Brevet FR2447537A1 — publié le 19800822

La présente invention se rapporte a un système destiné a vérifier la position angulaire d'un miroir pouvant tre animé d'un mouvement de pivotement. Selon la présente invention, on prévoit pour vérifier la position angulaire d'un miroir pouvant être animé d'un mouvement de pivotement, un système comprenant un interféromètre à double faisceau et différence de marche nulle, associé à une source de lumière polychromatique et à un détecteur dont la sensibilité spectrale s'étend sur une large bande, et dans lequel le miroir dont il faut vérifier la position angulaire fait partie de l'interféromètre et fournit une surface réfléchissante pour chacun des faisceaux lumineux qui y circulent, ce qui fait qu'en fonctionnement le détecteur émet une rafale d'impulsions qui constitue le signal de sortie et dont la valeur de crête indique quand le miroir se trouve dans la position angulaire prédéterminée qui annule la différence de marche des faisceaux lumineux de l'interféromètre. De préférence l'interféromètre comprend une lame à faces planes et parallèles transmettant la lumière, au travers de laquelle les faisceaux lumineux de l'interféromètre sont envoyés par le miroir, la face de la lame proche du miroir comportant des zones où il y a réflexion partielle et transmission partielle, la face éloignée du miroir comportant des zones où se produit une réflexion vers l'intérieur. En outre, selon la présente invention, on prévoit pour vérifier la position angulaire d'un miroir pouvant être animé d'un mouvement de pivotement un système comprenant une pluralité d'interféromètres à double faisceau et différence de marche nulle, ayant des chemins optiques de longueurs différentes et possédant en commun une source de lumière polychromatique dont sort un faisceau lumineux collimaté, et un organe détecteur dont la sensibilité spectrale s'étend sur une large bande, le miroir dont il faut vérifier la position angulaire faisant partie de chacun de ces interféromètres, ce qui fait qu'en fonctionnement le détecteur émet une pluralité de signaux en rafales dont les valeurs de crête respectives indiquent quand le miroir se trouve dans la position angulaire prédéterminée correspondant à un de ces interférometres, position pour laquelle les faisceaux dudit interféromètre ont une différence de marche nulle. Des modes de réalisation de l'invention vont être décrits en se référant au dessins schématique annexé dans lequel La Fig. 1 est une vue en plan d'un mode de réalisation de l'invention; La Fig. 2 représente un signal-type sortant du détecteur du système de la Fig. 1; Les Fig. 3 à 5 correspondent à la Fig. 1 et représentent d'autres modes de réalisation; La Fig. 6 est une vue en perspective d'un détail de la Fig. 5; Les Fig. 7 et 8 sont des vues correspondant à la Fig. 1 et présentant encore d'autres modes de réalisation; et La Fig. 9 représente le signal sortant du détecteur de l'agencement de la Fig. 7. On voit sur la Fig. 1 que le système comprend un interféromètre constitué par une lame transparente à la lumière 1, à faces planes et parallèles, une source 2 de lumière polychromatique et un détecteur 3, dont la sensibilité spectrale s'étend sur une large bande, situés tous deux d'un même cté de la lame 1 vers laquelle ils sont dirigés, et le miroir 4 dont il faut vérifier la position angulaire et qui se trouve , par rapport à la lame 1, du c6té opposé à celui de la source lumineuse et au détecteur. Le miroir 4 peut osciller avec un arbre 5 qui le soutient et lui permet d'être monté à pivotement. Il se trouve à mi-chemin entre la source lumineuse 2 et le détecteur 3 et àmi- chemin entre les deux extrémités de la lame 1. Le miroir 4 peut être un miroir balayant une image ou un miroir-pilote faisant partie d'un balayeur d'image. La lame 1 présente une première et une seconde zone à réflexion etiransmission partielles, 6 et 7, espacées longitudi- nalement sur la face de la lame 1 qui est proche du miroir 4, et laissant entre elles une zone de transmission 8. I1 présente aussi une première et une seconde zone de réflexion vers l'intérieur, 9 et lu situées de l'autre côté de la lame 1, par rapport au miroir 4. Les zones 9 et 10 peuvent former les régions terminales d'une zone réfléchissante unique située à mi-chemin entre les extrémités de la lame, comme le montre la figure. La source lumineuse 2 qui peut être une lampe à filament de tungstène et le détecteur 3 qui peut être un détecteur photovoltaique au silicium se trouvent respectivement près des extrémités opposées de la lame 1, et font des angles correspondants par rapport à la lame 1. Le wpere 11 indique une lentille collimatrice placée entre la source lumineuse 2 et la lame 1. En fonctionnement, le miroir 4 étant en train d'osciller, un faisceau polychromatique 12 venant de la source lumineuse 2 entre dans la lame 1. I1 subit une réflexion partielle, qui donne naissance au faisceau 12B, et une transmission partielle, qui donne naissance au faisceau 12A, au niveau de la zone 6, partiellement réfléchissante et partiellement transparente. Le faisceau 12A, représenté en traits pleins, est réfléchi par le miroir 4 et traverse la zone transparente 8 de la lame 1 pour arriver à la zone réfléchissante 10 de laquelle il est réfléchi vers la zone partiellement réfléchissante et partiellement transparente 7 d'où il est réfléchi, au moins partiellement, vers le détecteur 3. Le second faisceau, 12B, représenté en lignes tiretées, est réfléchi par la zone réfléchissante 9 avant de se réfléchir sur le miroir 4. Ensuite il se recombine avec le premier faisceau 12A sur la zone 7, partiellement réfléchissante et partiellement transparente. Le faisceau recombiné arrive alors sur le détecteur 3. La lentille collimatrice 11 accroit considérablement la quantité de rayonnement de la source 2 qui tombe sur le détecteur 3, mais elle n'est pas nécessaire au fonctionnement et l1on peut parfois s'en passer. Des considérations de symétrie montrent clairement que la différence de marche entre les deux faisceaux 12A, 12B est nulle quand le miroir 4 est prallèle a la lame 1, comme sur la figure, de sorte que l'on obtient des franges d' interférence en "lumière blanche". I1 en résulte que si la surface du miroir est amenée à osciller constamment, le détecteur 3 émet un signal en rafales lorsque le miroir 4 est sensiblement parallèle à la lame 1. Ce signal en rafales apparait sur la Fig. 2, et la valeur de la crête centrale 21 indique le moment où le miroir 4 assure une différence de marche exactement nulle entre les faisceaux lumineux de l'interféromètre. Comme le montre la Fig. 3 le principe du fonctionnement n'est pas modifié si l'on replie les portions entrante et sortante du faisceau à 11 intérieur de la lame 1 pour donner plus de compacité a l'interféromètre. Une des façons d'y parvenir consiste a polir les faces terminales 1A de la lame 1 pour qu' elles réfléchissent vers l'intérieur lesdites portions du faisceau, dans les directions appropriées. Le fonctionnement de l'interféromètre peut être tout aussi satisfaisant si la source 2, ou le détecteur 3, ou les deux, se trouvent du-côtO de la lame 1 où se trouve le miroir 4, comme le montre la Fig. 4. Sur les Fig. 3 et 4 les parties correspondant a celles sont; de la Fig. 1 repérées par les mêmes numéros auxquels sont ajoutés respectivement les suffixes X et Y. Dans les modes de réalisation précédents de l'invention on n'obtient de signal de crête que pour une seule position du miroir. Pour des angles relativement petits on peut vérifier une pluralité de positions angulaires en ajoutant une pluralité correspondante de coins optiques transparents sur la face de la lame 1, du côté du miroir 4, ce qui fait que l'on obtient également un signal en rafales aux angles définis par chacun des coins quand le miroir est sensiblement parallèle aux images de la lame formées au travers de ces coins. La relation angulaire exacte dépend de l'indice de réfraction du verre des coins et de l'angle d'incidence des faisceaux sur la lame.Les coins ont également pour effet d'introduire un certain cisaillement entre les deux faisceaux avant recombinaison de sorte qu'il faut que la source présente un certain degré de cohérence spatiale; la lentille collimatrice 11 devient alors essentielle. I1 se peut également qu'il faille utiliser une lentille convergente entre la lame et le détecteur. Les Fig. 5 et 6 montrent un tel dispositif, qui va être décrit. Sur la Fig. 5 l'agencement est semblable a celui de la Fig. 1, les coins optiques mis à part, et des éléments correspondants sont donc indiqués par les mêmes repères, qui sont suivis du suffixe Z. Sur la Fig. 5 la lame a faces planes et parallèles 1Z porte sur sa face 1A du côté du miroir 4z deux coins optiques 13, 14 dont les faces extérieures sont inclinées en sens opposés sur la face 1 B de la lame 1Z, les coins se trouvant a des extrémités opposées de la lame 1Z et étant paralleles entre eux et séparés par un intervalle. Entre les coins se trouve une lame a faces planes et parallèles 15 dont l'épaisseur correspond à l'épaisseur moyenne de chaque coin. Le détecteur 3Z émet alors des signaux en rafales distincts lorsque le miroir 4Z, alors qu'il bascule, se trouve être sensiblement parallèle soit à la face extérieure de la lame 15, soit a l'image de la lame IZ formée par le coin 13, soit à l'image armée par le coin 14. On peut prévoir un détecteur distinct pour chaque paire de trajets des faisceaux.Si l'on utilise un seul détecteur (commun), on prévoit quelque moyen ou quelque information servant à associer les signaux aux angles. Une telle information peut, par exemple, être l'ordre dans lequel les angles sont atteints. On voit que dans le mode de réalisation de la Fig. 5 le système comprend trois interféromètres à double faisceau, qui diffèrent par leurs chemins optiques mais ont en commun la source lumineuse 22, le détecteur 3Z et la surface réfléchissante du miroir 4Z. Sur la Fig. 5 le miroir est représenté au moment où il est parallèle au coin 13, mais les faisceaux lumineux représentés sont ceux qui passent par le coin 14, les chemins optiques étant donc de longueur différente. Dans tous les modes de réalisation le signal maximal est obtenu lorsque la lame a faces planes et parallèles présente dans ses regions 6 et 7 des revêtements laissant passer 50% de la lumière et en réfléchissant 50%, dans les régions 9, 10 des revêtements réfléchissant vers l'intérieur 100% de la lumière, et partout ailleurs des revêtements anti-rélexion. Les réflectivités ne sont toutefois pas critiques et, dans certaines circonstances, il a été constaté qu'un signal suffisant peut être obtenu si le revêtement réfléchissant est dépose uniquement sur les régions 9, 10 réfléchissant vers l'intérieur, toutes les autres surfaces ne recevant aucun revetement, et la réflexion répondant a la loi de Fresnel suffisant dans les régions 6, 7. Le sombre de périodes du signal en rafales 20 de la Fig. 2 dépend surtout de la sensibilité spectrale du détecteur considéré comme associé à la source. Une source spectralement étroite telle qu'un laser ou une diode photoémissive (LED, Light Emiiting Diode) donne de nombreuses ondulations, et donc une grande incertitude sur la position, tandis que de la lumière blanche (donc polychromatique) donne un signal en rafales étroit quand le détecteur a une large plage de sensibilité spectrale. On peut toutefois tirer parti du grand nombre de périodes produites par une source monochromatique si l'on associe cette source a une source de lumière blanche de façon à permettre d'identifier la frange centrale, c'est-à-dire la crête 21. En comptant les oscillations de l'onde du signal de sortie, produites par la lumière non chromatique, qui suivent la position ou crête centrale 21, on peut déterminer avec précision l'angle du miroir à l'intérieur d'une plage angulaire centrée sur la position de parallélisme; une mesure de fréquence permet de mesurer la vitesse angulaire du miroir. Sur les Fic. 7 et 8 l'agencement est pour l'essentiel semblable a celui de la Fig. 1 et seuls les éléments ajoutés seront décrits, les éléments semblables étant indiqués par les mêmes repères. Sur la Fig. 7 une source 16 de lumière monochromatique est prévue, ainsi qu'une lentille collimatrice 17, du côté de la lame 1 opposé a la source polychromatique 2, de sorte que chacun des faisceaux qui interfèrent est un mélange d'un faisceau monochromatique et d'un faisceau polychromatique qui tombent sur le détecteur 3 quand le miroir est sensiblement parallèle à la lame 1. Le signal de sortie émis par le détecteur 3 a alors la forme de la Fig. 9 et comprend le signal en rafales 20 superposé a une onde périodique 22 qui est due à la lumière monochromatique venant de la source 16.Le repère 23 indique un dispositif électronique servant à séparer les signaux 20 et 22 et comptant une a une les périodes de l'onde 22 qui suivent la crête 21 du signal en rafales 20 de façon à fournir continuellement une mesure des angles dont s'accroit la position angulaire du miroir 4. Le dispositif 23 peut aussi mesurer la fréquence des oscillations 22 ce qui fournit une mesure de la vitesse angulaire du miroir 4. Sur la Fio. 8 est prévu un détecteur supplémentire 18 associé a un filtre à bande étroite 19 du côté de la lame 1 opposé au détecteur 3, les deux détecteurs ayant des caractéristiques spectrales différentes et le filtre étant situé entre le détecteur 18 et la lame 1. Avec cet agencement, le détecteur 3 donne le signal en rafales 20 avec sa crête 21 et le détecteur 18 donne le long train d'ondes 22 de façon a permettre de déterminer la vitesse comme il a été dit plus haut. On peut également associer le filtre 19 au détecteur 3 et, dans un cas comme dans l'autre, le détecteur 18 et le filtre 19 peuvent être incorporés de façon semblable dans le mode de réalisation de la Fig. 7. Le principe de fonctionnement de tous les modes de réalisation précédents est celui d'un interféromètre a différence de marche nulle, dans lequel un faisceau entrant de rayonnement est partagé en deux parties et recombiné ensuite avant de tomber sur un détecteur, l'agencement étant tel que la rotation du miroir introduit une différence de marche entre les deux portions du faisceau. Si le faisceau entrant est spectralement "blanc" et si le détecteur a une sensibilité uniforme aux diverses longueurs d'onde, c'est-à-dire une sensibilité spectrale étalée sur une large bande, il n'y a interférence que si la différence de marche est sensiblement nulle, de sorte que le détecteur recueille une impulsion unique au moment où la différence de marche passe par zéro. Si la plage spectrale de la source ou du détecteur est limitée, ce qui se rencontre en pratique, l'interférence se produit sur une plus grande plage de différences de marche et le détecteur enregistre un signal en rafale. La précision avec laquelle l'angle peut être déterminé est alors réduite, mais elle continue a convenir dans bien des applications, et la nature du signal en rafales assure potentiellement une excellente immunité a l'égard di bruit si le système détecteur est accordé. REVENDICATIONS 1. Système pour vérifier la position angulaire d'un miroir qui peut être animé d'un mouvement de pivotement, caractérisé par la combinaison d'un interféromètre à double faisceau et différence de marche nulle (12A, 12B) d'une part et d'une source lumineuse polychromatique (2) et d'un détecteur (3) à large bande de sensibilité spectrale d'autre part, et dans lequel le miroir (4) dont la position angulaire doit être vérifiée fait partie de l'interféromètre et fournit une surface réfléchissante pour chacun des faisceaux lumineux (12A, 12B) circulait dans l'appareil ce qui fait que, en fonctionnement, le détecteur (3) émet un signal "en rafales (20) qui constitue le signal de sortie et dont la valeur de crête (21) signale le moment où le miroir (4) est dans la position angulaire prédéterminée qui assure aux faisceaux lumineux (12A, l2B) de l'interféromètre une différence de marche nille. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interféromètre comprend une source (16) de lumière monochromatique agencée, en fonctionnement, de telle sorte que les faisceaux lumineux (12AI 12B) de l'interféromètre soient constitués chacun par un mélange de lumière monochromatique et de lumière polychromatique et que le détecteur (3) émette ledit signal de sortie "en rafales" (20) superposé a une onde pério dique (22) due a la lumière monochromatique et en ce que des organes (23) sont prévus pour séparer ledit signal en rafales (20) de ladite onde périodique (22) et pour compter continûment les périodes de ladite onde périodique (22) qui suivent la crête (21) du signal en rafales (20) de façon à fournir une mesure de l'écart angulaire du miroir (4) par rapport à ladite position angulaire prédéterminée. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interféromètre comporte également un détecteur (18, 19) dont la sensibilité spectrale occupe une bande étroite, ce qui fait qu'en fonctionnement une onde périodique (22) due à ladite source de lumière polychromatique (2) est détectée par ledit détecteur (18, 19) a bande de sensibilité spectrale etroite et en ce que des organes (23) sont prévus pour compter continûment les périodes de ladite onde périodique (22) qui suivent la crête (21) du signal en rafales (20) de façon a fournir une mesure de l'écart angulaire du miroir (4) par rapport à ladite position angulaire prédéterminée. 4. Système selon l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits organes (23) comprennent un dispositif pour mesurer la fréquence de l'onde périodique (22) afin de fournir une mesure dela vitesse angulaire du miroir. 5. Disposhif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite source de lumière polychromatique (2) est une lampe à filament de tungstène et en ce que ledit détecteur à large bande de sensibilité spectrale (3) est un détecteur photovoltaSque au silicium. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'interféromètre comprend une lame transparente a faces planes et parallèles (1) au travers de laquelle les faisceaux lumineux (12A, 12B) de l'interféromètre sont dirigés par le miroir (4), la face parallèle de la lame proche du miroir comportant des régions partiellement réfléchis- santes et partiellement transparentes (6 et 7), et la face paral lèle de la lame éloignée du miroir comportant des régions réfléchissant vers l'intérieur (9, 10). 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les zones réfléchissant vers l'intérieur (9, 10) sont racle fournies par un revetement appliqué sur la/ orrespondante de la lame (1). 8. Système pour vérifier la position angulaire d'un miroir pouvant être animé d'un mouvement de pivotement, comprenant une pluralité d'interféromètres a double faisceau et di- férence de marche nulle (13, 14, 15) différent par la longueur de leurs chemins optiques et ayant en commun une source- de lu mière polychromatique (2) dont srt une lumière collimatée (12), et un détecteur (3) a large bande de sensibilité spectrale, le miroir (4) dont la position angulaire doit être vérifiée faisant partie de chaque interféromètre et fournissant une surface réfléchissante (4) pour chacun des faisceaux circulant dans lesdits interféromètres ce qui fait 'en fonctionnement le détecteur (3) émet une pluralité de signaux en rafales (20) dont les crêtes respectives (21) signalent le moment où le miroir (4) est dans une des positions angulaires prédéterminées qui assurent une différence de marche nulle pour les faisceaux des interféromètres respectifs. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pluralité d'interféromètres (13, 14, 15) ont en commun une lame transparente à faces planes et parallèles (1Z) au travers de laquelle tous les faisceaux lumineux (12) des interféromètres sont dirigés par le miroir (4), la face parallèle de la lame proche du miroir comportant des régions partiellement réfléchissantes et partiellement transparentes (6Z, 7Z), et la face paral lèle de la lame éloignée du miroir comportant des régions réf lé- chissant vers l'intérieur (9Z, lOZ) ladite face proche du miroir portant une pluralité de coins optiques (13, 14, 15) différant par leurs angles qui assurent aux différents interféromètres des chemins optiques de longueurs différentes.