Brevet FR2001415A1 — publié le 19690926

t 2001415 >* L'invention concerne un dispositif permettant de dtf« terminer le déplacement relatif d'un objet et muni d'une trame f ' optique fixée à 1'objet, alors qu'une source émet de l'énergie qui entre en interaction avec ladite trame, après quoi elle est 5 appliquée â un système sensible susceptible de convertir l'énergie en un signal électrique constituant une fonction périodique du dé» placement de l'objet. L'invention rentre dans le secteur de a metrologi^. dispositif est connu. Il présente l'inconvé-10 nient de ne permettre que des déplacements que dans une seule direction. On pourrait obvier à cet inconvénient en munissant par exemple le chariot en croix d'une machine-outil de deuxréseausc 20 ; L'invention obvie à cet inconvénient en fournissant un dispositif efficace, fonctionnant d'une façon très précise. .Elle »st caractérisée en ce qu'une second.e trame optique, dont la direction périodique est perpendiculaire à celle de la première trame* recouvre la première trame avec laquelle elle est prati-25 quement située dans le même plan. Par "direction périodique", il y a lieu d'entendre dans la suite du présent mémoirè, la direction dans laquelle se produit la fréquence spatiale supérieure de la structure*. La description ci-après, en se référant au dessin 50 annexé* le tout donné â titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée» les particularités qui rassortent tant du texte que du dessin faisant, bien en» tendue partie de ladite invention. * 35 : ti ' Les fig. 2 et 3 représentent des détails du disposi tif représenté sur la fig. 1. La fig. 4 montre un détail d'une variante du dispositif représenté sur la fig. 1. 40 Sur la fig.-1, le faisceau lumineux polarisé liné airement émis par la source lumineuse (1) traverse, après avoir 69 02668 2 200 !415 été réfléchi par le miroir concave (2), une petite ouverture (î) ménagée dans ou près dudit miroir'concave (4). Ensuite, la lumière atteint la trame de réflexion (6) par l'intermédiaire de la len-: tille plan-convexe simple ou composée (5)« • i 5 La distance comprise entre le miroir concave (2) ®t: la source lumineuse (1), respectivement l'ouverture (3) est telle que la source (1) soit pratiquement projetée dans l'ouverture (3)« Cette ouverture (3) se trouve pratiquement au foyer de le lentille plan-convexe (5)» ce qui a pour effet que des rayons lu-10 mineux parallèles frappent la trame (6)1 La trame (6), qui est fixée au corps (non représenté sur le dessin), dont on veut mesurer le déplacement* est réalisée sous forme d'une trame de phase réflectrice bidiaensiorme 1 le'. C'est ainsi qu'elle est constituée par un substrat en verre {7) 15 sur lequel est appliquée une structure périodique (8) en aluminium» La hauteur de la couche (8) varie d'une période p. Les carrés enfoncés à côtés i p sont entourés de carrés surélevés à côtés p et inversement. La grille (6) a donc une structure d'échiquier ou de damier (voir la fig. 2). La différence en hauteur entre les 20 carrés attenants est telle que la différence en phase entre les rayons lumineux réfléchis par des carrés attenants est égale à Jjf* ou pratiquement Tj[ radians» Des faisseaux partiels cohérents sont réfléchiÉ par la trame de réflexion (6)„ Grâce à la périodicité de la trame dans 25 deux directions perpendiculaires entre elles, il se forme quatre faisceaux du "premier" ordre, à savoir (+1, +1)j (+1, -1)? (-1, + 1) et (-1, -1 )■• Le premier chiffre figurant entre les parenthèses désigne la direction x, le second la direction 2> Ces quatre faisceaux réfléchis traversent la lentille (5) et sont -30 projetés â quatre endroits du miroir (4)« A l'endroit de reproduction (10) se rencontrent les faisceaux partiels (-1, -1), à l'endroit de reproduction (11 ) les faisceaux partiels (+1, +1 ) Les deux autres endroits sont situés dans un plan perpendiculaire au plan du dessin, comprenant l'axe AA' du système comportant 35 1'ouverture (3)• Les faisceaux de l'ordre zéro et ceux d'ordre supérieur sont éliminés? ceux de l'ordre zéro traversent l'ouverture (3) vers l'extérieur dans la direction de la souree lumineuse (1) et ceux d'ordre supérieur parviennent hors de la surface réflec-' 40 trice du miroir (4). 69 02668 3 2001415 Après avoir été réfléchis par le miroir (4)f les quatre faisceaux traversant à notrffeau la lentille (5) pour être réfléchis une seconde fois par la trame de phase (6). Parmi les faisceaux partiels doublement réfléchis par la trame de phase 5 sont sélectionnés ceux qui, après réflexion, représentant l'ouverture (3) en soi. Si les faisceaux partiels sont représentés par (x.j, y^ î^)» * e"k y étant les ordres de déviation dans les directions 1 et j et les chiffres (1) et (2) concernant les première et seconde réflexions assurées par la trame (6), l'ou-10 verture (5) est traversée par les quatre faisceaux partiels (+1, +1} -1, -1)5 (+1, -1; -1, +1)} C-ï, +1; +1, -1) et (-1, -1} +V+1). Les quatre faisceaux partiels atteignent par l'intermédiaire de la lentille (12) le prisme partiel (13)« Dans le trajet lumineux compris entre la lentille plan-convexe (5) et le miroir (4) sont insérés deux lames quart d'onde (9) et (9!)î la lame (9) est disposée sur le miroir (4) à l'endroit de représentation (10) du faisceau partiel (-1, =1) et 30 la' laape (9') à l'endroit (11) du faisceau partiel (+1, +1)« La direction principale des lames quart d'onde forme tin angle de 45° avec la direction de vibration de la lumière linéairement pola= risée émise par la source lumineuse (l). Le faisceau (-1, =l), respectivement (+1, +l), traverse deux fois la lame (9)» respec-35 tivement (9')» notamment avant et après avoir été réfléchi par le miroir (4)» alors que les faisceaux (+1, -1) et (-1, +1) ne traversent pas les lames. Ceci fait, la lumière linéairement polarisée, qui a donc deux fois traversé la lame (9) °u la lame , (9')j présente une direction de polarisation perpendiculaire à la direo-40 tion de Dolarisation initiale et, par conséquent, perpendiculaire 69 Ô2668 4 - 2001415 à la direction de polarisation des faisceaux (+1»--1) et (-1» +1)« Dans le prisme partiel (13)S les^eux faisceaux mentionnés en premier lieu sont séparés des faisceaux mentionnés en dernier lieu. La première paire de faisceaux fournit une information concernant 5 une direction de déplacement (^), l'autre paire une information concernant l'autre direction de déplacement, (x). L'une des paires de faisceaux atteint le détecteur photosensible (19) paï l'intermédiaire de la lentille (17), l'autre le détecteur photosensible (20) par l'intermédiaire de la lentille (18). 10 Les signaux engendrés pendant le déplacement d'une trame à période q d'une distance js peuvent être représentés pars 2 Hfs S.j « constante + sin 11 ^ Dans le susdit cas, q et la trame est déplacée dans deux directions perpendiculaires entre elles x et y, de sorte qu'il 15 se forme deux signauxs 2 if's 21$ v Sx * constante + sin -3^3 et S^. ■ constante + sin Jq p^f Les signaux provenant des détecteurs photosensibles peuvent être traités de façon usuelle. Lorsqu'on soumet le miroir (4)' à une oscillation à 20 fréquence il se forme des signaux présentant la formes 2 ~ » constante + C sin + ^ s^n ^ 2 v Sy « constante + C sin (-jJq -p$r + ^ s*n A "*0» expression 2 ^ dans laquelle b = ^/e p^g4 s — l'amplitude de l'oscillation. ïïn miroir vibrant (4) offre 1*avantage que les 25 signaux appliqués aux cellules photo-électriquee (19) et (20) con= tiennent une composante alternative, même lorsque la trame (6 Le dispositif conforme à l'invention permet de réaliser des masques pour des circuits intégrés. On.relie la laiape fX 30 photosensible à la trame (6). On fait effectuer/la lame un mouvement dans la direction x et on compte les rainures s'étendant parallèlement à la direction 2, à l'aide des périodes de signal se produisant dans la direction x. Un déplacement rectiligne s9effectue en utilisant le signal modulé en phase, engendré â l'aide du 35 miroir vibrant (4) comme repère de réglage à l'aide des rainures de trame s'étendant suivant la direction 1. Le signal d'erreur du signal 2L est ramené à 11entrainement La trame (6) est donc con- J3AD ORIGINAL 69 02668 5 2001415 duite le long des rainures s1étendant parallèlement à la direction 3Ç. Au lieu d'une seule source lumineuse (1) émettant de la lumière polarisé, on peut également utiliser deux sources lumi-5 neuses (1) et (l1) disposées tout près l'une de l'autre; émettant de la lumière naturelle. Si, (voir la fig. 4) sur le miroir (4) dans lequel l'ouverture (3) est remplacée par deux ouvertures ménagées tout près l'une de l'autre (3) et (3'), l'endroit F^, ou l'endroit F^, où se forme le maximum (+1, -1), ou 10 bien (-1, +1) du faisceau provenant de la source lumineuse (1) et l'endroit F^ ou F^, où se forme le maximum (-1, -1), ou (+1, +1) du faisceau émis par la source lumineuse (1'), sont recouverts d'une substance absorbant de la lumière, il se forme dans les cellules (19) et (19'), ou bien (20) et (20'), des si-15 gnaux qui sont traités de façon usuelle. 69 02668 6 2001415 REVENDICATIONS 1.Dispositif permettant de déterminer le déplacement relatif d'un objet et muni d'une trame optique fixée à l'objet, alors qu'une source émet de l'énergie qui entre en intéraction 5 avec ladite trame, après quoi elle est appliquée à un système sensible suceptible de convertir l'énergie en un signal électrique constituant une fonction périodique du déplacement de l'objet, caractérisé en ce qu'une seconde trame optique, dont la direction périodique est perpendiculaire à celle de la première 10 trame, recouvre la première trame avec laquelle elle est pratiquement située dans le même plan» 2.Dispositif tel que spécifié sous 1, caractérisé en ce que dans le trajet compris entre la source de rayonnement émettant des rayons linéairement polarisés et servant de source d'énergie 15 et les dét ecteurs de rayonnement sont insérés deux lames quart d'onde à des endroits où se rencontrent les rayons d'un ordre de déviation déterminé, après intéraction avec l'une des trames, ces rayons étant séparés dans un prisme partiel séparateur de polarisation des rayons de même ordre de déviation, formés après 20 interaction avec l'autre trame. 3«Un dispositif tel que spécifié sous 1, caractérisé en ce que le trajet compris entre la source de rayonnement émettant des rayons naturels, servant de source d'énergie et les détecteurs de rayonnement est disposée une plaque en quartz dans le— 25 quel le faisceau de rayonnement natuid. est subdivisé en deux faisceaux de rayons linéairement polarisés présentant des plans de polarisation perpendiculaires entre eux, cette plaque étant traversée par des rayons d'un ordre de déviation déterminée formés après interaction des faisceaux linéairement polarisés avec 30 l'une des trames et présentant une épaisseur telle que les faisceaux émis atteignant un prisme partiel séparateur de polarisation présentent une différence en phase de TI/2 radians. 4.Un dispositif tel que spécifié sous 3, caractérisé en ce qu'une seconde source émettant également des rayons naturels 35 est disposé près de ladite source émettant des rayons naturels, alors qu'une couche absorbant des rayons est appliquée aux endroits où se rencontrent les rayons d'ordre de déviation déterminé, formés après interaction des rayons émis par l'une des sources avec l'une des trames aux endroits ou se rencontrent 69 02668 7 2001415 les rayons d'une même ordre de déviation formés après interaction des rayons émis par l'autre source avec l'autre trame.