Brevet FR2702834A1 — publié le 19940923

PROCEDE ET DISPOSITIF OPTIQUES DE DETERMINATION D'ORIENTATIONS DE PIE CES La présente invention concerne un procédé et un dispositif optiques de détermination d'orientations relatives d'au moins deux pièces et leur application au positionnement de ces dernières. Pour mesurer des distances et des variations de distance, on utilise depuis longtemps des interféromètres, par exemple du type Michelson, représentés en figure 1 du dessin annexé, dans lesquels un faisceau incident monocromatique I est séparé par une lame séparatrice 2 en un faisceau de référence 3 et un faisceau de mesure 4 qui sont renvoyés vers cette lame séparatrice 2 par des surfaces réfléchissantes, formées par exemple par des miroirs 5 et 6, pour être recombinées en un faisceau résultant 7. Si les chemins optiques parcourus par le faisceau de référence 3 et le faisceau de mesure 4 sont distincts, les ondes électromagnétiques de ces derniers sont déphasés et on peut observer sur un plan d'observation 8 placé sur le faisceau résultant 7 des franges d'interférence 9 et 10 alternativement claires et sombres comme l'illustre la figure 2 du dessin annexé. Si l'on déplace par exemple le miroir 6 dans la direction du faisceau de mesure 4 et si l'on place une fente dans le plan 8, on verra défiler des franges sombres et lumineuses au travers de cette fente, le passage de deux franges sombres correspondant à un déplacement du miroir 6 d'une demi longueur d'onde.Le pas et l'orientation des franges ainsi observés dépendent de l'orientation relative des deux miroirs 5 et 6 et plus exactement des faisceaux réfléchis par ces derniers, après recombinaison par la lame séparatrice 2. Actuellement, les opérateurs font apparaître les franges précitées et modifient leur pas et leur orientation par observation de ces dernières dans le plan 8, par tâtonnement, en faisant varier l'orientation des surfaces réfléchissantes 5 et 6 l'une par rapport à l'autre. Cette opération est longue et particulièrement fastidieuse et, de plus, l'opérateur ne peut être sûr que les surfaces réfléchissantes 5 et 6 soient disposées dans des positions relatives permettant l'observation des franges dans des conditions optimums. L'un des buts de la présente invention est de remédier à cet inconvénient. La présente invention a tout d'abord pour objet un procédé optique de détermination d'orientations relatives d'une pièce de référence présentant une surface réfléchissante et d'au moins une pièce à observer présentant une surface réfléchissante. Ce procédé selon l'invention consiste à émettre un faisceau incident de lumière parallèle, à séparer ce faisceau incident en un faisceau de référence de lumière parallèle et un faisceau de mesure de lumière parallèle qui se réfléchissent respectivement sur les surfaces précitées de la pièce de référence et de la pièce à observer, à recombiner les faisceaux réfléchis en un faisceau résultant comprenant un faisceau émergeant de référence et un faisceau émergeant de mesure, à focaliser sur un plan focal ces deux faisceaux émergeants, et à observer les taches lumineuses produites dans ce plan focal par le faisceau émergeant de référence et le faisceau émergeant de mesure, la disposition de ces taches l'une par rapport à l'autre étant représentative de l'orientation des surfaces réfléchissantes desdites pièces. Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à émettre le faisceau de mesure de lumière parallèle en direction d'une surface réfléchissante d'une seconde pièce à observer pour produire une tache lumineuse dans le plan focal précité par le faisceau émergeant de mesure associé à cette seconde pièce, la disposition de la tache lumineuse associée à cette seconde pièce et/ou celle associée à ladite première pièce et/ou celle associée à ladite pièce de référence étant représentative de l'orientation des surfaces réfléchissantes desdites pièces les unes par rapport aux autres. Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à régler l'orientation d'au moins l'une desdites pièces de telle sorte que les taches précitées qui leur sont associées soient dans des dispositions relatives particulières auxquelles correspondent des orientations relatives particulières des surfaces réfléchissantes précitées de ces pièces. Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à régler l'orientation au moins l'une desdites pièces de telle sorte que les taches précitées qui leur sont associées soient confondues. Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à régler l'orientation d'au moins l'une desdites pièces de telle sorte que les taches précitées qui leur sont associées soient sur l'axe optique général. La présente invention a également pour objet un dispositif optique de détermination d'orientations relatives d'une pièce de référence présentant une surface réfléchissante et d'au moins une pièce à observer présentant une surface réfléchissante, en particulier pour la mise en oeuvre du procédé précité. Selon l'invention, le dispositif comprend des moyens pour émettre un faisceau incident de lumière parallèle, des moyens pour séparer ce faisceau incident en un faisceau de référence de lumière parallèle et un faisceau de mesure de lumière parallèle, respectivement en direction de la pièce de référence et de la pièce à observer, et pour recombiner les faisceaux réfléchis en un faisceau résultant consistant en un faisceau émergeant de référence et un faisceau émergeant de mesure, des moyens pour focaliser sur un plan focal ces deux faisceaux émergeants, et des moyens pour observer les taches lumineuses produites dans ce plan focal par le faisceau émergeant de référence et le faisceau émergeant de mesure. Selon l'invention, les moyens d'émission précités comprennent de préférence une source de lumière, un condenseur qui focalise cette source sur un trou source et une lentille qui forme une image du trou source à l'infini. Selon l'invention, les moyens de séparation et de recombinaison précités comprennent de préférence une lame semiréfléchissante ou un cube séparateur. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un dispositif optique de détermination d'orientations relatives et de réglage de pièces réfléchissantes décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré schématiquement par les figures 3 et 4 du dessin annexé. En se reportant à la figure 3, on voit que le dispositif optique représenté, qui est repéré d'une manière générale par la référence 11, présente une structure correspondant à celle d'un interféromètre du type Michelson. Ce dispositif comprend une source émettrice de lumière de lumière 12, de préférence ponctuelle ou collimatée comme celle des lasers et un dispositif optique collimateur repéré d'une manière générale par la référence 13 qui transforme la lumière émise par la source 12 en un faisceau incident de lumière parallèle 14. Dans l'exemple, ce dispositif optique collimateur comprend un condenseur 15 qui focalise la source lumineuse sur un trou source 16 et une lentille 17 qui forme une image du trou source 16 à l'infini, formant ainsi le faisceau incident de lumière parallèle 14. Sur le faisceau incident 14 est disposée, dans l'exemple à 45 , une lame séparatrice 18 semi-réfléchissante qui divise le faisceau incident 14 d'une part en un faisceau de référence 19 de lumière parallèle qui va en direction de la surface réfléchissante 20 d'un miroir de référence 21 et d'autre part en un faisceau de mesure 22 de lumière parallèle qui va en direction d'une surface ou zone 23 réfléchissante d'une pièce 24.La lame séparatrice 18 semi-réfléchissante pourrait avantageusement être remplacée par un cube séparateur Le faisceau de référence 19 et le faisceau de mesure 22 sont respectivement réfléchis par le miroir 21 et la pièce 24 en un faisceau réfléchi de référence 25 et un faisceau réfléchi de mesure 26 qui vont en direction de la lame séparatrice 18 et qui se recombinent pour former un faisceau résultant 27 qui est en fait constitué des faisceaux émergeants 28 et 29 qui prolongent respectivement les faisceaux réfléchis 25 et 26. Grâce à une lentille focalisatrice 30 placée sur le faisceau résultant 27, les faisceaux émergeants 28 et 29 sont focalisés en deux taches 31 et 32 dans le plan focal 33 de cette lentille 30. Ces taches peuvent avantageusement être visualisées sur un écran translucide placé au plan focal 33. Dans la mesure où la surface réfléchissante du miroir 21 et/ou la surface réfléchissante 23 de la pièce 24 ne sont pas respecti vement perpendiculaires au faisceau de référence 19 et au faisceau de mesure 22, le faisceau réfléchi de référence 25 et le faisceau réfléchi de mesure 26 ne coïncident pas avec le faisceau de référence 19 et le faisceau de mesure 22. Il en résulte que la tache 31 et/ou la tâche 32 produites dans le plan focal 33 de la lentille 30 par les faisceaux émergeants 28 et 29 ne coïncident pas avec le centre 34 du plan focal 33 placé sur l'axe optique de la lame séparatrice 18, en correspondance avec l'axe optique du faisceau incident 14. En agissant sur les moyens de réglage 35 de structure connue, par exemple à vis-écrou et rotule, qui permettent de régler en orientation la surface réfléchissante 20 du miroir 21 et/ou en agissant sur les moyens de réglage 36 de structure connue, par exemple à visécrou et rotule, qui permettent de régler en orientation la surface réfléchissante 23 de la pièce 24, l'opérateur peut rapprocher les tâches 31 et 32 qu'il peut voir dans le plan focal 33 ou, mieux, les disposer en coïncidence. L'opérateur amène ainsi le faisceau résultant 27 dans des conditions d'observation de franges par exemple dans un plan 37 qui est perpendiculaire à l'axe optique précité et qui est disposé en aval du plan focal 33. Pour obtenir des franges dans des conditions optimum, l'opérateur peut agir sur les moyens de réglage 35 et 36 de manière à amener les tâches 31 et 32 en superposition du centre 34 du plan focal 33. Les conditions ci-dessus d'obtention de franges d'interférence sont d'autant plus optimales que les chemins optiques séparant la lame séparatrice 18 respectivement du miroir 21 et de la pièce 24 sont proches de l'égalité ou égaux. Il résulte immédiatement de ce qui précède que l'opérateur peut, en observant la position en x et y des tâches 31 et 32 dans le plan focal 33 de la lentille 30 connaître l'orientation de la surface réfléchissante 20 du miroir 21 et l'orientation de la surface réfléchissante 23 de la pièce 24 respectivement par rapport aux axes optiques du faisceau de référence 19 et du faisceau de mesure 22. L'opérateur peut ainsi en déduire les orientations relatives des surfaces réfléchissantes 20 et 23 du miroir 21 et de la pièce 24. Par ailleurs, on voit sur la figure 4 que la pièce 24 peut être entourée à faible distance par une pièce 38 qui présente également une surface ou zone réfléchissante 39 également disposée dans le faisceau de mesure 22. Comme précédemment, le disposititf 11 permet de faire apparaître une tâche 40, visible sur la figure 3, dans le plan focal 33 de la lentille 30, le faisceau réfléchi de mesure correspondant et le faisceau émergeant correspondant n'ayant pas été représentés sur la figure pour ne pas la surcharger. A cette tâche 40, peuvent être attribués les mêmes caractéristiques et avantages que ceux de la tâche 32 associée à la surface réfléchissante 23 de la pièce 24. En outre, l'opérateur peut observer dans le plan focal 33, par détermination en x et en y, l'orientation relative de la surface réfléchissante 23 de la pièce 24 par rapport à la surface réfléchissante 39 de la pièce 38. En agissant sur les moyens de réglage en orientation 36 de la pièce 24 qui sont de structure connue, par exemple à vis-écrou et rotule, et/ou en agissant sur les moyens de réglage en orientation 41 de la pièce 39, l'opérateur peut faire en sorte que les tâches 32 et 40 qui leur sont associées soient amenées en coïncidence. Dans cette position des tâches 32 et 40, les surfaces réfléchissantes 23 et 39 des pièces 24 et 38 sont parallèles. Le dispositif 11 qui vient d'être décrit peut en particulier être employé, de manière particulièrement avantageuse, lors de l'insertion et du positionnement d'une puce qui serait constituée par la pièce 24 dans un substrat qui serait constitué par la pièce 38. En effet, le dispositif 1 servirait tout d'abord par exemple à régler en orientation le miroir 21 par rapport à la pièce 38 préalablement installée, de manière à observer des franges, puis à régler correctement la pièce 24 par rapport au miroir 21 et/ou à la pièce 38 de manière également à observer des franges. La présente invention ne se limite pas à l'exemple cidessus décrit. Bien des variantes sont possibles sans sortir du cadre des revendications annexées. RE VENDICA TIONS 1. Procédé optique de détermination d'orientations relatives d'une pièce de référence (21) présentant une surface réfléchissante (20) et d'au moins une pièce à observer (24) présentant une surface réfléchissante (23), caractérisé par le fait qu'il consiste - à émettre un faisceau incident (14) de lumière parallèle, - à séparer ce faisceau incident en un faisceau de référence (19) de lumière parallèle et un faisceau de mesure (22) de lumière parallèle qui se réfléchissent respectivement sur les surfaces précitées de la pièce de référence et de la pièce à observer, - à recombiner les faisceaux réfléchis (25, 26) en un faisceau résultant (27) comprenant un faisceau émergeant de référence (28) et un faisceau émergeant de mesure (29), - à focaliser sur un plan focal (33) ces deux faisceaux émergeants, - et à observer les taches lumineuses (31, 32) produites dans ce plan focal par le faisceau émergeant de référence et le faisceau émergeant de mesure, la disposition de ces taches l'une par rapport à l'autre étant représentative de l'orientation des surfaces réfléchissantes desdites pièces. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à émettre le faisceau de mesure (22) de lumière parallèle en direction d'une surface réfléchissante (39) d'une seconde pièce à observer (38) pour produire une tache lumineuse (40) dans le plan focal précité (33) par le faisceau émergeant de mesure associé à cette seconde pièce, la disposition de la tache lumineuse (40) associée à cette seconde pièce et/ou celle associée à ladite première pièce (24) et/ou celle associée à ladite pièce de référence (21) étant représentative de l'orientation des surfaces réfléchissantes desdites pièces les unes par rapport aux autres. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à régler l'orientation au moins l'une desdites pièces de telle sorte que les taches précitées qui leur sont associées soient dans des dispositions relatives particulières auxquelles correspondent des orientations relatives particulières des surfaces réfléchissantes précitées de ces pièces. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à régler l'orientation au moins l'une desdites pièces de telle sorte que les taches précitées qui leur sont associées soient confondues. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à régler l'orientation au moins l'une desdites pièces de telle sorte que les taches précitées qui leur sont associées soient sur l'axe optique général. 6. Dispositif optique (11) de détermination d'orientations relatives d'une pièce de référence (21) présentant une surface réfléchissante (20) et d'au moins une pièce à observer (24) présentant une surface réfléchissante (23), en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend - des moyens (16, 17) pour émettre un faisceau incident (14) de lumière parallèle, - des moyens (18) pour séparer ce faisceau incident en un faisceau de référence (19) de lumière parallèle et un faisceau de mesure (22) de lumière parallèle, respectivement en direction de la pièce de référence et de la pièce à observer, et pour recombiner les faisceaux réfléchis (25, 26) en un faisceau résultant (27) consistant en un faisceau émergeant de référence (28) et un faisceau émergeant de mesure (29), - des moyens (30) pour focaliser sur un plan focal (33) ces deux faisceaux émergeants, - et des moyens (33) pour observer les taches lumineuses produites dans ce plan focal par le faisceau émergeant de référence et le faisceau émergeant de mesure. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens d'émission précités comprennent une source de lumière (12), un condenseur (15) qui focalise cette source sur un trou source (16) et une lentille (17) qui forme une image du trou source à l'infini. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que les moyens de séparation et de recombinaison précités comprennent une lame semi-réfléchissante (18) ou un cube séparateur.