Brevet FR2689653A1 — publié le 19931008

DISPOSITIF OPTIQUE DU TYPE DEFLECTOMETRE, NOTAMMENT A DETECTION DE PHA S E A GRAND DOMAINE DE MESURE L'invention concerne un dispositif optique du type déflectomètre, notamment a détection de phase, å grand domaine de mesure. Les hautes technologies employées aujourd'hui dans de nombreux systèmes optiques ou mécaniques, nécessitent souvent des surfaces réalisées avec une précision submicronique. En dehors de la maÇtrise des procédés d'usinage, se pose le problème du contrôle de la qualite des composants obtenus. Le document FR 2 647 913 décrit un dispositif optique, adapté au contrôle, par détection de phase, d'une surface quelconque d'un système optique, comportant essentiellement, suivant une voie optique : des moyens d'émission propres à la constitution d'une source lumineuse, une surface réfléchissante à contrôler, un cube séparateur placé entre la source lumineuse et la surface à contrôler et muni d'une surface semi-reflechissante pour dévier le faisceau lumineux réfléchi par la surface à contrôler, un reseau tel qu'un réseau de Ronchi, placé au voisinage du point de convergence dudit faisceau lumineux réfléchi, un objectif pour donner l'image observable dans le plan d'analyse d'une caméra à dispositif de couplage de charge (CCD), c'est-à-dire dans le plan du capteur CCD, et une caméra couplée à des moyens informatiques de traitement pour l'exploitation de limage par detection de phase. Ce dispositif optique, du type déflectomètre, à détection de phase, permet une mesure précise, rapide, pour toute la surface, et sans contact, d'une grande variété de surfaces sphériques et asphêriques, sans outillage spécifique. I7 présente cependant, de par son principe, des limites en termes de diamètre du domaine mesurable, notamment en raison de la pupille d'entrée de son système d'acquisition. Un but de l'invention est d'augmenter la pupille d'entree d'un système d'imagerie, notamment d'un déflectometre, afin d'augmenter son domaine mesurable. Un autre but de l'invention est d'utiliser un zoom pour l'observation de l'image donnée par un déflectomètre. L'invention a pour objet un dispositif optique, du type déflectomètre, notamment à détection de phase, comprenant une source lumineuse; une surface à contrôler, une surface semi-réfléchissante entre la source lumineuse et la surface à contrôler pour devier le faisceau lumineux réfléchi par la a surface à contrôler, un reseau p placé au voisinage du point de convergence dudit faisceau lumineux réfléchi, et une caméra CCD couplée à des moyens informatiques de traitement, caractérisé en ce qu'il comporte, entre le réseau et la caméra CCD, un objectif primaire à grande pupille e d'entrée fournissant une image intermédiaire, un dépoli destiné à recevoir ladite image intermediaire, et un système optique secondaire reprenant l'image intermédiaire matérialisée sur le dépoli et en formant une image finale sur le capteur de la caméra CCD. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système optique secondaire est un zoom. D'autres caractéristiques ressortent de la description qui suit faite avec référence aux dessins annexés sur lesquels on peut voir Fig. 1 : une vue schématique d'un dispositif optique de type connu, à réseau et élément separateur, pour le contrôle, par détection de phase, d'une surface optique Fig. 2 : un schéma des rayons émis par une source lumineuse et réfléchis par une surface optique aspherique Fig. 3 : un schéma illustrant la défocalisation par rapport au schema de la Fig. 2 ; Fig. 4 : un schéma de principe du dispositif optique de la Fig. 1 Fig. 5 : un schéma de principe du dispositif optique selon l'invention. Sur la fig 1 on peut voir une source lumineuse 1, une surface semi-reflechissante 2, la surface optique à contrôler 3, un réseau de Ronchi 4, un objectif 5, un capteur 6 d'une caméra CCD non représentée; et les moyens informatiques 7 de traitement. La surface optique 3 étant asphérique, un rayon 8 issu de la source 1 atteint la surface 3 au point 9, et il est réfléchi en 10. Le rayon 10 est dévie en Il par la surface semi-reflechissante 2, et il atteint le réseau 4 en un point 12 éloigné d'une distance d du point 13 symétrique de la source 1 par rapport à la surface semi-refléchissante 2. La distance d entre les points 12 et 13 est la deflexion subie par le rayon lumineux issu de la source 1, après réflexion sur la surface 3 à contrôler. Pour chaque point 9 de la surface 3, la connaissance de la déflexion d et de l'angle sous lequel est vu le point 9 à partir de la source 1, permet de connaStre la pente en ce point, et de reconstituer la surface 3 par intégration. I1 est alors possible de soustraire par cal cul la surface theorique de la surface réelle et donc de présenter la carte des defauts de la surface 3. Une description détaillée du dispositif optique à reseau et élément séparateur pour le contrôle par détection de phase d'un système optique, est donnée dans le document FR 2 647 913 précité, auquel il est fait référence, et qui fait partie intégrante de la présente description. Dans un tel dispositif (fig. 1), l'objectif 5 a pour fonction de former sur le capteur 6 de la caméra CCD, l'image de la surface observée, à laquelle est superposé le motif de franges à analyser. L'éclairement en un point de la surface est caractéristique de la pente de la surface en ce point. Par ailleurs, la surface observée 3 doit être placée, par rapport à l'objectif, de telle manière que tout point 9 renvoie à l'intérieur de la pupille d'entrée symbolisée en 14 de l'objectif 5, le rayon issu de la source 1 qu'il a défléchi. Si ce n'est pas le cas, le point considéré n'émettant pas de lumière vers la caméra, la mesure ne sera pas possible. La limite principale au domaine mesurable pour un dispositif du type "deflectomètre à détection de phase" est donc que tous les rayons issus de la source 1 doivent, après réflexion sur la surface 3, parvenir jusqu'au capteur 6 de la camera d'acquisition, ou bien en d'autres termes entrer dans la pupille d'entrée 14 du système de formation des images (objectif + caméra). Sur la Fig. 2, la source 1 eclaire la surface 3, asphérique, dont l'axe passe aux points 1 et 15. Dans le plan perpendiculaire à cet axe et contenant la source 1, le diamètre du faisceau lumineux réfléchi par la surface 3 n'est pas nul. Ce diamètre est symbolisé par les flèches 16 et 17. De plus, il est possible de faire varier ce diamètre, et de le rendre minimal en déplaçant la source 1 par rapport à la surface 3 (Fig. 3). Cette opération, couramment utilisée pour l'imagerie pupillaire, s'appelle la défocalisation. Elle permet de positionner toute surface asphérique par rapport à la source de manière à minimiser le diamètre du faisceau de retour dans le plan de la source. On parle alors de "cercle de moindre diffusion" (CMD) dans le plan de la source. Un surface 3 sera mesurable (imagerie pupillaire), si son CMD (éventuellement après reprise par une optique d'adaptation) est inférieur en dimension à la pupille d'entree du système d'acquisition. L'intérêt de l'utilisateur est d' avoir un système ayant la pupille d'entree la plus grande possible, s'il veut mesurer une surface sans outillage spécifique de compensation d'asphéricite. Pour augmenter cette taille de pupille, on peut - augmenter l'ouverture relative (F/D) de l'objectif, mais il est difficile et très couteux de concevoir et réaliser des -objectifs corrigés des aberrations pour les grandes ouvertures, - augmenter sa focale, mais cela augmente proportionnellement la taille d'image. En pratique, cela signifie que la taille de la pupille d'entrée est directement proportionnelle à la taille de l'image formée. Les caméras CCD les plus courantes fonctionnent avec des capteurs dont la hauteur d'image est inferieure ou égale à 6.6 mm. Cette taille d'-image permet déjà de mesurer un très large domaine de surfaces asphériques, notamment utilisées en optique. Par contre, pour des surfaces à déformations tel 1 es que le CMD sera supérieur à cette limite, on devra se limiter en termes de diamètre mesurable. Enfin, ces notions de taille de pupille e (plus la necessite d'une pupille avant), avaient jusque là empêché l'emploi de zooms (difficultés d'étude et de réalisation). Sur la Fig. 4, la pupille d'entrée 14 et le cercle de moindre diffusion 18 sont représentés. Le capteur 6, qui définit la taille de l'image, est de petites dimensions. La pupille d'entrée 14 est de taille maximales et l'ouverture est grande du côté image. Pour éviter les contraintes des dispositifs existants, le dispositif optique selon l'invention est schématiquement représenté sur la Fig 5. Sur cette Fig. 5, la source 1 émet un faisceau vers la surface à contrôler 3 qui est asphérique. Le faisceau défléchi par la surface 3, après défocal isation, présente un cercle de moindre diffusion (CMD) 18. L'objectif primaire 19 est à grande pupille d'entree 14, mais il a une ouverture relative limitée par les possibilités et coûts de réalisation, et par conséquent, il donne une grande image. Cette image est matérialisée dans le plan image de l'objectif primaire 19, par exemple sur un depoli 20, de faible épaisseur. Cette image est reprise par un système optique 21 d'imagerie secondaire qui en forme une image sur le capteur 6 de la caméra CCD. L'utilisation d'un dépoli 20 entre l'objectif primaire 19 et le système optique secondaire 21 permet, de reprendre l'image intermédiaire, avec le système optique secondaire 21, sous un angle d'ouverture ss plus faible que l'angle d'ouverture image a de l'objectif primaire 19. L'objectif secondaire n'est donc plus soumis à la relation de proportionnalité qui existe, dans les deflectomètres classiques, entre la taille de la pupille d'entrée et celle de l'image sur le capteur de la camera CCD. De ce fait, la taille de limage intermédiaire peut être très grande, et la pupille d'entrée de l'objectif primaire 19, c'est-à-dire en fait la pupille d'entree du système optique d'acquisition, peut être largement augmentee. En conséquence, le domaine mesurable, en termes de pente et d'asphéricité, du dispositif optique selon l'invention, se trouve augmenté par rapport aux déflectomètres classiques. Dans un dispositif optique selon l'invention, le système optique secondaire 21 peut être un zoom, car son ouverture est indépendante de celle de l'objectif primaire. Le dispositif optique selon l'invention est applicable à des systèmes de mesure de surfaces par deflectométrie. I1 comporte essentiellement un objectif primaire à grande pupille d'entrée formant une image intermédiaire matérialisée sur un plan, par exemple avec un dépoli, et un système optique secondaire pour reprendre l'image intermédiaire, de sorte que la taille de l'image finale soit compatible avec tout capteur de caméra CCD. Le dépoli peut être remplace par tout type de diffuseur, c'est-à-dire une pièce optique qui, quand elle est éclairée par un rayon lumineux, remet la lumière dans un cône présentant une certaine ouverture (indicatrice de diffusion). REVENDICATIONS 1 Dispositif optique, du type déflectomètre, notamment à détection de phase, comprenant une source lumineuse, une surface à contrôler, une surface semiréfléchissante entre la source lumineuse et la surface à contrôler pour dévier le faisceau lumineux refléchi par la surface à contrôler, un réseau placé au voisinage du point de convergence dudit faisceau lumineux réfl6chi, et une caméra CCD couplée à des moyens informatiques de traitement, caractérise en ce qu'il comporte > entre le réseau et la camera CCD, un objectif primaire (19) à grande pupille d'entrée fournissant une image intermédiaire, un depoli (20) destiné à recevoir ladite image intermédiaire, et un système optique secondaire (21) reprenant l'image intermédiaire matérialisée sur le dépoli (20) et en formant une image finale sur le capteur (6) de la camera CCD. 2. Dispositif optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que, le système optique secondaire est un zoom.