Brevet FR2526161A2 — publié le 19831104

FR 2526161 A2 19831104 FR 8207645 A 19820503 La présente demande de certificat d'addition a pour objet un mode de réalisation du dispositif permettant de mesurer les déformations de surface d'onde introduites par un système optique, et notamr,ent par un objectif, objet de la demande de brevet français nO 81 20840 déposée le 6 novembre 1981 au nom du Commissariat à l'Energie Atomique, et a pour objet un mode de mise en oeuvre. du procédé de mesure de ces déformations, objet de la même demande de brevet. La mesure de ces déformations, liée principalement à la fonction de transfert du système optique en éclairage cohérent est effectuée à partir de l'étude de la transmission, par le système optique, d'ondes lumineuses sinusoldales et cohérentes. On rappelle qu'en lumière cohérente, l'image d'une répartition sinusoldale d'intensité, fournie par un système optique, est une répartition sinusoidale d'intensité de meme amplitude mais présentant une phase différente ; cette phase notée t (;), qui est fonction de la longueur d'onde A de l'onde lumineuse incidente et de la fréquence spatiale Q de l'onde transmise par le système optique est régie par dans laquelle a(o) est un coefficient qui caractérise les déformations de surface d'onde introduites par le système optique, ce coefficient dépendant de la fréquence spatiale o. Dans la demande de brevet principal, on a décrit un dispositif de mesure de déformations de surface d'onde introduites par un système optique, comprenant au moins un objectif, se caractérisant en ce qu'il comprend - des moyens susceptibles d'émettre un faisceau princi pal de lumière monochromatique et cohérente, - une cellule de Bragg susceptible de recevoir au moins un faisceau en provenance des moyens d'émission, cet te cellule étant excitée par des ondes radiofréquen ces émises par un générateur radiofréquence de façon à émettre un faisceau de référence et un faisceau de mesure présentant des fréquences temporelles diffé rentes, - des moyens permettant d'envoyer le faisceau de réfé rence et le faisceau de mesure, issus de la cellule de Bragg, en direction du système optique à tester, - des moyens de détection aptes à transformer le signal lumineux issu du système optique en un signal. élec trique de fréquence egale à la différence des fré quences temporelles des faisceaux émis par la cellule de Bragg et dont la phase est caractéristique des déformations de surface d'onde introduites par ledit système, et - des moyens permettant de mesurer le déphasage entre la phase du signal électrique émis par les moyens de détection et la phase d'un signal électrique corres pondant aux ondes radiofréquences servant à exciter la cellule de Bragg. Selon une variante de ce dispositif de mesure, la-cellule de Bragg est excitée par deux ondes ra diofréquences de fréquences différentes de façon à engendrer, par diffraction du faisceau principal, le faisceau de référence et le faisceau de mesure. La présente addition a pour objet un mode de réalisation du dispositif de mesure décrit ci-dessus. Selon l'invention, le dispositif de mesure se caractérise en ce que, la différence de fréquence entre la fréquence de l'une des ondes radiofréquences et la fréquence de l'autre onde radiofréquence étant constante, cette différence constante conduisant à l'émission d'un signal électrique par les moyens de détection dont la phase représente la dérivée, par rapport à la fré quence spatiale du signal lumineux issu du système optique, des déformations de surface introduites par le système optique à tester, le dispositif comprend, après les moyens de mesure, des moyens permettant d'intégrer le signal fourni par les moyens de mesure afin d'obtenir la phase caractéristique desdites déformations. Selon une variante préférée du dispositif de l'invention, la différence des deux fréquences est telle que la valeur de l'écart angulaire entre le faisceau de référence et le faisceau de mesure sortant de la cellule de Bragg soit au moins 100 fois plus faible que la valeur de l'ouverture du système optique à tester. Selon d'autres variantes préférées du dispositif de l'invention, le générateur radiofréquence émet soit deux fréquences variables soit deux fréquences fixes. Dans ces variantes, les moyens permettant d'envoyer les faisceaux de référence et de mesure, émis par la cellule de Bragg, en direction du système optique à tester sont constitués, réciproquement, soit d'au moins une lentille convergente soit d'un système de défle xion. Selon une autre variante préférée du dispositif de l'invention, les moyens émettant le faisceau principal de lumière monochromatique et cohérente sont constitués par un laser. Par ailleurs, selon l'invention, le dispositif peut être muni d'une fente située dans le plan image du système optique à tester. Dans la demande de brevet principal, on a décrit aussi un procédé de mesure des déformations de surface d'onde introduites par un système optique. Ce procédé consiste à : - diriger sur la cellule de Bragg au moins un faisceau de lumière monochromatique et cohérente, cette cellu le, excitée par des ondes radiofréquences émises par un générateur radiofréquence, étant apte à émettre un faisceau de référence et un faisceau de mesure pré sentant des fréquences temporelles différentes, - envoyer sur le système optique à tester le faisceau de référence et le faisceau de mesure issus de ladite cellule, - détecter le signal lumineux issu du système optique à tester au moyen du détecteur apte à transformer ce signal lumineux en un signal électrique de fréquence égale à la différence des fréquences temporelles des faisceaux émis -par la cellule de Bragg et dont la phase est caractéristique des déformations de surface d'onde introduites par le système optique à tes ter, et - mesurer le déphasage entre la phase du signal élec trique émis par 1e détecteur et la phase d'un signal électrique correspondant aux ondes radiofréquences servant à exciter la cellule de Bragg. Selon une variante de mise en oeuvre de ce procédé, on envoie sur la cellule de Bragg un faisceau lumineux principal et on excite ladite cellule au moyen de deux ondes radiofréquences de fréquences différentes de façon à engendrer le faisceau de référence et le faisceau de mesure par diffraction du faisceau principal. La présente addition a aussi pour objet un mode de mise en oeuvre du procédé de mesure décrit cidessus. Selon l'invention, ce procédé de mesure consiste à - diriger sur la cellule de Bragg un faisceau principal de lumière monochromatique et cohérente, cette cellu le, excitée par deux ondes radiofréquences de fré quences différentes émises par un générateur radio fréquence et dont la différence de fréquence entre ces deux fréquences est constante, étant apte à en gendrer, par diffraction du faisceau principal, un faisceau de référence et un faisceau de mesure pré sentant des fréquences temporelles différentes, - envoyer sur le système optique à tester le faisceau de. référence et le faisceau de-mesure émis par ladite cellule, - détecter le signal lumineux issu du système optique à tester au moyen du détecteur apte à transformer ce signal lumineux en un signal électrique de fréquence égale à la différence des fréquences temporelles des faisceaux éis par la cellule de Bragg et dont la phase représente la dérivée, par. rapport à la fré quence spatiale du signal lumineux issu du système optique, des déformations de surface d'onde introdui tes par le système optique à tester, - mesurer le déphasage entre la phase du signal élec trique émis par le détecteur et la phase d'un signal électrique correspondant aux ondes radiofréquences servant à exciter la cellule de Bragg, et - intégrer le signal fourni par les moyens de mesure au moyen d'un intégrateur afin d'obtenir la phase carac téristique desdites déformations. Selon une variante préférée de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on modifie de façon continue la fréquence des ondes radiofréquences par action directe sur le générateur radiofréquence. Selon une autre variante préférée de mise en oeuvre du procédé de l'invention, avant de mesurer les déformations de surface d'onde introduites par le système optique à tester, on étalonne le dispositif en déterminant l'évolution de la phase du signal électrique émis par le détecteur, cet étalonnage étant fait en l'absence du système optique à tester et en plaçant le détecteur directement dans le plan image d'une lentille convergente, constituant les moyens permettant d'envoyer les faisceaux de référence et de mesure, émis par la cellule de Bragg, en direction du système optique. Selon une autre variante préférée de mise en oeuvre du procédé de l'invention, avant de mesurer les déformations de surface dlonde introduites par le système optique à tester, on étalonne le dispositif en déterminant l'évolution de la phase du signal électrique émis par le détecteur, cet étalonnage étant fait en l'absence du système optique à tester et en plaçant le détecteur directement derme le système de déflexion, consdtu les moyens permettant d'envoyer les faisceaux de référence et de mesure, émis par la cellule de Bragg, en direction du système optique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront encore à la lecture de la description qui suit donne à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement, une première variante du dispositif de l'invention dans laquelle on utilise deux ondes radiofréquences de fréquences variables, et - la figure 2 représente, schématiquement, une deuxième variante du dispositif de l'invention dans laquelle on utilise deux ondes radiofréquences de fréquences fixes. En se référant aux figures 1 et 2, le dispositif de l'invention comprend, notamment, une source lumineuse 2 susceptible d'émettre un faisceau principal de lumière 4 monochromatique et cohérente de fréquence temporelle v 0, qui peut être par exemple un laser, et une cellule de Bragg 12 susceptible de recevoir le faisceau principal de lumière 4. Cette cellule de Bragg, ou cellule acousto-optique, est faite en un cristal de quartz couplé à un transducteur piézoélectrique. Cette cellule de Bragg 12 est excitée par deux ondes radiofréquences émises par un générateur radiofréquence 16. L'une de ces ondes présente une fré quence f1, l'autre une fréquence f2, différente de fl. La cellule de Bragg 12, ainsi excitée, peut émettre par diffraction du faisceau principal 4 un premier faisceau 8 servant par exemple de faisceau de référence et présentant une fréquence temporelle $0+fil et un deuxième faisceau lumineux servant par exemple de faisceau de mesure 10 et présentant une fréquence temporelle Q0+f. L'émission du faisceau de référence 8 et du faisceau de mesure 10 est obtenue par une modification de l'indice de réfraction de la cellule, consécutive aux ondes radiofréquences excitant ladite cellule. Les traits représentés dans la cellule de Bragg représentent les plans de vibrations ou plans d'onde du cristal au niveau desquels peut etre diffracté le faisceau de référence 8 et le faisceau de mesure 10. Selon l'invention les fréquences d'excitation de la cellule de Bragg, respectivement fl et f2, sont telles que leur différence soit égale à une constante. Dans une première variante, représentée sur la figure 1, les deux fréquences fl et f2 sont deux fréquences variables. La valeur de ces fréquences d'excitation, donc celle de la fréquence spatiale de l'onde excitatrice correspondante, peut être modifiée de façon continue par action directe sur le générateur radiofréquence 16. La fréquence spatiale correspondant à chacune des deux fréquences d'excitation peut varier dans une gamme de valeurs comprise entre O et Qc gc représentant la fréquence de coupure du système optique 18 que l'on désire tester, ce système optique pouvant être un simple objectif. Le fait de modifier les fréquences d'excitation de la cellule permet d'explorer toute la surface du système optique 18. Dans cette variante, le dispositif de l'invention comprend, aussi, une lentille convergente 20 permettant d'envoyer le faisceau de référence 8 et le faisceau de mesure 10, émis par la cellule de Bragg, en direction du système optique 18. De plus, cette lentille 20 permet d'adapter les caractéristiques angulaires de la cellule de Bragg (angle de diffraction des faisceaux lumineux) en fonction de celles des systèmes optiques à tester (angle e > . Dans une deuxième variante, représentée sur la figure 2, les deux fréquences f1 et f2 sont deux fréquences fixes Comme précédemment la valeur de ces fréquences fl et f2 peut être comprise entre O et #c étant la fréquence de coupure -z-- système optique 18. c Dans cette variante, le dispositif de l'invention comprend, aussi, un système de déflexion 21 permettant d'envoyer le faisceau de référence 8 et le faisceau de mesure 10, émis par la cellule de Bragg, en direction du système optique à tester 18. Le système de déflexion qui peut être un système unidirectionnel ou bidirectionnel peut être constitué d'un déflecteur à miroir tournant, d'un déflecteur acousto-optique etc... Selon l'invention, pour les deux variantes décrites ci-dessus, la différencie entre les deux fréquences d'excitation, c'est-à-di-e fl-f2 qui est constante, est choisie de façon que l'écart angulaire e1 entre le faisceau de référence 8 et le faisceau de mesure 10 sortant de la cellule de 3ragg 12 soit au moins 100 fois plus faible que la valeur de l'ouverture du système optique à tester 18. Il est à noter que par rapport à la demande de brevet principal, le faisceau luminineux 8 et le faisceau de référence 10 peuvent jouer indifféramment lo rôle de faisceau de référence ou le rôle de faisceau de mesure. Après avoir traversé le système optique à tester 18, les faisceaux lumineux 8 et 10 donnent naissance, au niveau d'une fente 22, à un système de franges d'interférences sinusoldales. Cette fente 22, qui peut être supprimée dans certains cas, notamment lorsque l'écart angulaire es est faible, est située dans le plan image du système optique à étudier. Etant donné que les deux faisceaux lumineux qui interfèrent ne présentent pas la même fréquence temporelle, Vo+fl pour le faisceau 8 et o+fZ pour le faisceau 10, les franges d'interférences se translatent à une vitesse uniforme-. Le signal lumineux, résultant de la translation uniforme des franges interférences, peut être recueilli par un détecteur 24 tel qu'un photomultiplicateur, qui transforme ce signal lumineux en un signal électrique de fréquence égale à la différence des fréquences temporelles des faisceaux lumineux arrivant sur le détecteur, c'est-à-dire de fréquence fl-f 2 La phase de ce signal électrique représente la dérivée, par rapport à la fréquence spatiale 2 du signal lumineux issu du système optique 18, des déformations de surface d'onde introduites par le système optique 18, c'est-à- dire le rapport dS(J)/dS. Cette phase peut être mesurée par un dispositif 26, qui peut être par exemple un phasemètre. Ce dispositif 26 compare la phase du signal électrique délivré par le détecteur 24 et la phase d'un signal électrique correspondant aux ondes radiofréquences émises par le générateur radiofréquence 16. Le signal électrique correspondant aux ondes radiofréquences émises par le générateur 16 est engendré par le générateur lui-même. Le dispositif de l'invention comprend encore un intégrateur 30, relié électriquement au dispositif de mesure 26, permettant d'intégrer, par rapport à la fréquence 4, le signal fourni par le dispositif 26 afin d'obtenir la phase # caractéristique des déformations de surface d'onde introduites par le système optique. La mesure de ces déformations se fait comme décrit ci-dessus. Cependant3 avant de mesurer ces déformations, il est nécessaire d'effectuer un étalonnage du dispositif afin de s 1assurer que la phase du signal électrique, délivrée par le détecteur 24 est bien celle qui permettra, après intégrationS d'obtenir la phase caractéristique du système optique que l'on étudie. Cet étalonnage consiste à mesurer l'évolution de la phase introduite par le di sposr tif de mesure lui-même, en plaçant le détecteur 24 directement dans le plan image de la lentille convergente 2O, pour la première variante du dispositif de l'invention (figure 1) ou bien en plaçant le détecteur 24 directement derrière le système de déflexion 21 pour l'autre variante (figure 2) et ce, en l'absence du système optique à étudier. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure des déformations de surface d'onde introduites par un système optique (18) comprenant au moins un objectif, ce dispositif comprenant - des moyens (2) susceptibles d'émettre un faisceau principal de lumière (4) monochromatique et cohéren te, - une cellule de Bragg (12) susceptible de recevoir le faisceau principal (4) en provenance des moyens d'émission (2), cette cellule étant excitée par deux ondes radiofréquences de fréquences différentes émi ses par un générateur radiofréquence (16) de façon à engendrer, par diffraction du faisceau principal (4), un faisceau de référence (8) et un faisceau de mesure (10) présentant des fréquences temporelles différen tes, - des moyens (20, 21) permettant d'envoyer le faisceau de référence (8) et le faisceau de mesure (10) émis par la cellule de Bragg (12), en direction du système optique (18) à tester, - des moyens de détection (24) aptes à transformer le signal lumineux issu du système optique (18) en un signal électrique de fréquence égale à la différence des fréquences temporelles des faisceaux (8, 10) émis par la cellule de Bragg (12) et dont la phase est caractéristique des déformations de surface d'onde introduites par ledit système, et - des moyens (26) permettant de mesurer le déphasage entre la phase du signal électrique émis par les moyens de détection (24) et la phase d'un signal électrique correspondant aux ondes radiofréquences servant à exciter la cellule de Bragg (12), caractérisé en ce que la différence de fréquence entre la fréquence de l'une des ondes radiofréquences et la fréquence de l'autre onde radiofréquence e-tant constante, cette différence constante conduisant à l'émission d'un signal électrique par les moyens de détection (24) dont la phase représente la dérivée, par rapport à la fréquence spatiale du signal lumineux issu du système optique (18), des déformations de surface introduites par le système optique à tester (18), le dispositif comprend, après les moyens de mesure (26), des moyens (30) permettant d'intégrer le signal fourni par les moyens de mesure afin d'obtenir la phase ca: ctéristi- que desdites déformntions. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence des deux fréquences est telle que la valeur de l'écart angulaire (#') entre le faisceau de référence (8) et le faisceau de mesure (10) sortant de la cellule de Bragg (12) soit au moins 100 fois plus faible que la valeur de l'ouver- ture du système optique à tester (18 > . 3. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le générateur radiofréquence (16) émet deux fréquences va ribles 4. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le générateur radiofréquence (16) émet deux fréquences fixes. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (20, 21) permettant d'envoyer les faisceaux de référence '8) et de mesure (10), émis par la cellule de Bragg (12), en direction du système optique à tester (18) sont constitués d'au moins une lentille convergente (23). 6. Dispositif de mesure selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que les moyens (20, 21) per mettant d'envoyer les faisceaux de référence (8) et de mesure (10), émis par la cellule de Bragg (12), en direction du système optique à tester (18) sont constitués d'un système de déflexion (21). 7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens (2) émettant le faisceau principal (4) de lumière monochromatique et cohérente sont constitués par un laser. 8. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de mesure (26) sont constitués par un phasemètre. 9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, une fente (22) située dans le plan image du système optique (18) à tester. 10. Procédé de mesure des déformations de surface d'onde introduites par un système optique (18) utilisant le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il consiste a: - diriger sur la cellule de Bragg (12) un faisceau principal (4) de lumière monochromatique et cohéren te, cette cellule, excitée par deux ondes radiofré quences de fréquences différentes émises par un géné rateur radiofréquence (16) et dont la différence de fréquences entre ces deux fréquences est constante, étant apte à engendrer, par diffraction du faisceau principal (4), un faisceau de référence (8) et un faisceau de mesure (10) présentant des fréquences temporelles différentes, - envoyer sur le système optique à tester (18) le fais ceau de référence (8) et le faisceau de mesure (10) émis par ladite cellule (12), - détecter le signal lumineux issu du système optique (18) à tester au moyen du détecteur (24) apte à transformer ce signal lumineux en un signal électri que de fréquence égale à la différence des fréquences temporelles des faisceaux (8, 10) émis par la cellule de Bragg (12) et dont la phase représente la dérivée, par rapport à la fréquence spatiale du signal lumi neux issu du système optique (18), des déformations de surface dwonde introduites par le système optique à tester (l3, - mesurer le dgasage entre la phase du signal élec trique emis par le détecteur (24) et la phase d'un signal électrique correspondant aux ondes radiofré quences servant à exciter la cellule de Bragg (12), et - intégrer le signal fourni par les moyens de mesure (26) au moyen d'un intégrateur (30) afin d'obtenir la phase caractéristique desdites déformations. 11. Procédé de mesure selon la revendication 10, caractérisé en ce que lon modifie de façon continue a fréquence des ondes radiofréquences par action directe sur le générateur radiofréquence (16). 12. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que, avant de mesurer les déformations de surface d'onde introduites par le système optique à tester (18), on étalonne le dispositif en déterminant l'évolution de la phase du signal électrique émis par le détecteur (24), cet étalonnage étant fait en l'absence du système optique à tester et en plaçant le détecteur (24) directement dans le plan image d'une lentille convergente (20), constituant les moyens permettant d'envoyer les faisceaux de référence (8) et de mesure (10), émis par la cellule de Bragg (12), en direction du système optique (18). 13. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que, avant de mesurer les déformations de surface d'onde introduites par le système optique à tester (18), on étalonne le dispositif en déterminant l'évolution de la phase du signal électrique émis par le détecteur (24), cet étalonnage étant fait en l'absence du système optique à tester et en plaçant le détecteur (24) directement derrière le système de déflexion (21), constituant les moyens permettant d'envoyer les faisceaux de référence (8) et de mesure (10), émis par la cellule de Bragg (12), en direction du système optique (18).