Brevet FR2355280A1 — publié le 19780113

L'invention concerne un dispositif pour l'obtention de franges parfaitement contrastées et à grande luminosité. Un tel dispo sitif trouve une application particulièrement avantageuse dans la spectrophotométrie interférentielle à modulation sélective. On connaft déjà des montages de ce type,qui ont été proposés pour la spectrographie. Ces montages connus comportent un dispositif dédoubleur de source, par exemple un dédoubler achromati- que, qui donne d'une source étendue deux images se correspondant par translation. les franges d'interférence obtenues sont localisées à l'infinl. Elles sont projetées dans le plan focal d'un système optique et peuvent Strie analysées à l'aide dJune grille ou exploitées de toute autre manière convenable (voir i ce propos les articles de R. Prat, Japon J. Appl., Supp1. 1, 1965, p. 448; R. Prat, Optical Acta 18, Nos 3 et 4, 1971 et G. Fortunato et A. Maréchal, C.R. Acad. Sc. Paris, t.274, p.931-B34 (Avril 1972)). En spectrophotométrie interférentielle par dédoublement de source, la résolution est fonction du nombre de traits de la grille. L'étendue -géométrique du système ne dépend pas de la résolution; elle peut strie limitée par le dédoubleur achromatique ou par les aberrations d'ouverture et de champ du système optique. D'autre part, les systèmes optiques ordinaires, tels que objectifs de photographie etc...ont une étendue géométrique qui s 1adapte très mal à celle des dédoubleurs achromatiques. Les ima- ges homologues de la source dans l'espace intermédiaire entre le dédoubler et l'objectif sont disposées de façon à nuire au minimum à l'étendue de chacun,la position idéale des images homologues pour l'objectif et le dédoubleur étant comprise à l'intérieur de leur mécanique. Tout compromis de ce type est peu satisfaisant, particulièrement dans 1 infrarouge où les dimensions des optiques deviennent importantes. Sous son aspect le plus général,l'invention concerne un dispositif pour former des franges parfaitement contrastées et à grande luminosité, utilisable notamment dans l'infrarouge, comprenant un dédoubleur achromatique permettant, à partir d'une sour ce tendue,de de produire deux images homologues étendues,ledit dis- positif étant caractérisé en ce qu'il comporte un miroir sphérique concave réfléchissant les rayons issus de ces deux images pour produire des franges d'interférence sur un moyen de réception et/ou d'analyse dispose entre ledit miroir sphérique et les images homologues,ledit moyen et ledit miroir sphérique étant placés sur l'axe du système optique constitué par la source et le dédoubler achro- matique et le centre de courbure du miroir sphérique concave étant situé sur l'axe du système optique et dans le plan défini par les images homologues. Dans ce dispositif le moyen de réception peut être un écran. Selon une autre forme de réalisation a.vantageuse, la présente invention concerne un dispositif pour la spectrophotométrie interférentielle à modulation sélective, particulièrement efficace dans l'infrarouge comportant les mimes éléments que pour la formation de franges et dans lequel le moyen de réception et d'ana- lyse est unegrille. Le dispositif objet de la présente invention met à profit un défaut du miroir sphérique, selon lequel, lorsqu'on fait tomber sur le miroir sphérique un faisceau de rayons parallèles, la surface d'onde réfléchie ntest pas -exactement sphérique (aberration sphérique). D'autre part > pour des rayons parallèles à 1'axe du sys tème optique, il faut tenir compte également du terme de défaut de mise au point d (représentant la distance entre le plan focal thé- orique du miroir sphérique et le lieu géométrique situé sur l'axe optique où l'image est nette). On a constaté que, sans corriger l'aberration sphérique et pour une longueur d'onde donnée, les franges obtenues par le dispositif sont nettes et contra.stées dans un plan situé à une distance d du plan focal théorique du miroir sphérique telle que la relation suivante soit respectée d = - . a 2 (I). 52f a étant la distance séparant les images homologues f rsprdsentant la focale de l'objectif (dans le dispositif de l'invention, la distance focale du miroir sphérique). Pour les rayons inclinés par rapport à l'axe du système, du fait de la position des images homologues dans le plan du centre de courbure du miroir, tous les termes d'aberration du champ restent nuls, exception faite de la courbure de champ. Si l'on proJette les franges sur une grille disposée sur une calotte sphérique convexe de rayon égal à la moitié du rayon du miroir sphérique, le convexité de la calotte étant dirigée vers le centre de courbure du miroir sphérique on élimine cette dernière aberration et on obtient ainsi, quel que soit l'angle de champ, le même phénomène qu'au centre. On peut alors utiliser des angles de champ aussi grands que I'on veut sans nuire à la qualité du contraste des franges. Entant donné qu'il est très aisé et, de ce- fait, peu onéreux, de fabriquer des miroirs sphériques de grandes dimensions et assez ouverts,ayant des qualités de planéité requises pour le visible comme pour l1infraouge, l'invention permet des lors d'utiliser des dédoubleurs achromatiques permettant des dédoublements im- portants en ce qui concerne la distance relative des images homologues SI et S2 et d'accroRtre proportionnellement la résolution du spectrophotomètre d'une quatité appréciable. Dans le dispositif selon l1invention,il peut entre avantageux que la calotte sphérique convexe soit la face antérieure d'une lentille convergente, ce qui permet en meme temps de donner des images réelles des images homologues que l'on peut faire directement coïncider avec la surface sensible du ou des détecteurs. Cette solution a pour avantage de réduire le nombre de dioptres entre le miroir et le détecteur, ce qui est particulièrement appréciable dans l'infrarouge où les pertes par réflexion sont importantes à cause des indices élevés des matériaux Autre part, il peut titre intéressant de disposer la gri] le sur une surface plane par exemple pour des raisons de fabrication de celle-ci. I1 suffit alors de placer juste avait le plan focal du miroir ute lentille de champ convergente de focale adéquate, ou tout système équivalent, jouant le rSle de correcteur de courbure. Par exemple, dans le souci de réduire le nombre de diop tres,oi peut prendre pour correcteur une lentille plan convexe dont la convexité est dirigée vers le miroir sphérique et dont la grille a été déposée sur sa face plane. Le balayage spectral (c-'est-à-dire le balayage en longueur d'onde) est obtenu par une variation continue du paramètre a à partir du dédoubleur achromatique. Etant donné que ce paramètre a intervient dans la relation (I), il faut donc prévoir sur le dispositif un moyen permettant de synchroniser le balayage spectral avec le déplacement du moyen de réception et/ou d'analyse de telle a sorte que la relation d = - 32f (I) soit toujours vdrifiea. Ce moyen permettant de synchroniser le balayage en longueur d'onde avec le déplacement de la grille est de préférence un moteur pas à pas à commande électronique. Le dispositif, objet de la présente invention, trouve une application intéressante pour l'obtention de franges parfaitement contrastées et à grande luminosité. Dans ce cas, on prévoit un écran sur lequel sont projetées les franges. Le balayage spectral se fait comme précédemment et le dispositif comporte toujours le moyen de synchronisation. Le présent dispositif peut également autre utilisé pour la fabrication de réseaux.Actuellement, les réseaux sont fabriqués exclusivement à l'aide d'un laser avec lequel on projette sur une résine photosensible des franges parfaitement contrastées.Le dispositif de l'invention permet à l'aide d'une source ordinaire de fa.- briquer des réseaux en remplaçant la grille par une plaque de rési- ne photosensible. Ce procédé est particulièrement intéressant car il permet une économie substantielle par rapport à la fabrication de réseaux à l'aide de lasers. L'invention sera maintenant illustrée sans être aucunement limité, en référence aux dessins annexés sur lesquels Fig. 1 est un montage pour spectrophotométrie à modulation sélective, tel que préconisé par la technique antérieure. Fig. 2 représente le dispositif objet de l'invention dans son application à la spectrophotométrie à modulation sélective. Fig. 3 et 4 représentent des variantes du dispositif de 1 'invention. La figure I illustre un dispositif dans lequel le dédoubleur achromatique D permet d'obtenir d'une source étendue S deux images S1 et 2 Se correspondant par translation. A l'aide de l'ob- jectif 0, on projette les franges dans le plan focal P de cet ob jectif et elles sont analysées sur une grille G qui coupe l'axe optique du système en F. Les dédoubleurs achromatiques utillsables sont des dé' doubleurs b miroirs(voir articles R. Prat et G. Fortlluato et A. Mardchal précités). Le dispositif, objet de l'invention représenté sur la figure 2 comporte également un dédoubleur achromatique D de type connu qui donne d'une source S étendue deux images S1 et S2 se correspondant par translation. Les rayons issus de S1 et de S2 tombent sur un miroir sphérique concave M dont le centre de courbure C se trouve sur l'axe du système optique et dans le plan défini par S1 et les franges sont projetées et analyses sur une grille G1 située à une distance 4 du plan focal théorique P1 du miroir sphérique, la distance d étant telle que, pour une longueur d'onde donnée,la a2 relation d = - (I) est vérifiée, où a est la distance 32f séparant S1 et S2 et f F1 M1 est la distance focale du miroir sphérique. La figure 3 représente une variante du dispositif de l'in vention dans laquelle tous les éléments représentés sont identiques à ceux de la figure 2, à ltexception de la lentille conver- gente LI qui permet de donner des images réelles S'1 et S'2 respectivement de S1 et de on peut faire ainsi coïncider ces images S'1 et S'2 avec la surface sensible des détecteurs T1 et T2. Ia figure 4 représente une autre variante du dispositif de l'invention dans laquelle on utilise une lentille plan convexe L2 Jouant le rsle de correcteur de courbure et une grille G2 qu 'on a déposée sur la surface plane de le dispositif de l'invention sera ci-après encore illustré par un exemple de réalisation pratique: le miroir N a un rayon de courbure de 1 mètre c'est-à-dire que f = 0,5 m.Les dimensions minimales sont de 540 x 220 mm. La grille d'analyse G1 est disposée sur une calotte sphérique de 500 mm-de rayon de courbure, sa dimension maximale perpendiculairement à la direction des franges et à l'axe du système optique est de 70 mm et elle a 64 traits/mm. La distance a varie de 200 à 400 mm au cours d'un balayage spectral de 5 à 10 . Pour des sources S1 t S2 de 50mm de diamètre, la valeur optimale de d est - 2,6 mm pour a = 200 mm et ss = 5 et -10,1 mm pour a = 400 mm et A = 10 . Le contraste des franges est pratiquement égal à 1. La valeur d est négative car, lors du balayage spectral,la grille est déplacée vers le miroir sphérique, Lorsque la dimension des sources est importante, il y a lieu de corriger d d'une valeur maximale de 4 . REVENDICATIONS 1. Dispositif pour former des franges parfaitement contra.stées et à grande luminosité, utilisable notamment dans l'infrarouge v comprenant un dédoubleur achromatique permettant à partir d'une source étendue de produire deux images homologues étendues, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un miroir sphérique concave réfléchissant les rayons issus de ces deux images pour produire des franges d'interférence sur un moyen de réception et/ou d'analyse disposé entre ledit miroir sphérique et les images homologues,ledit moyen et ledit miroir sphérique é- tant placés sur l'axe du système optique constitué par la source et le dédoubleur achromatique et le centre de courbure du miroir sphérique concave étant situé sur l'axe du système optique et dans le plan défini par les images homologues. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ee que le moyen de réception est un écran. 3. Dispositif selon la revendication 1 pour la fabrica tion de réseauxscaractérisé en ce que le moyen de réception est une plaque avec résine photosensible. 4. Dispositif selon la revendication 1 pour la spectrophotométrie interférentielle à modulation sélective, utilisable notamment en infrarouge ,caractérisé en ce que le moyen de réception et d'analyse est une grille. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen de réception et/ou d'analyse est disposé à une distance d du plan focal théorique du miroir sphérique pour une longueur d'onde donnée tuque la relation d soit (I) soit vérifiée, a étant la distance séparant les images homologues et f étant la distance focale du miroir sphérique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce qu'on prévoit un moyen permettant de synchroniser le balayage en longueur d'onde avec le déplacement du moyen de réception et/ou d'analyse de telle sorte que la relation a2 d = - 32f (I) soit toujours vérifiée. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen permettant de synchroniser le balayage en longueur d'onde avec le déplacement du moyen de réception et/ou d'analyse est un moteur pas à pas à commande électronique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la grille est disposée sur une calotte sphérique convexe de rayon égal à la. moitié du rayon du miroir sphérique, la convexité de la calotte étant dirigée vers le centre de courbure du miroir sphérique. 9. Dispositif selon la. revendication 8, caractérisé en ce que la calotte sphérique est la face antérieure d'une lentille convergente. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la surface sensible du ou des détecteurs coïncide avec l'i- mage ou les images réelles des images homologues 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte entre la grille et le miroir sphérique un système correcteur de courbure. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le correcteur de courbure est une lentille convergente. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la lentille convergente est une lentille plan convexe dont la convexité est dirigée vers le miroir sphérique. 14. Dispositif selon l'une des revendications l2ou 13, caractérisé en ce que la grille est disposée sur la face plane de ladite lentille convergente.