Brevet FR2529328A1 — publié le 19831230

La présente invention se rapporte à des procédés et à des appareils servant à repérer ou marquer des fréquences et elle se rapporte plus particulièrement à des marqueurs de fréquences du genre utilisé dans les expériences, essais et processus optiques. Les marqueurs de fréquences sont des dispositifs essen- tiels dans de nombreux processus optiques,tels que les expé- riences et essais spectroscopiques Le marqueur de fréquences sert à produire un signal à certaines fréquences de sorte que la longueur d'onde à laquelle une partie particulière d'un essai ou d'un processus est effectuée peut être déterminée. Les procédés actuellement disponibles pour indiquer les lon- gueurs d'ondes dans de tels essais spectroscopiques, par exemple, sont des procédés mécaniques et des procédés op- tiques Les procédés mécaniques sont sensibles aux imperfec- tions mécaniques et ne sont, par conséquent, utilisés que pour donner des indications grossières Les procédés optiques sont basés sur l'interférométrie Les marquages de fréquences effectués en utilisant l'interférométrie nécessitent l'em- ploi d'un équipement extrêmement sensible et relativement onéreux En outre, l'interférométrie nécessite l'interven- tion de techniciens hautement qualifiés Ainsi, il n'existe actuellement aucun procédé disponible pour obtenir des mar- quages de fréquence qui présentent une fiabilité et une répé- tabilité convenables tout en n'utilisant qu'un équipement relativement peu onéreux et qu'un personnel relativement non spécialisé. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention est de réaliser un nouvel équipement marqueur de fréquences et de nouveaux procédés de marquage de fréquences perfection- nés dans lequel et au moyen desquels les inconvénients ci- dessus mentionnés sont considérablement diminués voire sup- primés Par conséquent, conformément à la présente invention, un appareil marqueur de fréquences pour indiquer la longueur d'onde de rayons lumineux comprend: des moyens pour collimater lesdits rayons lumineux; des premier et second réseaux alignés avec au moins une partie des ondes lumineuses collimatées pour produire des figures de moiré; et des moyens pour déterminer les changements de longueur d'onde fonction des changements de fréquence en déterminant les déflexions des figures de moiré. En outre, selon la présente invention, il est prévu un nouveau procédé pour déterminer la longueur d'onde de rayons lumineux modulés en fréquence, ledit procédé comprenant les étapes qui consistent: à mesurer les changements de l'angle de diffraction des rayons lumineux en fonction de la variation de la fréquence par déflect ométrie de moiré. Selon une caractéristique de l'appareil et du procédé de l'invention, un réseau de franges de moiré est projeté à travers des moyens formant iris, des moyens de détection de la lumière étant alignés avec ledit iris pour détecter la dé- flexion desdites configurations, des moyens étant actionnés en réponse au signal de sortie des moyens de détection de la lumière pour enregistrer l'amplitude de sortie en fonction dela longueur d'onde de sorte que ledit signal de sortie indique les distances dont la configuration est déplacée par les va- riations de la longueur d'onde provoquées par la fréquence de modulation. Le procédé présenteen outre, la caractéristique qui consiste à déterminer chaque déplacement d'une période du réseau de moiré et à indiquer ledit déplacement de façon à indiquer de cette manière le changement de longueur d'onde de la source de lumière modulée en fréquence. Une autre caractéristique de l'invention consiste à enregistrer simultanément les changements de longueur d'onde et les résultats des essais de sorte que les résultats des essais sont automatiquement rapportés à la fréquence. On comprendra plus facilement le fonctionnement et l'u- tilisation de la présente invention en se référant à la des- cription d'un mode de réalisation préféré de l'invention con- sidéré à la lumière des dessins annexés dans lesquels: la Fig 1 représente un déflectomètre de moiré ser- vant à expliquer l'invention; la Fig 2 représente schématiquement l'appareil de l'invention qui utilise le déflectomètre de moiré pour le marquage des fréquences; et les Fig 3 a et 3 b représentent les signaux obtenus au- moyen du marqueur de fréquences de la Fig 2 pour des sépa- rations des réseaux respectivement de 40 cm et de 80 cm. De nombreuses applications de la déflectométrie de moiré ont été révélées dans le passé-par la demanderesse. Des exemples de tellesapplications sont l'analyse d'objets de phase, la représentation topographique d'objets réflé- chissants (voir, par exemple, les demandes de brevet israé- lien no 61405 déposée le 4 novembre 1980 et N O 62742 déposée le 28 avril 1981) En outre, l'emploi de la déflectométrie de moiré pour déterminer l'indice de réfraction du fluide est décrite dans une demande de brevet français déposée au nom de la demanderesse le même jour que la présente demande sous le titre "Procédé et appareil pour mesurer l'indice de réfraction de fluides". La technique de déflectométrie de moiré utilisée pour déterminer des longueurs d'onde ou des fréquences four- nit des résultats équivalents de ceux obtenus par l'inter- férométrie Au lieu de mesurer des différences de distances optiques (qui sont proportionnelles aux indices de réfrac- tion),elle mesure les déflexions des rayons de faisceaux collimatés (qui sont proportionnelles à des gradients d'in- dice de réfraction) Cette même technique est utilisée ici pour mesurer l'angle de diffraction de la lumière qui est proportionnel à la longueur d'onde de la lumière. Le déflectomètre de moiré 11 comprend une source de lumière collimatée, désignée par la référence générale 12 et une paire de réseaux Gi et G 2 espacés l'un de l'autre d'une distance Un iris 13 est utilisé pour projeter une partie choisie d'une figure de moiré sur un détec- teur D Le détecteur peut être un tube photomultiplicateur ou l'un de nombreux types de dispositifs qui réagissent à la lumière La sortie du détecteur D est couplée à un dis- positif enrgistreur 16 par un conducteur 14. Une source lumineuse 17 représentée comme étant consti- tuée par un laser à colorant 18 et par un laser au N 219 fonc- tionnent en combinaison pour fournir une lumière d'entrée à une lunette ou collimateur 15 qui produit un faisceau de lumière collimatée 21 Le réseau Gi est le réseau diffrac- teur et le réseau G 2 est le réseau analyseur Les deux ré- seaux sont séparés d'une distance 4 N et sont déplacés en rotation ou angulairement décalés l'un par rapport à l'autre de sorte que les lignes d'un réseau font un angle e avec celles de l'autre réseau. La Fig 1 montre que lorsqu'un faisceau de lumière collimatée traverse le réseau de transmission Gi il se divise en plusieurs faisceaux, un faisceau dbrdre zéro se propageant dans la direction d'origine de la lumière collimatée Les autres faisceaux sont inclinés à des angles de N 0, formule dans laquelle N est l'ordre du faisceau et 0 est donné par la formule: 0 = arc tg ( dans laquelle P est égal au pas du réseau (une période). Lorsque le réseau de moiré est sinusoldal,on n'obtient que le faisceau zéro et les faisceaux des premiers ordres positif et négatif. Pour le marquage de fréquences,le réseau analyseur G 2 peut être placé à une distance du réseau Gi, désignée fi sur les Fig 1 et 2 La distancei est telle que le faisceau du premier ordre ne chevauche que partiellement le faisceau d'ordre zéro Ce régime produit la configuration de franges de moiré sinus oidales désirée La configuration sinusol- dale a la même période que le réseau Gi Lorsque la longueur d'onde est modifiée, la configuration d'interférence se dé- place à une plus grande distance dans la direction Y lorsque la longueur d'onde \ est accrue et à une plus petite dis- tance lorsque la longueur d'onde X est diminuée Par consé- fquent, les franges de moiré formées sur le réseau analyseur se déplacent dans le sens positif ou dans le sens négatif dans la direction Z Le déplacement de la configuration d'in- terférence d'une période dans la direction Y se traduit par un déplacement d'une période de la frange de moiré dans la direction Z (approximation valable pour les petits angles) Etant donné que les franges de moiré sont agran- dies d'un facteur qui peut dépasser 10, il est possible de suivre de petits changements de longueur d'onde au moyen de cette technique 2 On peut démontrer que À -^ = 2 P formule dans laquelle A est la variation de longueur d'onde qui provoque le dé- placement de la figure de moiré d'une période com- plète. Ainsi, si la figure de moiré est réglée par rapport à un iris de façon qu'une quantité maximale de lu- mière traverse l'iris, le détecteur appliquera un signal de sortie maximal à l'enregistreur à chaque changement de lon- gueur d'onde égal àX O Lorsque le dispositif est en service, comme représenté sur la Fig 2, on utilise une source de lumière collimatée. La lumière collimatée est divisée Une partie de la lumière collimatée est utilisée en spectrométrie et l'autre partie est envoyée ou transmise à travers la paire de réseaux Gi et G 2 qui sont séparés l'un de l'autre d'une distance A La configuration de déflectométrie de moiré est réglée par rapport à un iris qui permet à un détecteur de lumière de détecter le moment o la figure de moiré a été dé- placée d'une période Le signal de sortie du détecteur est enregistré en même temps que les résultats des essais du spectromètre fournissant ainsi automatiquement un marquage des fréquences. Les Fig 3 a et 3 b représentent des enregistrements ty- piques produits par l'enregistreur de la Fig 3 lorsque la distance t est respectivement de 40 cm et de 80 cm On note- ra qu'à 40 cm la valeur ?-o_ mesurée est égale au double de la valeur k X à 80 cm, c'est-à-dire que cette valeur est respectivement de 2,8 nm ( 28 A) et 1,4 nm ( 14 A). Par conséquent, la sensibilité et la résolution de l'ap- pareil sont une fonction de la distance A entre les réseaux. On peut facilement modifier la distance à du fait, entre autres choses, que l'exigence du parallélisme entre les deux réseaux n'est pas rigide et, par conséquent, on peut obtenir une bonne résolution L'avantage de cet appareil par rapport à ceux de la technique antérieure, tels que l'interféromètre de Fabry Pérot, est sa simplicité qui le rend d'un emploi particulièrement avantageux pour les mesures à faible résolution Il ne nécessite que l'emploi de deux ré- seaux et d'une source de lumière collimatée Pour les réso- lutions relativement faibles,c'est-à-dire d'une différence de longueur d'onde d'un ordre supérieur à 0,1 nm ( 1 A) on peut utiliser une optique bon marché. Bien qu'on ait décrit ci-dessus les principes de l'in- vention en se référant à un appareil et à des applications spécifiques, il est bien entendu que cette description n'a été donnée qu'à titre de simple exemple et qu'elle ne doit pas être considérée comme limitant la portée de l'invention. B REVENDICATIONS 1 Un appareil marqueur de fréquences pour indiquer la longueur d'onde de rayons lumineux, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens ( 15) pour collimater lesdits rayons lu- mineux, des premier et second réseaux (Gi, G 2) alignés avec au moins une partie des ondes lumineuses collimatées et sépa- rés l'un de l'autre d'une distance à pour produire des fiaures de moiré; et des moyens ( 13, D) pour déterminer les changements de longueur d'onde fonction des changements de fréquence en déterminant les déflexions des figures de moiré. 2 Appareil marqueur de fréquences selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens servant à déterminer la dé- flexion de la figure de moiré comprennent un iris ( 13) aligné avec l'ombre d'une frange de moiré, et des moyens (D) de détection de la lumière disposés derrière l'iris pour déterminer les changements de l'amplitude de la lumière qui traverse l'iris. 3 Appareil marqueur de fréquences selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens enregistreurs ( 16) sont con- nectés aux moyens (D) de détection de la lumière pour enregis- trer les variations de l'amplitude de la lumière détectée en fonction des longueurs d'onde. 4 Appareil marqueur de fréquences selon la revendication 3, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour déterminer chaque déplacement d'une période de la figure de moi- ré et des moyens sont prévus pour indiquer ledit déplace- ment,indiquant ainsi un changement de la longueur d'onde d'une source lumineuse modulée en fréquence. 5 Appareil marqueur de fréquences selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens enregistreurs ( 16) enre- gistrent simultanément les changements de longueur d'onde et les résultats d'essais de sorte que les résultats des essais sont automatiquement rapportés à la fréquence.