( 37) est

réalisé en un matériau très dispersif.

3/ Source selon la revendication 2, caracté-

risée par le fait que ledit système optique ( 37) est réalisé de façon que la variation des angles de

sortie eb par rapport à la variation de la va-

leur de la longueur d'onde est sensiblement nulle.

4/ Source selon l'une des revendications pré-

cédentes, caractérisée par le fait que ledit système optique ( 37) est constitué par deux lentilles ( 43, 44) montées en afocalo / Source selon la revendication 4, caracté- risée par le fait que les variations des distances focales df 1 et df 2 respectivement des deux distances

focales f et f 2 des deux lentilles ( 43,44) en fonc-

tion de la longueur d'onde d sont liées par les relations

6/ Source selon l'une des revendications pré-

cédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte

en outre, entre le déviateur ( 33) et le système op-

tique ( 37) un système optique intermédiaire de façon à former l'image dudit déviateur ( 33) sensiblement

sur la face d'entrée dudit système optique ( 37).

7/ Source selon l'une des revendications pré-

cédentes, caractérisée par le fait qutelle comprend, en outre, en amont dudit système centré ( 37), un prisme optique très dispersif apte à concentrer les faisceaux incidents sur ledit système optique ( 37)

sensiblement au niveau de son centre optique.

8/ Source selon la revendication 7, caracté-

risée par le fait que ledit prisme est disposé à son

minimum de déviation.