Brevet FR2526160A2 — publié le 19831104

FR 2526160 A2 19831104 FR 8207499 A 19820430 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 notamment 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 sinusoidales et cohérentes. 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, cette cellule étant excitée par des ondes radiofré quences émises par un générateur radiofréquence de façon à émettre un faisceau de référence et un fais ceau de mesure présentant des fréquences temporelles différentes, - 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 égale 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. 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 qu)al comprend, de plus, un prisme présentant la forme d'un coin c cube, situé dans le plan image du système optique à tester, permettant de réfléchir le faisceau de référence et le faisceau de mesure vers les moyens de détection, la direction du faisceau de référence réfléchi et la direction du faisceau de mesure réfléchi étant respectivement opposées à la direction du faisceau de référence incident et à la direction du faisceau de mesure incident. Selon une variante préférée du dispositif de l'invention, la cellule de Bragg est excitée par deux ondes radiofréquences de fréquences différentes de façon à engendrer, par diffraction du faisceau principal, le faisceau de référence et le faisceau de mesure. Dans cette variante, la cellule de Bragg, étant apte à engendrer, par diffraction du faisceau de référence et du faisceau de mesure réfléchis par le prisme, un faisceau secondaire confondu avec le faisceau principal, des moyens de séparation, tels qu'une lame semi-réfléchissante, de ce faisceau secondaire et du faisceau principal peuvent être prévus afin d'envoyer ledit faisceau secondaire sur les moyens de détection. Selon une autre variante préférée du disposi tif de l'invention, 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 d'au moins une lentille convergente. Selon une autre variante préférée du dispos il tif de l'invention, les moyens émettant le faisceau principal de lumière monochromatique et cohérente sont constitués par un laser. 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 le détecteur et la phase d'un signal électrique correspondant aux ondes radiofréquences servant à exciter la cellule de Bragg. 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 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 t - envoyer sur le système optique à tester le faisceau de référence et le faisceau de mesure émis par ladite cellule ;; - réfléchir le faisceau de référence et le faisceau de mesure issus du système optique au moyen du prisme présentant la forme d'un coin de cube, situé dans le plan image du système optique à tester, de façon que la direction du faisceau de référence réfléchi et la direction du faisceau de mesure réfléchi soient res pectivement opposées à la direction du faisceau de référence incident et à la direction du faisceau de mesure incident ; - détecter le signal lumineux issu du prisme au moyen d'un détecteur apte à transformer ce signal lumineux en un signal électrique de fréquence égale à la dif férence des fréquences temporelles des faisceaux de référence et de mesure et dont la phase est caracté ristique des déformations de surface d'onde introdui tes par le système optique à tester ; et - 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. Selon une variante préférée de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on envoie sur la cellule de Bragg un faisceau lumineux principal et on excite ladite cellule au moyen de deux ondes radiofré quences de fréquences différentes de façon à engendrer le faisceau de référence et le faisceau de mesure par diffraction du faisceau principal. Dans cette variante, la cellule de Bragg, étant apte à engendrer par diffraction du faisceau de référence et du faisceau de mesure réfléchis par le prisme, un faisceau secondaire confondu avec le faisceau principal, on sépare le faisceau secondaire du faisceau principal de façon à envoyer ledit faisceau secondaire sur les moyens de détection. 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 prisme 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. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif, en référence à l'unique figure qui represente schématiquement le dispositif de mesure conformément à l'invention. En se référant à l'unique figure, 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 temporelleS 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 ra diofréquence 16. L'une de ces ondes présente une fréquence fixe fO, l'autre une fréquence f pouvant etre modifiée de façon continue. La cellule de Bragg 12, ainsi excitée, peut émettre par diffraction du faisceau principal 4 un premier faisceau 8 servant de faisceau de référence et présentant une fréquence temporelle QO+fO et un deurime faisceau lumineux servant de faisceau de mesure 10 et présentant une fréquence temporelle )o+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 excrant 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 être diffracté le faisceau de référence 8 et le faisceau de mesure 10. La valeur de la fréquence d'excitation f, donc celle de la fréquence spatiale de l'onde excitatrice, peut être modifiée de façon continue par action directe sur le générateur radiofréquence 16. Cette fréquence variable f est telle que : fg - 2 t f C fo + af étant la bande passante de la cellule de Bragg. 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). Le dispositif de l'invention comprend, de plus, un prisme 22 présentant la forme d'un trièdre tri-rectangle, c'est-à-dire d'un coin de cube, situé dans le plan image du système optique 18 à tester. Le prisme 22 permet de réfléchir le faisceau de référence 8 et le faisceau de mesure 10 de façon que la direction du faisceau de référence 8 réfléchi par le prisme 22 et la direction du faisceau de mesure 10 réfléchi par le prisme 22 soient respectivement opposées à la direction du faisceau de référence 8 incident et à la direction du faisceau de mesure 10 incident et ce quelle que soit l'orientation des faisceaux incidents. Ce prisme 22 peut être, soit un coin de cube plein en verre utilisant le principe de la réflexion totale, soit un coin de cube taillé en creux dans un bloc de verre cylindrique 25 tel que représenté sur la figure. Dans ce dernier cas, les faces 22a du coin de cube en creux doivent être traitées de façon à obtenir un pouvoir réfléchissant de 100%. Ces faces 22a peuvent être par exemple métallisées. Les faisceaux de référence 8 et de mesure 10 réfléchis sur eux-mêmes traversent à nouveau la lentille convergente 20 et la cellule de Bragg 12 (principe du retour inverse de la lumière). La cellule de Bragg, excitée par les deux ondes radiofréquences respectivement de fréquence fixe f0 et de fréquence variable f, engendre, comme précédemment, par diffraction du faisceau de référence 8 et du faisceau de mesure 10 réflechis, un faisceau secondaire 23 confondu avec le faisceau lumineux principal 4. Ce faisceau secondaire 23 est en fait formé de deux faisceaux lumineux, l'un de référence et l'autre de mesure présentant respectivement une fréquence temporelle $0+2f0 et i+2f. Après séparation de ces deux faisceaux lumineux, c'est-à-dire du faisceau secondaire 23, du faisceau principal 4 au moyen d'un dispositif 28 constitué par exemple d'une lame semi-réfléchissante, le signal lumineux peut être recueilli par un détecteur 24 tel qu'un photomultiplicateur, qui transforme ce signal 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 2(f-f0). La phase 2y de de ce signal électrique est carac- téristique des déformations de surface dlonde introduites par le système optique 18.Cette phase 2Y, qui dépend de la fréquence temporelle 9 de l'onde lumineuse transmise par le système optique, 9 étant ici égal à 2(f-f0), 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. Il est à noter que, dans le mode de réalisation objet de l'invention, la phase du signal électrique émis par le détecteur 24 est double de celle du signal électrique émis par le détecteur, dans les modes de réalisation objet de la demande principale. Ceci est lié à la double traversée du système optique 18 à étudier par les faisceaux de référence et de mesure. La mesure des déformations de surface d'onde introduites par un système optique se fait comme décrit ci-dessus. Cependant, avant de mesurer ces déformations, il est nécessaire d'effectuer un étalonnage du dispositif afin de s'assurer que la phase du signal électrique, délivrée par le détecteur 24 est bien la phase 2 ycaractéristique du système optique que l'on étudie. Cet étalonnage consiste à mesurer l'évolution de la phase introduite par le dispositif de mesure luimême, en plaçant le prisme 22 en coin de cube directement dans le plan image de la lentille convergente 20, et ce, en l'absence du système optique à étudier. REVENDICATI3NS 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 au moins un faisceau (4, 8, 10) en provenance des moyens d'émission (23, cette cellule étant excitée par des ondes radiofrequencea émises par un générateur radio fréquence (16 > de façon a remettre un faisceau de ré férence (8) et un faisceau de mesure (10) présentant des fréquences temporelles differentes, - des moyens (20) 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 de référence (8) et de mesure (10) et dont la phase (20 est ca ractéristique des déformations de surface d'onde in troduites 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 qu'il comprend, de plus, un prisme (22) présentant la forme d'un coin de cube, situé dans le plan image du système optique (18) à tester, permet tant de réfléchir le faisceau de référence (8) et le faisceau de mesure (10) vers les moyens de détection (24), la direction du faisceau de référence (8) réfléchi et la direction du faisceau de mesure (10) réfléchi étant respectivement opposées à la direction du faisceau de référence (8) incident et à la direction du faisceau de mesure (10) incident. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule de Bragg (12) est excitée par deux ondes radiofréquences de fréquences différentes de façon à engendrer, par diffraction du faisceau principal (4), le faisceau de référence (8) et le faisceau de mesure (10). 3. Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la cellule de Bragg (12), excitée par les deux ondes radiofréquences, étant apte à engendrer, par diffraction du faisceau de référence (8) et du faisceau de mesure (10) réfléchis par le prisme (22), un faisceau secondaire (23) confondu avec le faisceau principal (4), des moyens de séparation (28) de ce faisceau secondaire et du faisceau principal sont prévus afin d'envoyer ledit faisceau secondaire (23) sur les moyens de détection (24). 4. Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de séparation (28) du faisceau secondaire (23) et du faisceau principal (4) sont constitués par une lame semi-réfléchissante. 5. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens (20) 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) à tester sont constitués d'au moins une lentille convergente. 6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens (2) émettant le faisceau principal (4) de lumière monochromatique et cohérente sont constitués par un laser. 7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de mesure (26) sont constitués par un phasemètre. 8. 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 7, caractérisé en ce qu'il consiste a: - diriger sur la cellule de Bragg (12) au moins un faisceau (4, 8, 10) de lumière monochromatique et cohérente, cette cellule, excitée par des ondes ra diofréquences émises par un générateur radiofréquen ce (16), étant apte à émettre un faisceau de référen ce (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), - réfléchir le faisceau de référence (8) et le faisceau de mesure (10) issus du système optique (18) au moyen du prisme (22) présentant la forme d'un coin de cube, situé dans le plan image du système optique (18) à tester, de façon que la direction du faisceau de ré férence (8) réfléchi et la direction du faisceau de mesure (10) réfléchi soient respectivement opposées à la direction du faisceau de référence (8) incident et à la direction du faisceau de mesure (10) incident, - détecter le signal lumineux issu du prisme au moyen du détecteur (24) apte à transformer ce signal lumi neux en un signal électrique de fréquence égale à la différence des fréquences temporelles des faisceaux de référence (8) et de mesure (10) et dont la phase (2?) 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 le détecteur (24) et la phase d'un signal électrique correspondant aux ondes radiofré quences servant à exciter la cellule de Bragg (12). 9. Procédé de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que l1on envoie sur la cellule de Bragg (12) un faisceau lumineux principal (4) et en ce que l'on excite ladite cellule au moyen de deux ondes radiofréquences de fréquences différentes de fa çon à engendrer le faisceau de référence (8) et le faisceau de mesure (10) par diffraction du faisceau principal {4). - 10. Procédé de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que la cellule de Bragg (12), excitée par les deux ondes radiofréquences, étant apte à engendrer par diffraction du faisceau de référence (8) et du faisceau de mesure (10) réfléchis par le prisme (22), un faisceau secondaire (23) confondu avec le faisceau principal (4), on sépare le faisceau secondaire (23) du faisceau principal (4) de façon à envoyer ledit faisceau secondaire sur les moyens de détection (24). 11. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'on modifie de façon continue la fréquence des ondes radiofréquences par action directe sur le générateur radiofréquence (16). 12. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que, avant de mesurer les déformations de surface d'onde introduites par le système optique a' tester (18), on étalonne le dispositif en determinant 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 prisme (22) directement dans le plan image d'une lentille convergente 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 tique (18).