Brevet FR2282117A1 — publié le 19760312

La présente invention se rapporte à un dispositif pour obtenir un faisceau diffusé ayant un déphasage uniforme par rapport au faisceau initial et à des interféromètres utilisant ce dispositif. On cors t déjà des dispositifs pour diviser un faisceau lumineux, par exemple des surfaces semi-réfléchissantes. I1 est nécesseire pour réaliser un interféromètre, de disposer des renvois par miroirs pour faire interférer les faisceaux lumineux se- parés. Dans de tels interféromètres, par exemple Twyman et Green ou Mach-Zehnder, l'obtention d'une teinte plate par réglage des miroirs de renvoi est très délicate puisque toute inclinaison produit des franges. Ces appareils très longs à régler et sensibles aux vibrations sont mal adaptes au contrôle d'éléments optiques. La présente invention a donc pour objet un dispositif permettant de diviser par réflexion ou par transmission un faisceau lumineux g l'aide d'un diffuseur, en un faisceau dit de référence et un faisceau porteur d'informations et,en application, la rea- llsation de dispositifs interférométriques faciles à régler et relativement insensibles aux vibrations et donc particulièrement adaptés au contrôle industriel d'éléments optiques tels que lames à faces parallèles, coins optiques, lentilles, miroirs, etc... Suivant l'invention, il est, de plus, possible de réaliser des hologrammes de GABOR. Sous sa forme générale, l'invention a pour objet un procédé pour obtenir un faisceau luminex diffusé ayant un déphasage uniforme var rapport au faisceau Initial caractérisé en ce qu'on forme sur le diffuseur à l'aide d'un syst-me convergent une image ponctuelle de la source du faisceau et en ce qu'on utilise un diffuseur aléatoire. l'invention concerne aussi -;n dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé comprenant une source lumineuse et un dif fseur et caractérisé en ce qu'il comporte un système convergent, capable de former sur le diffuseur une image ponctuelle de la source et en ce que le diffuseur est aléatoire. Selon une caractéristique narticulière, le diffuseur est un dépoli partiellement repoli. Selon une autre caractéristique le diffuseur est un enregistrement photographique d'un champ de speckle produit en éclai rant un écran diffusant , par exemple un verre dépoli, par un faIsceau laser. L'invention a pour autre objet un appareil interférométri- que comprenant un dispositif tel que décrit ci-dessus et destiné à fournir un faisceau de référence. Selon une caractéristique Complémentaire, l'invention concerne un appareil destiné au contrôle dtéléments optiques caractérisé en ce que le faisceau de référence est obtenu à partir de lumière ne rencontrant pas d'éléments à contrôler. Selon une autre caractéristique, Invention concerne un appareil destiné au contrôle d'éléments optiques caractérisé en Ce que le faisceau de référence est obtenu à partir de la portion de faisceau qui intéresse la partie paraxiale de l'objet. L'invention a également pour objet un procédé destiné à produire un hologramme caractérisé en ce qu'on place un objet d'amplitude dans un appareil interférométrique tel que décrit Ci- dessus. L'invention sera illustre en se référant aux figures annexées/présentées titre d'exemples non limitatifs et où: Fig. 1 représente un schéma de principe de l'invention; Fig. 2 représente un interféromètre suivant l'invention; Fig. 3 représente un interféromètre suivant un mode préSé- ré de l'invention; Fig. 4 représente des interférences obtenues: fig. 4a avec un Soin optique; figX 4b avec une lentille aberrante; Fig. 5 représente un interféromètre permettant de contrôler des miroirs plans. Un diffuseur est constitué d'un ensemble de points diffusants distribués dans un plan. Par exemple, un dépoli est un diffuseur. Si on le repolit partiellement on obtient en l'éclairant un faisceau diffus et un faisceau transmis. Si on éclaire un diffuseur par un faisceau étendu de lumière, on obtient une onde dont la phase est aléatoire. Selon l'invention, on focalise le faisceau lumineux sur le diffuseur, et, dans ces conditions, on ob tiens une onde diffusée dont la phase est constante. Cette pro priété est à la base da principe de l'interféromètre selon l'in- vention, comme on le verra plus loin. selon un mode préféré de l'invention, le diffuseur est constitué d'un champ de points, dit champ de speckle, présentant les diverses nuances de gris du blanc au noir, répartis aléatoirement en taille et en position sur une surface, tels qu'on peut en obteniren photographiant la lumière produite en éclairant un verre dépoli par un faisceau laser. Un tel diffuseur donne une in:tensi- té diffusée décroissant lentement avec l'angle de diffusion, tout en laissant passer, axialement et suivant un angle étroit, une partie de la lumière sans la diffuser. Au sens de la présente description, les expressions nfocalisationn et "image ponctuelle" se réfèrent à une image de très.petites dimensions, mais cependant de dimensions supérieures aux éléments du diffuseur.Par exemple si l'image ponctuelle a une dimension de 10 , le diffuseur aura avantageusement des éléments de l'ordre de 2 à /s, cette valeur n'étant toutefois pas critique. La figure I illustre le procédé suivant l'invention. Une source lumineuse S éclaire un système convergent B2 qui focalise le faisceau lumineux en S' sur un diffuseur D. Si le système convergent 12 est parfait et si le faisceau est bien focalisé sur le diffuseur, les ondes transmises W et diffusées W' ont partout la même phase et on obtient une teinte plate. Si le faisceau estnal focalisé, on obtient des franges. La figure 2 présente un: exemple de montage de la figure 1 adapté à l'interférométrie. La source, avantageusement monochromatiquez est focalisée en S par un objectif LO qui peut être par exemple un objectif de microscopel. On diaphragme le faisceau en S, par exemple à un diamètre de 10*v. On interpose un objet transparent à mesurer entre S et D, par exemple à l'endroit indiqué sur la figure, de telle sorte qu'il n'intercepte pas tout le faisceau. La partie 0 du faisceau incident qui traverse l'objet et qui est transmise directement par le diffuseur D porte l'information de forme de l'objet et interfère avec la partie R (qui ne traverse pas l'objet et qui sert de référence) du faisceau incident qui a été diffusée par D. On voit que la lumière provenant de la partie R du faisceau et transmise directement par le diffuseur ne participe pas à l'interférogramme. La figure 3 montre un dispositif analogue à la figure 2 oh l'on peut observer les interférences dans un plan image Po. La source S est placée au point focal objet d'une lentille Li. Une lentille L2 focalise le faisceau en S' sur le diffuseur D et la lentille 1 forme 1' image des interférences sur le plan image Po. L'objet à etudier est placé entre S et D et de préférence entre L1 et L2. Si l'objet n'introduit pas de déphase qui pourrait se produire si son épaisseur n'est pas constante, ou si son indice varie, ou les deux ensemble, et si les diverses lentilles des interféromètres décrits suivant l'invention sont optiquement parfaites, et si le faisceau est bien focalisé sur le diffuseur, on obtient une teinte plate. Si ltobået est un objet de phase, c'està-dire qu'il introduit des déphasages, on observe des franges d'interférence qui s'interprètent de la même façon que dans les interféromètres suivant l'art antérieur. Si on veut contrôler les aberrations d'une lentille ou d'un groupe de lentilles, on met celui-ci à la place de B2 de manière à ce que le faisceau reste focalisé sur D. Dans ce cas, le faisceau de référence est constitué par les rayons paraxiaux.On sait en effet qu'au voisinage de son sommet, normalement une lentille n'a pas d'aberration appréviable. La figure 4 montre, à titre d'exemples, des interférogrammes. La figure 4a montre des franges obtenues avec un coin optique. On compte 10 franges, l'épaisseur du coin est donc de 10h, A étant la longueur d'onde du faisceau lumineux. tes franges ne sont pas droites ce qui indique un gauchissement de la lame. il est à noter que dans un cas tel que celui-ai, c'est-à-dire où on mesure une variation de chemin optique suivant une direction prli- légiée, les franges peuvent être obtenues avec un dépolis c'est-àdire sans faisceau transmis.En effet, le faisceau portant l'information passe à travers le coin optique et le point de foalisation de ce faisceau est différent de celui du faisceau de référen- ce: on obtient les franges d'Young classiques. La figure 4b montre des franges obtenues avec une lentille aberrante, il n'y a pas de frange au-centretce qui correspond bien à ce qui a été dit plus haut, à savoir qu'une lentille ne présente pas d'aberration d'aucune sorte en son sommet. Les franges se rapprochent de plus en plus vers l'extérieur de la lentille aberrante, ce qui montre que les aberrations sphériques sont de plus en plus importantes. L'ovalisation des franges montre la présence des autres aberrations. Il est également possible de contrôler des miroirs. La figure 5 montre, à titre d'ex.emples un dispositif interférométrique, destiné à contrôler un miroir plan M, le faisceau de référence étant alors constitué par la région paraxiala du faisceau. Il comprend un miroir semi-réfléchissant MSR, la source S étant placée au foyer objet du système convergent L2. Le faisceau lumineux suit le trajet : source, transmission à travers transmission i travers L2, réflexion du faisceau de lumière paral lèle ainsi obtenu sur M, retour à travers L2, réflexion sur MSR et focalisation sur le diffuseur D en un point symétrique de S par rapport au plan moyen de MSR. Comme dans la figure 3, un sys te convergent - t3 permet la focalisation dans le plan image Po. dans le cas d'un miroir sphérique, on placera la source et le diffuseur au voisinage du centre: on peut donc se passer dans ce cas du miroir semi-réfléchissant MSR et du système convergent L2. Il est à la porte de l'homme de l'art de proposer des montages pour d'autres types de pièces optiques. Il est à noter que le diffuseur peut être aussi un diffuseur fonctionnant par réfle- xion, par exemple une surface ruguevse. Cependant, il n'a pas été jugé utile de développer ce cas dans les exemples, étant entendu qu'un diffuseur par transmission est un mode préféré de l'invention. Enfin, si dens la figure 3 (l'objet contient aussi les variations d'amplitude), on obtient dans le plan image Po l'hologramme de GABCR dudit objet, sans qu'il soit besoin de l'éclairer en lumière Cohérente. On peut appliquer un tel procédé notamment à la reconnaissance de forme à deux dimensions, par exemple à la reconnaissance d'empreintes digitales. Il suffit de comparer l'hologramme réalisé à une référence suivant des procédés en eux-mêmes connus. Si on veut reconstituer l'image originale dans un hologramme classique, il faut l'éclairer avec une onde de même profil que celle avec lanuelie il a été réalisé. Pour reconstituer l'image originale d'un hologramme suivant l'invention, il suffit de l'éclairer avec une onde plane ou sphérique même s'il n'a pas été réalisé à l'aide d'une onde plane ou sphérique. REVEDicr.TIONr3 1. Dispositif pour obtenir deux faisceaux lumineux dont un seul est diffusé et a un déphasage unilvrme par rapport à l'autre, et comportant une source lumineuse ponctuelle, un diffuseur aléatoire ne contenant pas ladite source lumineuse et un système convergent, caractérisé en ce que le système convergent est disposé pour former l'image de la source. ponctuelle sur le diffuseur. 2. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le diffuseur est un dépoli partiellement repoli. 3. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le diffuseur est un champ de speckle obtenu en enregistrant photographiquement la lumière produite en éclairant un verre dépoli par un faisceau laser. 4. Appareil Interféromètrique caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 et destiné à fournir un faisceau de référence. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ondes transmises directement à travers le diffuseur interférent avec les ondes diffusées par ce dernier. 6. Appareil selon l'une des revendications 4 ou 5 et destiné au contrôle d' éléments optiques constituant ou susceptibles de constituer des objets de phase, caractérisé en ce que l'élément à contr8ler est placé dans le faisceau lumineux entre la source et le diffuseur de telle sorte qu'une partie seulement dudit faisceau rencontre ledit élément. 7. Appareil selon l'une des revendications 4 ou 5 et destiné au contrôle d'éléments optiques constituant ou susceptibles de constituer des objets de phase, caractérisé en ce que le faisceau de référence est obtenu à partir de la portion de faisceau qui intéresse la partie paraxiale de l'objet. 8. Dispositif selon la revendication 5 et destiné à la production d'hologrammes de Gabor, caractérisé en ce qu'un objet d' amplitude est placé dans le faisceau lumineux entre la source et le diffuseur, une partie seulement du faisceau rencontrant l'objet, et en ce que l'hologramme est formé en arrière du diffuseur.