Brevet FR2708344A1 — publié le 19950203

-- i -- Ondemètre optique Contexte de l'invention Domaine de l'invention La présente invention est relative à des ondemètres optiques, et plus particulièrement à des ondemètres optiques qui mesurent la longueur d'onde de la lumière à mesurer au moyen d'un interféromètre. Art antérieur Un exemple de configuration d'un ondemètre optique classique est présenté en se référant à la fig. 6. Sur la fig. 6 sont représentés: un dispositif de fractionnement de rayons 1, des miroirs fixes 2 et 3, un miroir mobile 4, une platine mobile , un rail de guidage 6, des récepteurs de lumière 7 et 8, une source lumineuse 9, un calculateur de longueur d'onde 10, et une source de lumière de référence 11. Le miroir mobile 4 est fixé sur la platine mobile 5. La platine mobile 5 et le rail de guidage 6 forment un mécanisme de translation 12 qui déplace le miroir mobile 4 parallèlement à la direction de l'axe optique de la lumière envoyée sur le miroir mobile 4. La longueur d'onde de la lumière émise par la source lumineuse 9 doit être mesurée. Une lumière de référence LS de longueur d'onde connue provenant de la source de lumière de référence 11 est divisée par le dispositif de fractionnement de rayons 1 en une lumière réfléchie LR1 et une lumière passante Lp1. La lumière réfléchie LR1 est renvoyée par le miroir fixe 2, traverse le dispositif de fractionnement de rayons 1, -2- puis arrive sur le récepteur de lumière 7. La lumière passante Lp1 est réfléchie par le miroir mobile 4, traverse le dispositif de fractionnement de rayons 1, puis arrive sur le récepteur de lumière 7. Lorsque la lumière réfléchie LR1 et la lumière passante Lp1 atteignent le récepteur de lumière 7, étant donné que la lumière réfléchie LR1 et la lumière passante Lp1 interfèrent entre elles sur le récepteur de lumière 7, un signal électrique S1 est fourni par le récepteur de lumière 7 au calculateur de longueur d'onde 10, en réponse à l'intensité de la lumière d'interférence. Une lumière LM de longueur d'onde inconnue à mesurer provenant de la source lumineuse 9 est réfléchie par le miroir fixe 3, puis divisée par le dispositif de fractionnement de rayons 1 en une lumière réfléchie LR2 et une lumière passante Lp2. La lumière réfléchie LR2 est renvoyée par le miroir fixe 2, traverse le dispositif de fractionnement de rayons 1, puis arrive sur le récepteur de lumière 8. La lumière passante Lp2 est réfléchie par le miroir mobile 4, traverse le dispositif de fractionnement de rayons 1, puis arrive sur le récepteur de lumière 8. Lorsque la lumière réfléchie LR2 et la lumière passante Lp2 atteignent le récepteur de lumière 8, étant donné que la lumière réfléchie LR2 et la lumière passante Lp2 interfèrent entre elles sur le récepteur de lumière 8, un signal électrique S2 est fourni par le récepteur de lumière 8 au calculateur de longueur d'onde 10, en réponse à l'intensité de la lumière d'interférence. Si la platine mobile 5 se déplace en translation sur le rail de guidage 6 dans la direction représentée par une flèche sur la fig. 6, 3- le miroir mobile 4 se déplace du fait du mouvement de la platine mobile 5, et les signaux Si et S2 varient en fonction de la variation périodique de l'intensité des lumières d'interférence due au mouvement du miroir mobile 4. Etant donné que chaque longueur d'onde des signaux électriques S1 et S2 correspond respectivement à chaque longueur d'onde de la lumière de référence LS et de la lumière LM, lorsque la distance de déplacement du mécanisme de translation 12 est fixée au choix, le nombre d'onde des signaux électriques S1 et S2 est déterminé par le calculateur de longueur d'onde 10, et la longueur d'onde de la lumière LM peut alors être obtenue à partir des formules (1) et (2) suivantes: L =1 * k= n *À2 (1) Xl = n *>2 / k (2) Dans les formules (1) et (2), L représente la valeur choisie pour la distance de déplacement, >1 et X 2 représentent les longueurs d'onde de la lumière LM et de la lumière de référence LS, et n et k représentent le nombre d'onde des signaux électriques S1 et S2. La fig. 7 représente un exemple des formes d'onde des signaux électriques Si et S2. Sur la fig. 7, l'axe vertical représente le courant et l'axe horizontal représente la distance de déplacement de la platine mobile 5. Comme le montre la fig. 7, l'intensité des signaux électriques Si et S2 varie en fonction de la distance de déplacement L du dispositif de translation 12. Dans l'ondemètre optique classique susdit, pour mesurer avec précision la longueur d'onde de la lumière à mesurer, une source de lumière de référence 11 émettant la lumière de référence LS de -4- longueur d'onde connue doit être utilisée. Toutefois, étant donné que la longueur du résonateur de cette source de lumière de référence 11 est importante, l'appareil présente l'inconvénient d'être de grande taille. En outre, dans l'ondemètre optique classique susdit, étant donné que la lumière de référence LSet la lumière LM sont toutes deux envoyées sur le dispositif de fractionnement de rayons 1, le réglage de l'axe optique est complexe. Par ailleurs, étant donné que le diamètre du résonateur de la source de lumière de référence 11 est également important, lorsque la lumière de référence Ls et la lumière LM sont envoyées toutes deux sur le dispositif de fractionnement de rayons 1, le chemin optique de la lumière de référence LSou de la lumière LM doit être modifié, en modifiant le miroir fixe 3 et similaire, pour envoyer celle-ci sur le dispositif de fractionnement de rayons 1. En conséquence, le réglage de l'axe optique est rendu encore plus complexe. Résumé de l'invention Eu égard aux problèmes susdits, l'un des objets de la présente invention est de fournir un ondemètre optique qui permette d'ajuster facilement l'axe optique d'une lumière de longueur d'onde inconnue à mesurer, qui soit de construction compacte, sans nécessiter de source de lumière de référence ni de miroir fixe pour modifier le chemin optique. Pour atteindre cet objet, la présente invention fournit un ondemètre optique comprenant: un dispositif de fractionnement de rayons pour diviser une lumière dont la longueur d'onde est à -5 - mesurer en une première lumière et une seconde lumière; un miroir fixe pour réfléchir la première lumière de façon à la renvoyer dans le dispositif de fractionnement de rayons; un miroir mobile pour réfléchir la seconde lumière de façon à la renvoyer dans le dispositif de fractionnement de rayons; un mécanisme de translation comportant une platine mobile sur laquelle est fixé le miroir mobile afin de déplacer le miroir mobile parallèlement à la direction de l'axe optique de la lumière envoyée sur le miroir mobile; un récepteur de lumière pour transformer en un signal électrique une lumière d'interférence produite par la synthèse d'une lumière venant du dispositif de fractionnement de rayons et du miroir fixe et d'une lumière venant du dispositif de fractionnement de rayons et du miroir mobile; un dispositif de mesure de distance pour détecter la distance de déplacement de la platine mobile; et un calculateur de longueur d'onde afin de calculer la longueur d'onde de la lumière à mesurer à partir du nombre d'onde du signal électrique et de la distance de déplacement. La présente invention présente un avantage en ce qu'un ondemètre optique peut facilement régler l'axe optique d'une lumière de longueur d'onde inconnue à mesurer et peut se présenter sous une forme compacte sans nécessiter de source de lumière de référence ni de miroir fixe pour modifier le chemin optique. Description succincte des dessins La fig. 1 représente une vue en plan de la configuration d'un ondemètre optique selon une première réalisation préférée de la présente - 6 invention. La fig. 2 représente une vue latérale de la configuration du mécanisme de translation 23 représenté sur la fig. 1. La fig. 3 représente une vue partielle en perspective de la configuration d'un dispositif de mesure de distance 25. La fig. 4 représente une vue en plan de la configuration d'un ondemètre optique selon une seconde réalisation préférée de la présente invention. La fig. 5 représente une vue partielle en perspective, et à plus grande échelle, de la configuration d'un dispositif de mesure de distance 40. La fig. 6 représente une vue en plan de la configuration d'un ondemètre optique classique. La fig. 7 représente un exemple de formes d'onde des signaux électriques S1 et S2. Description détaillée de la réalisation préférée Une première réalisation préférée de la présente invention est maintenant décrite en se référant aux fig. 1 à 3. La fig. 1 représente une vue en plan de la configuration d'un ondemètre optique selon une première réalisation préférée de la présente invention. La fig. 2 représente une vue latérale de la configuration du mécanisme de translation 23 représenté sur la fig. 1. Sur les fig. 1 et 2, sont représentés un dispositif de fractionnement de rayons 20, un miroir fixe 21, un miroir mobile 22, un mécanisme de translation 23, un récepteur de lumière 24, un dispositif de mesure de distance 25, une source lumineuse 26, et un -7- calculateur de longueur d'onde 27. Le mécanisme de translation 23, qui déplace le miroir mobile 22 parallèlement à la direction de l'axe optique de la lumière dont la longueur d'onde est à mesurer, se compose d'une platine mobile 28, d'un rail de guidage 29, d'une vis à billes 30, et d'un moteur 31. Le miroir mobile 22 est fixé sur la platine mobile 28. Une extrémité de la vis à billes 30 est solidaire de l'axe du moteur 31. L'autre extrémité de la vis à billes 30 est en prise avec une partie en saillie 28a qui dépasse du côté gauche de la platine mobile 28, au moyen d'un filet formé autour de la vis à bille 30 et d'un taraudage prévu dans la partie en saillie 28a. Ainsi, lorsque le moteur 31 tourne, la vis à billes 30 transforme le mouvement de rotation du moteur 31 en un mouvement de translation de la platine mobile 28. La longueur d'onde de la source lumineuse 26 doit être mesurée. La fig. 3 représente une vue partielle en perspective et à plus grande échelle de la configuration d'un dispositif de mesure de distance 25. Dans les fig. 1 à 3, le dispositif de mesure de distance 25 consiste en une grille fixe en verre 32, une grille mobile en verre 33, une source lumineuse 34, un récepteur de lumière 35, et un calculateur de distance 36. Sur la fig. 3, la source lumineuse 34 est fixée sur la platine mobile 28 de telle sorte que l'axe optique (voir la flèche représentée en trait mixte sur la fig. 3) de la lumière émise par la source soit normale à la direction de déplacement de la platine mobile 28. La grille mobile en verre 33 et le récepteur de lumière 35 sont fixés sur la platine mobile 28 perpendiculairement à l'axe optique de la lumière émise par la source lumineuse 34. Par ailleurs, la 8- grille fixe en verre 32 est disposée perpendiculairement à l'axe optique de la lumière émise par la source lumineuse 34, entre la grille mobile en verre 33 et la source lumineuse 34 au- dessus de la platine mobile 28. Un ensemble de fentes réparties selon un pas déterminé est disposé dans le sens longitudinal de la grille fixe en verre 32. La grille mobile en verre 33 comporte une fente de taille appropriée. La lumière LM1 de longueur d'onde inconnue à mesurer provenant de la source lumineuse 26 est divisée par le dispositif de fractionnement de rayons 20 en une lumière réfléchie LR3 et une lumière passante Lp3. La lumière réfléchie LR3 est renvoyée par le miroir fixe 21, traverse le dispositif de fractionnement de rayons 20, puis arrive sur le récepteur de lumière 24. La lumière passante Lp3 est réfléchie par le miroir mobile 22, traverse le dispositif de fractionnement de rayons 20, puis arrive sur le récepteur de lumière 24. Lorsque la lumière réfléchie LR3 et la lumière passante Lp3 atteignent le récepteur de lumière 24, étant donné que la lumière réfléchie LR3 et la lumière passante Lp3 interfèrent entre elles sur le récepteur de lumière 24, un signal électrique S3 est fourni par le récepteur de lumière 24 au calculateur de longueur d'onde 27, en réponse à l'intensité de la lumière d'interférence. - Si la platine mobile 28 se déplace en translation sur le rail de guidage 29 dans la direction représentée par une flèche sur la fig. 1, du fait de la rotation de la vis à billes 30 entraînée par le moteur 31, le miroir mobile 22 se déplace en fonction du déplacement de la platine - 9 - mobile 28, et le signal électrique S3 varie en fonction de la variation périodique de l'intensité de la lumière d'interférence due au mouvement du miroir mobile 22. La longueur d'onde du signal électrique S3 correspond à la longueur d'onde de la lumière LM1. Sur la fig. 3, la lumière émise par la source lumineuse 34 passe à travers une fente de l'ensemble de fentes de la grille fixe en verre 32 et à travers la fente de la grille mobile en verre 33, et parvient alors au récepteur de lumière 35. Lorsque la platine mobile 28 se déplace dans la direction représentée par une flèche sur la fig. 3, la période du signal électrique S4 du récepteur de lumière 35 correspond au pas de la grille fixe en verre 32. Le calculateur de distance 36 calcule la distance de déplacement L de la platine mobile 28 à partir du comptage du nombre d'onde du signal électrique S4 et de la distance qui sépare deux fentes adjacentes de la grille fixe en verre 32, et fournit le résultat du calcul au calculateur de longueur d'onde 27. Le calculateur de longueur d'onde 27 calcule la longueur d'onde de la lumière LM1 à partir du comptage du nombre d'onde k du signal électrique S3 et de la distance de déplacement L fournie par le calculateur de distance 35, au moyen de la formule (3): xl = L / K (3) Dans la formule (3), L représente la distance de déplacement du mécanisme de translation 23, 1 représente la longueur d'onde de la lumière LM1, et k représente le nombre d'onde du signal électrique S3. Une seconde réalisation préférée de la présente invention est maintenant décrite en se - 10 - référant aux fig. 4 et 5. La fig. 4 représente une vue en plan de la configuration d'un ondemètre optique selon la seconde réalisation préférée de la présente invention. La fig. 5 représente une vue partielle en perspective, et à plus grande échelle, de la configuration du dispositif de mesure de distance 40 représenté sur la fig. 4. Sur les fig. 4 et 5, les éléments de la seconde réalisation qui sont identiques à ceux de la première réalisation représentée sur les fig. 1 à 3 portent les mêmes références, et leur explication n'est pas reprise. Sur les fig. 4 et 5, le dispositif de mesure de distance 40 consiste en une grille fixe en verre 41, une grille mobile en verre 42, une source lumineuse 43, un récepteur de lumière 44, et un calculateur de distance 45. Sur la fig. 5, la source lumineuse 43 est fixée sur la platine mobile 28 de telle sorte que l'axe optique de la lumière émise par la source soit normal à la direction de déplacement de la platine mobile 28. La grille mobile en verre 42 est fixée sur la platine mobile 28 perpendiculairement à l'axe optique de la lumière émise par la source lumineuse 43. Par ailleurs, la grille fixe en verre 41 est disposée perpendiculairement à l'axe optique de la lumière émise par la source lumineuse 43, en arrière de la grille mobile en verre 42 au-dessus de la platine mobile 28. Un ensemble de bandes en matériau opaque réparties selon un pas déterminé est disposé dans le sens longitudinal de la grille fixe en verre 41 et de la grille mobile en verre 42. La zone dépourvue de barres à la surface de la grille fixe en verre 41 peut réfléchir la lumière. La zone dépourvue de barres à la surface de la grille mobile en verre 42 peut laisser passer la lumière. - 11 - La lumière LM1 de longueur d'onde inconnue à mesurer provenant de la source lumineuse 26 est divisée par le dispositif de fractionnement de rayons 20 en une lumière réfléchie LR3 et une lumière passante Lp3. La lumière réfléchie LR3 est renvoyée par le miroir fixe 21, traverse le dispositif de fractionnement de rayons 20, puis arrive sur le récepteur de lumière 24. La lumière passante Lp3 est réfléchie par le miroir mobile 22, traverse le dispositif de fractionnement de rayons 20, puis arrive sur le récepteur de lumière 24. Lorsque la lumière réfléchie LR3 et la lumière passante Lp3 atteignent le récepteur de lumière 24, étant donné que la lumière réfléchie LR3 et la lumière passante Lp3 interfèrent entre elles sur le récepteur de lumière 24, un signal électrique S3 est fourni par le récepteur de lumière 24 au calculateur de longueur d'onde 27, en réponse à l'intensité de la lumière d'interférence. Si la platine mobile 28 se déplace en translation sur le rail de guidage 29 dans la direction représentée par une flèche sur la fig. 4, du fait de la rotation de la vis à billes 30 entraînée par le moteur 31, le miroir mobile 22 se déplace en fonction du déplacement de la platine mobile 28, et le signal électrique S3 varie en fonction de la variation périodique de l'intensité de la lumière d'interférence due au mouvement du miroir mobile 22. La longueur d'onde du signal électrique S3 correspond à la longueur d'onde de la lumière LM1. Sur la fig. 5, juste au moment o la lumière émise par la source lumineuse 43 traverse la grille mobile en verre 42 en matériau transparent, la lumière est diffractée par la grille mobile en - 12 - verre 42 et des lumières de degrés zéro et supérieurs dans le degré de diffraction sont produites. En outre, les lumières diffractées de degrés zéro et supérieurs sont réfléchies et diffractées par la grille fixe en verre 41 en matériau réfléchissant, traversent à nouveau la grille mobile en verre 42 en étant diffractées, puis atteignent le récepteur de lumière 44. Lorsque la platine mobile 28 se déplace dans la direction représentée par une flèche sur la fig. 5, la phase de la lumière de degrés supérieurs varie, tandis que la phase de la lumière de degré zéro ne varie pas. Ainsi, un signal électrique S5 de forme sinusoïdale correspondant à la différence de phase entre les lumières de degré zéro et supérieurs est obtenu en sortie du récepteur de lumière 44. Le calculateur de distance 45 calcule la distance de déplacement L de la platine mobile 28 à partir du comptage du nombre d'onde du signal électrique S5 et de la longueur d'onde de la lumière émise par la source lumineuse 43 et fournit le résultat du calcul au calculateur de longueur d'onde 27. Le calculateur de longueur d'onde 27 calcule la longueur d'onde inconnue de la lumière LM, à partir du comptage du nombre d'onde k du signal électrique S3 et de la distance de déplacement L fournie par le calculateur de distance 45, au moyen de la formule (3) susmentionnée. - 13 - REVENDICATIONS 1. Un ondemètre optique comprenant: un dispositif de fractionnement de rayons (20) pour diviser une lumière dont la longueur d'onde est à mesurer en une première lumière et une seconde lumière; un miroir fixe (21) pour réfléchir ladite première lumière de façon à la renvoyer dans ledit dispositif de fractionnement de rayons (20); un miroir mobile (22) pour réfléchir ladite seconde lumière de façon à la renvoyer dans ledit dispositif de fractionnement de rayons (20); un mécanisme de translation (23) comportant une platine mobile (28) sur laquelle est fixé ledit miroir mobile (22) et servant & déplacer ledit miroir mobile (22) parallèlement à la direction de l'axe optique de la lumière envoyée sur ledit miroir mobile (22); un récepteur de lumière (24) pour transformer en un signal électrique une lumière d'interférence produite par la synthèse d'une lumière venant dudit dispositif de fractionnement de rayons (20) et dudit miroir fixe (21) et d'une lumière venant dudit dispositif de fractionnement de rayons (20) et dudit miroir mobile (22); un dispositif de mesure de distance (25) pour détecter la distance de déplacement de ladite platine mobile (28); et un calculateur de longueur d'onde (27) afin de calculer la longueur d'onde de ladite lumière à mesurer à partir du nombre d'onde dudit signal électrique et de ladite distance de déplacement. 2. Un ondemètre optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif - 14 - de mesure de distance (25) comprend: une source lumineuse (26) fixée sur ladite platine mobile (28) de telle sorte que l'axe optique de sa lumière soit normal à la direction de déplacement de ladite platine mobile (28); une grille mobile en verre (33) fixée sur ladite platine mobile (28) perpendiculairement audit axe optique selon lequel est envoyée ladite lumière; une grille fixe en verre (32) disposée perpendiculairement audit axe optique entre ladite source lumineuse (26) et ladite grille mobile en verre (33) au-dessus de ladite platine mobile (28), comportant un ensemble de grilles en verre disposées selon un pas approprié à sa surface perpendiculairement à ladite direction de déplacement; un récepteur de lumière (35) pour recevoir une lumière passant à travers ladite grille fixe en verre (32) et ladite grille mobile en verre (33) provenant de ladite source lumineuse (26) et délivrant un signal électrique en fonction du déplacement de ladite platine mobile (28); et un calculateur de distance (36) pour calculer la distance de déplacement de ladite platine mobile (28) à partir du nombre d'onde dudit signal électrique. 3. Un ondemètre optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de mesure de distance (25) comprend: une source lumineuse (26) fixée sur ladite platine mobile (28) de telle sorte que l'axe optique de sa lumière soit normal à la direction de déplacement de ladite platine mobile (28); une grille fixe en verre (32) disposée perpendiculairement audit axe optique au-dessus de - 15 - ladite platine mobile (28), comportant un ensemble de grilles en verre disposées selon un pas approprié à sa surface perpendiculairement à ladite direction de déplacement; une grille mobile en verre (33) fixée sur ladite platine mobile (28) entre ladite source lumineuse (26) et ladite grille fixe en verre (32) perpendiculairement audit axe optique selon lequel ladite lumière est envoyée; un récepteur de lumière (35) pour recevoir une lumière émise par ladite source lumineuse (26) et diffractée par ladite grille fixe en verre (32) et ladite grille mobile en verre (33) et délivrant un signal électrique en fonction du déplacement de ladite platine mobile (28); et un calculateur de distance (36) pour calculer la distance de déplacement de ladite platine mobile (28) à partir du nombre d'onde dudit signal électrique. onf