Brevet FR2647912A1 — publié le 19901207

"Dispositif optique à réseau pour le contrôle, en transmission, par détection de phase, d'un quelconque système optique, en particulier d'une lentille ophtalmique" La présente invention concerne d'une manière générale le contrôle d'un quelconque système optique. Elle vise plus particulièrement, mais non nécessairement exclusivement, le contrôle d'une lentille ophtalmique. Pour le contrôle d'un système optique, il a déjà été proposé de mettre en oeuvre le test de RONCHI et de procéder par détection de phase. Ainsi qu'on le sait, le test de RONCHI consiste à interposer, sur l'onde lumineuse issue du système optique à contrôler, au point de convergence de celle-ci, un réseau de traits parallèles alternativement opaques et transparents, et a analyser le système de franges alors observables en aval. Ces franges, qui, à s'en tenir aux seules lois de l'optique géométrique, sans prise en considération des phénomènes de diffraction, sont toujours les mêmes et, qui ne traduisent que la seule direction des rayons lumineux constitutifs de l'onde concernée, sans dépendre en quoi que ce soit de la nature même des milieux qu'elle a traversés, sont caractéristiques des aberrations de cette onde. Elles traduisent, en effet, en terme de pente, l'écart entre la surface d'onde correspondante et la surface d'onde théorique a laquelle devrait satisfaire celle-ci. Il suffit, dès lors, de mesurer cette pente en tout point du système optique à contrôler, en pratique par la technique de détection de phase, puis de procéder à une intégration. Un tel processus permet de mesurer les éventuels défauts d'un système -optique quelle que soit sa qualité, et il a l'avantage d'être simple et de fournir des résultats avec une grande précision. Un dispositif optique permettant la mise en oeuvre d'un tel processus se trouve notamment décrit dans l'article "Fringe Scanning Ronchi test for aspherical surfaces", de la revue "APPLIED OPTICS", volume 23, numéro , du 15 Octobre 1984, ainsi que dans l'article "Phase measuring Ronchi test", de cette même revue, volume 27, numéro 3, du ler Février 1988. Globalement, ce dispositif optique comporte, suivant un axe optique, des moyens d'émission propres a la constitution d'une source lumineuse ponctuelle cohérente, un poste d'attente propre à la réception du système optique à contrôler, un réseau de RONCHI, des moyens de réception propres à la réception de l'image observable en aval de ce réseau de RONCHI, et des moyens informatiques de traitement propres à l'exploitation de cette image par détection de phase. Mais, en pratique, il s'avère, à l'expérience, que, tel qu'il a été réalisé, ce dispositif optique ne permet pas d'atteindre au degré de précision espéré. La présente invention a d'une manière générale pour objet un dispositif optique à réseau d'une précision nettement améliorée. Ce dispositif optique, qui est donc adapté au contrôle, par détection de phase, d'un quelconque système optique, est du genre comportant, suivant un axe optique, des moyens d'émission propres à la constitution d'une source lumineuse, un poste d'attente propre à la réception du système optique à contrôler, un réseau, des moyens de réception propres à la réception de l'image observable en aval du réseau, et des moyens de traitement propres à l'exploitation de cette image par détection de phase, et il est d'une manière générale caractérisé en ce que, entre le poste d'attente et le réseau, est interposé un élément adaptateur de convergence, et en ce que les moyens informatiques de traitement comportent des moyens de calibrage propres a tenir compte des aberrations, aussi bien théoriques que de réalisation, dues à cet élément adaptateur de convergence, et un programme de tracé de rayons. Compte tenu de la mise en oeuvre de moyens de calibrage, l'élément adaptateur de convergence mis en oeuvre est sans incidence sur la précision des résultats obtenus. Suivant un développement de l'invention, il est également possible si nécessaire, de mettre en oeuvre, entre la source lumineuse et le poste d'attente, un élément adaptateur d'ouverture numérique propre à tenir compte de l'ouverture numérique et des tirages objet et image du système optique à contrôler. Suivant l'invention, les moyens de calibrage sont alors eux-mêmes propres à tenir également compte des aberrations tant théoriques que de réalisation dues a cet élément adaptateur d'ouverture numérique. Ainsi, les caractéristiques de l'élément adaptateur de convergence, et celles de l'élément adaptateur d'ouverture numérique éventuellement mis en oeuvre, sont, suivant l'invention, systématiquement prises en compte, au bénéfice de la précision des résultats obtenus. Par aberrations théoriques, que prennent en compte les moyens de calibrage mis en oeuvre suivant l'invention, on entend ici, de manière usuelle, les aberrations dues à la seule combinaison des constituants optiques, considérés alors en eux-mêmes comme parfaits, du système optique à contrôler. Le programme de tracé de rayons présent dans les moyens informatiques de traitement que comporte le dispositif suivant l'invention, permet avantageusement de calculer, dioptre par dioptre, par simple application de la loi de DESCARTES, ces aberrations théoriques. En outre, le dispositif suivant l'invention permet avantageusement de se satisfaire de la mise en oeuvre de divers types de réseaux. En effet, les réseaux de phase, tel que celui que constitue un prisme de WOLLASTON, sont tout aussi susceptibles de convenir à sa mise en oeuvre que les réseaux d'amplitude, tel que celui que constitue un réseau de RONCHI. Enfin, en variante, on peut utiliser si désiré dans le dispositif suivant l'invention une source lumineuse étendue spatialement incohérente, qui permet, avantageusement d'atteindre, pour les résultats, notamment avec un réseau d'amplitude, une précision améliorée par rapport à celle obtenue avec une source lumineuse ponctuelle. Par source lumineuse étendue spatialement incohérente, on entend ici une source lumineuse répondant à la définition qui en est donnée dans l'ouvrage de M. FRANCON "HOLOGRAPHIE", (Editions MASSON et Cie, 1969), pages 9 et 10. Ici, une telle source lumineuse étendue spatialement incohérente permet l'obtention de franges de bonne qualité car résultant de la superposition d'une pluralité de systèmes de franges. En pratique, la mise en oeuvre d'un dépoli tournant adapté suffit à cet effet, avec un grain et une vitesse de rotation satisfaisants. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin schématique annexe dont la figure unique est un bloc diagramme, en plan, d'un dispositif optique suivant l'invention. Cette figure illustre, à titre d'exemple, l'application de l'invention au cas o le système optique a contrôler est une lentille ophtalmique. Il peut s'agir, par exemple, et tel que représenté, d'une lentille ophtalmique convexe, c'est-a-dire de puissance optique positive. Mais, il pourrait tout aussi bien s'agir, par exemple, d'une lentille ophtalmique concave, de puissance optique négative. D'une manière générale, il peut tout aussi bien s'agir d'un quelconque système optique. Le dispositif optique 12 mis en oeuvre pour le contrôle du système optique 10 à contrôler comporte, globalement, suivant un axe optique A, des moyens d'émission 13, propres à la constitution d'une source lumineuse 14, un poste d'attente 15, propre à la réception d'un tel système optique, un réseau 16, des moyens de réception 17 propres à la réception de l'image observable en aval du réseau 16, et des moyens informatiques de traitement 18 propres à l'exploitation de cette image par détection de phase. Par moyens informatiques de traitement, on entend, ici, aussi bien le matérial informatique mis en oeuvre que le logiciel qui lui est associé. Dans la forme de réalisation représentée, les moyens d'émission 13 comportent, successivement, de manière connue en soi, un laser 19 et un objectif 20 focalisant le faisceau lumineux émis par le laser 19 en un point référencé 14, formant alors source, du trou d'un diaphragme 21, avec, si désiré, et tel que représenté, interposée entre ce laser 19 et cet objectif 20, une "densité" 22. De manière également connue en soi, le réseau 16 est, par exemple, un réseau de RONCHI, c'est-à-dire un réseau formé de traits parallèles alternativement opaques et transparents, suivant un pas qui est par exemple de l'ordre de 0,25 à 4 mm, et les moyens de réception 17 comportent une caméra 25, dont on a schématisé, en 28, l'objectif, et, en 29, le plan d'analyse. Il s'agit, par exemple, d'une caméra de type mosaique, c'est-a-dire d'une caméra à dispositif de couplage de charge, propre, par balayage, à une mesure de la quantité de lumière reçue en chacun des points de son plan d'analyse 29, ce plan d'analyse 29 constituant plus précisément les moyens de réception de l'image observable. Suivant l'invention, le dispositif optique 12 comporte, interposé entre le poste d'attente 15 et le réseau 16, un élément adaptateur de convergence 30 propre à tenir compte de la convergence du système optique 10 à contrôler, et les moyens informatiques de traitement 18 comportent des moyens de calibrage propres à tenir compte des aberrations, aussi bien théoriques que de réalisation, dues à cet élément adaptateur de convergence 30, et un programme de tracé de rayons. Dans la forme de réalisation représentée, le dispositif optique 12 suivant l'invention comporte, en outre, entre la source lumineuse 14 et le poste d'attente , un élément adaptateur d'ouverture numérique 31 propre à tenir compte de l'ouverture numérique et des tirages objet et image du système optique 10 à contrôler, et les moyens de calibrage que comportent les moyens informatiques de traitement 18 sont propres à tenir également compte des aberrations, tant théoriques que de réalisation, dues à cet élément adaptateur d'ouverture numérique. Les divers composants du dispositif optique 12 ainsi constitué sont de préférence portés par un même bâti en disposant, au moins pour certains d'entre eux, d'un certain nombre de degrés de liberté par rapport à ce bâti. Les dispositions correspondantes relevant de l'homme de l'art, elles ne seront pas décrites ici. Il suffira d'indiquer que le réseau 16 est porté par des platines propres à en permettre, d'une part, une translation suivant l'une ou l'autre de deux directions orthogonales, perpendiculairement & l'axe optique A, et, d'autre part, une rotation autour d'une direction orthogonale aux deux précédentes. Prises dans leur ensemble, ces platines sont en outre réglables en position le long de l'axe optique A, de manière à ce que le réseau 16 qu'elles portent puisse être disposé au point de convergence du faisceau lumineux transmis par le système optique 10 à contrôler ou au voisinage de ce point de convergence. Elles sont en outre préférentiellement soumises à des moyens de commande propres à en permettre un déplacement contrôlé. De même, la caméra 25, l'élement adaptateur de convergence 30, et l'élément adaptateur d'ouverture numérique 31 sont préférentiellement montés mobiles le long de l'axe optique A. Mais, dans ce cas, il est prévu, sur les glissières correspondantes, des cales de positionnement propres à leur servir de référence lors d'éventuels changements d'éléments (réseau, élément adaptateur....) pour la conservation de l'étalonnage précédemment effectué. En service, le faisceau lumineux, en pratique monochromatique, issu de la source lumineuse 14 en provenance des moyens d'émission 13, traverse en continu l'élément adaptateur d'ouverture numérique 31, le système optique 10 à contrôler, et l'élément adaptateur de convergence 30, avant de converger sur le réseau 16. Ainsi qu'on le notera, ce faisceau lumineux est divergent a l'entrée du système optique à contrôler dans la forme de mise en oeuvre représentée. Il est en tout cas préférentiellement fait en sorte qu'il ne s'agisse pas, alors, d'un faisceau parallèle. En pratique, le réseau 16 est placé au voisinage du point de convergence de l'onde émergeant de l'élément adaptateur de convergence 30, de manière à minimiser le nombre de franges que présente l'image observable en aval et à ainsi faciliter les opérations ultérieures et augmenter la précision des résultats obtenus. Du fait des défauts que présente inévitablement le système optique 10 à contrôler, la surface d'onde arrivant sur le réseau 16 présente des aberrations que les franges observées permettent d'apprécier. Comme indiqué précédemment, ces franges traduisent en effet en terme de pente l'écart entre la surface d'onde contrôlée et la surface d'onde théorique. Pour remonter jusqu'à l'aberration transverse de la surface d'onde contrôlée, il suffit, donc, suivant la technique de détection de phase, de procéder à une série de mesures, en introduisant de l'une à l'autre un déphasage, c'est-à-dire en déplaçant à chaque fois d'une quantité déterminée, pependiculairement à l'axe optique A, le réseau 16. De préférence, le nombre de mesures ainsi effectuées est impair. En pratique, pour le calcul de la pente recherchée, des mesures dans deux directions orthogonales sont nécessaires. Il suffit, ensuite, pour obtenir la distance, ou écart normal, séparant la surface d'onde contrôlée de la surface d'onde théorique au point considéré, de procéder à une intégration. En pratique, tous les déplacements des éléments mobiles concernés sont pilotés par un logiciel propre à permettre une exploitation systématique et immédiate des résultats en découlant. Un tel logiciel ne relevant pas de la présente invention, il ne sera pas décrit ici. Il en est de même du programme de tracé de rayons que comportent, suivant l'invention, les moyens informatiques de traitement 18. Un tel programme de tracé de rayons, qui est classique, et qui est donc parfaitement connu de l'homme de l'art, se borne à appliquer, de dioptre en dioptre, la loi de DESCARTES (n sin i = n'sin i'). S'agissant des 'moyens de calibrage que comportent également, suivant l'invention, les moyens informatiques de traitement 18, on indiquera tout d'abord que, conformément à ces moyens de calibrage, la somme des aberrations a prendre en compte est stockee dans un fichier dit de calibrage et est systématiquement soustraite de toutes les mesures effectuées. Ce fichier de calibrage est obtenu de la manière ci-après. Dans une première étape on calcule le système de franges théoriques F1 que l'on obtiendrait si l'élément adaptateur de convergence 30, éventuellement l'élément adaptateur d'ouverture numérique 31, et le système optique à contrôler étaient parfaits, c'est-à-dire s'ils avaient des caractéristiques géométriques et optiques strictement identiques à leurs caractéristiques théoriques. Dans une seconde étape on effectue une mesure avec un calibre parfait disposé à la place du système optique 10 et on obtient un système de franges F2. Dans une troisième étape on calcule le système de franges théoriques F3 qui serait obtenu avec ce calibre parfait et l'élément adaptateur de convergence 30 et éventuellement l'élément adaptateur d'ouverture numérique 31 considérés comme parfaits. Une différence (F2 - F3) est représentative des défauts de réalisation de l'élément adaptateur de convergence 30 et éventuellement de l'élément adaptateur d'ouverture numérique 31. Le fichier de calibrage Fc est égal à: FC = (F2 - F3) + F1 soit FM le système de franges déterminé par l'appareil avec le système optique 10. L'intégration conduisant a la distance ou écart normal séparant la surface d'onde contrôlée par support à la surface d'onde théorique sera effectuée au moyen du système de franges résultant de la différence: (FM - FC). Comme indiqué ci-dessus, les aberrations ainsi systématiquement prises en compte suivant l'invention, tant pour l'élément adaptateur de convergence 30 que pour l'élément adaptateur d'ouverture numérique 31, sont les aberrations théoriques et/ou de réalisation de ces éléments. Ainsi, les aberrations résultantes, telles que calculées en fonction de la différence (FM - Fc), ne dépendent plus pour l'essentiel que des seuls défauts du système optique 10 à contrôler. Il est donc possible d'en déduire ces défauts avec une très grande précision. En pratique, la précision de réalisation de chacune des surfaces optiques que comporte l'élément adaptateur de convergence 30 et/ou l'élément adaptateur d'ouverture numérique 31 peut avantageusement n'être que de l'ordre de la longueur d'onde, alors que, pour des éléments analogues, elle doit impérativement, en l'absence de moyens de calibrage, n'être qu'une fraction, de l'ordre du vingtième, de cette longueur d'onde. Le prix de revient du dispositif optique 12 suivant l'invention s'en trouve avantageusement réduit d'autant. Suivant une variante de mise en oeuvre de l'invention, la source lumineuse 14 est une source lumineuse spatialement incohérente, telle que définie dans l'ouvrage de M. FRANCON mentionné ci-dessus. Le trou correspondant du diaphragme 21 en délimite l'étendue. En pratique, le diamètre de ce trou, et donc de la source 14, est de l'ordre du pas du réseau 16, tout en étant inférieur à celui-ci. De préférence, ce diamètre est égal a la moitié du pas du réseau 16. Conjointement, pour l'incohérence recherchée, il est mis en oeuvre, entre le laser 19 et l'objectif 20, en aval de la "densité" 22, un dépoli 23 monté rotatif sous la commande d'un moteur 24. Ainsi, les divers points de la source lumineuse 14 mise en oeuvre suivant l'invention ne présentent aucune relation de phase entre eux. Ainsi qu'il est aisé de le comprendre, il est possible, de modifier, si désiré, l'étendue de la source lumineuse 14. Il suffit, par exemple, pour cela, de déplacer l'objectif 20 lorsque, comme représenté, il est placé après le dépoli 13. Si, en variante, il est placé avant ce dépoli 13, il suffit, alors, de déplacer ce dernier. Tel qu'indiqué précédemment, le réseau 16, au lieu d'être un réseau d'amplitude, tel qu'un réseau de RONCHI, peut par exemple être un réseau de phase tel qu'un prisme de WOLLASTON. Ainsi qu'on le sait, un prisme de WOLLASTON est formé de deux prismes biréfringents uni axe accolés dont les axes sont perpendiculaires entre eux. Dans le cas o un tel prisme de WOLLASTON est mis en oeuvre, il est nécessaire de lui associer, de manière connue en soi, deux polariseurs dont les axes sont orientés différemment de ceux du prisme de WOLLASTON. Les axes de ces polariseurs sont de préférence à ' par rapport aux axes du prisme de WOLLASTON. Il est a souligner, également, que le dispositif optique suivant l'invention peut tout aussi bien être appliqué au contrôle de système optique à gradient d'indice, pour en déterminer, par exemple, le profil d'indice. La présente invention ne se limite donc pas aux formes de mise en oeuvre décrites et représentées mais englobe toute variante d'exécution et/ou de combinaison de leurs divers éléments, aussi bien que toute variante d'application. REVENDICATIONS 1. Dispositif optique à réseau pour le contrôle, par détection de phase, d'un système optique du genre comportant, suivant une voie optique, des moyens d'émission (13) propres à la constitution d'une source lumineuse (14), un poste d'attente (15) propre à la réception du système optique (10) à contrôler, un réseau (16), des moyens de réception (17) propres à la réception de l'image observable en aval du réseau (16), et des moyens informatiques de traitement (18) propres à l'exploitation de cette image par détection de phase, caractérisé en ce que, entre le poste d'attente (15) et le réseau (16), est interposé un élément adaptateur de convergence (30), et en ce que les moyens informatiques de traitement (18) comportent des moyens de calibrage propres à tenir compte des aberrations, aussi bien théoriques que de réalisation, dues à cet élément adaptateur de convergence (30) et un programme de tracé de rayons. 2. Dispositif optique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau (16) est porté par des platines propres à en permettre une translation suivant l'une ou l'autre de deux directions orthogonales et une rotation autour d'une direction orthogonale aux deux précédentes. 3. Dispositif optique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les platines portant le réseau (16) sont soumises à des moyens de commande propres a en permettre un déplacement contrôlé. 4. Dispositif optique suivant l'une quelconque des revendications 2, 3, caractérisé en ce que, prises dans leur ensemble, les platines portant le réseau (16) sont réglables en position le long de l'axe optique (A). 5. Dispositif optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, entre la source lumineuse et le poste d'attente (15), un élément adaptateur d'ouverture numérique (31), et les moyens de calibrage que comportent les moyens informatiques de traitement (18) sont propres à tenir également compte des aberrations, tant théoriques que de réalisation, dues à cet élément adaptateur d'ouverture numérique (31). 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 & 5, caractérisé en ce que la source lumineuse (14) est une source lumineuse étendue spatialement incohérente.