Brevet FR2852409A1 — publié le 20040917

DISPOSITIF POUR LA GÉNÉRATION D'UNE PORTEUSE DANS UN INTERFÉROGRAMME La présente invention se rapporte au domaine des 5 interférogrammes, c'est-à-dire à l'enregistrement d'une figure d'interférence produite par la superposition de deux ondes. Elle s'applique en particulier, mais non exclusivement, à la création, ou l'obtention d'une porteuse dans les systèmes d'interférogramme dans lesquels on 10 introduit une porteuse pour étudier et analyser les déplacements éventuels de l'objet observé. De façon plus précise, la présente invention s'applique à l'introduction d'une porteuse dans les 15 interférogrammes de type Il interférométrie holographique en temps réel " ou de type " interférométrie holographique double exposition ". On se sert d'interférogrammes pour mesurer, entre autres, d'infimes déformations dans des structures. L'holographie, technique utilisée pour obtenir les interférogrammes, est une méthode d'enregistrement par interférence entre deux faisceaux de lumière cohérente. Le 25 premier de ces faisceaux est issu de la lumière diffusée ou transmise par l'objet. Le second sert de référence. Les deux faisceaux interfèrent sur le support holographique et y enregistrent un hologramme. La relecture ultérieure de cet hologramme par le faisceau de référence reconstruit le front 30 d'onde du premier faisceau tel qu'il était lors de l'enregistrement. Dans l'interférométrie holographique, bien connu de l'homme du métier, dite " en temps réel ", on compare, à 35 l'instant tl, deux fronts d'onde: - un front d'onde enregistré préalablement sur l'hologramme à l'instant tO et restitué par relecture de l'hologramme par un faisceau de référence; ce front d'onde correspondant à l'image de l'objet tel qu'il était à l'instant tO. - le front d'onde en provenance de l'objet et transmis par l'hologramme. Ces deux fronts d'onde interfèrent sur le détecteur, par exemple une caméra mise au point sur l'objet, en produisant ainsi un interférogramme. Dans l'interférométrie holographique, bien connu de l'homme du métier, dite I double exposition ", on compare, à l'instant t2, deux fronts d'onde: - un front d'onde enregistré préalablement sur l'hologramme à l'instant tO et restitué par relecture de 15 l'hologramme par un premier faisceau de référence; ce front d'onde correspondant à l'image de l'objet tel qu'il était à l'instant tO. - un second front d'onde enregistré préalablement sur l'hologramme à l'instant tl et restitué par relecture de 20 l'hologramme par un second faisceau de référence; ce front d'onde correspondant à l'image de l'objet tel qu'il était à l'instant tl. Ces deux fronts d'onde interfèrent sur le détecteur, par exemple une caméra mise au point sur l'objet, en 25 produisant ainsi un interférogramme. Que ce soit en interférométrie "en temps réel "l ou double exposition ", l'analyse de l'interférogramme permet de remonter aux déplacements subis par la surface de l'objet 30 entre les deux instants, tO et tl de la mesure. Il existe deux techniques d'analyse des interférogrammes qui permettent de remonter à la différence de phase entre les deux fronts d'onde. La première technique 35 concerne les techniques de décalage de phase qui nécessitent l'acquisition de plusieurs interférogrammes. La seconde technique ne nécessite qu'un seul interférogramme pour remonter à la variation de phase. Dans ce cas, pour l'analyse avec un seul interférogramme, une fréquence porteuse, ou simplement dénommée " porteuse ", doit être introduite sur l'interférogramme. Ainsi, pour calculer la variation de phase entre les deux fronts d'onde ayant servi à l'acquisition d'un unique interférogramme, il faut introduire une " porteuse " sur l'interférogramme. Cette porteuse est obtenue en 10 introduisant un coin d'air entre les deux fronts d'onde, c'est-à-dire en inclinant légèrement un front d'onde par rapport à l'autre. Cette inclinaison provoque une variation linéaire de la phase suivant un axe de l'image, par exemple x. Cela a pour effet d'introduire des franges dans 15 l'interférogramme. Si l'objet n'a pas bougé entre tO et ti, les franges sont parallèles, perpendiculaires à l'axe x, et équidistantes suivant x. Par contre, si l'objet a bougé 20 entre les deux expositions, les déformations de ces franges nous renseignent sur les déformations subies par l'objet observé. L'analyse de ces déformations peut s'effectuer par différentes méthodes: par Transformée de Fourier, par interpolation des franges, etc.... 25 Les systèmes utilisés pour créer cette porteuse sont, par exemple, de type électro-optique ou de type mécanique en déplaçant un miroir sur le faisceau de référence dans le cas de l'interférométrie " en temps réel " 30 ou l'un des deux faisceaux de référence dans le cas de l'interférométrie " double exposition ". Ces systèmes nécessitent en conséquence un moyen de commande. Ces systèmes sont donc coûteux et présentent par ailleurs l'inconvénient de ne pas pouvoir être envisagés lorsque le 35 matériau holographique étudié est trop épais. La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un système dans lequel aucun déplacement n'est plus nécessaire pour générer la porteuse. Elle propose à cet effet un procédé pour la génération d'une porteuse dans un interférogramme, dans un dispositif d'interférométrie. Pour l'interférométrie " en temps réel ", le procédé 10 comprend une première étape d'enregistrement, sur un hologramme, d'un front d'onde en provenance d'un objet. Lors d'une seconde étape, ce front d'onde est restitué par relecture de l'hologramme par un faisceau de référence. Simultanément, ce front d'onde se superpose à un nouveau 15 front d'onde en provenance de l'objet observé. Pour l'interférométrie " double exposition ", le procédé comprend une première étape d'enregistrement, sur un hologramme, d'un front d'onde en provenance d'un objet. Il comprend une seconde étape, d'enregistrement, sur 20 l'hologramme, d'un nouveau front d'onde en provenance de l'objet. Ces deux fronts d'onde sont restitués par relecture de l'hologramme par deux faisceaux de référence et se superposent. Ainsi, le second front d'onde est obtenu, dans le cas de l'interférométrie Le procédé est caractérisé en ce que les deux susdits fronts d'onde sont polarisés orthogonalement, soit 30 naturellement soit par une étape de modification, et en ce qu'il comprend une étape de passage de ces deux fronts d'onde polarisés orthogonalement par un cristal biréfringent, un polariseur et un détecteur afin de faire interférer lesdits deux fronts d'onde. 35 Selon un premier mode d'exécution de l'invention, l'étape de modification consistera en la modification de l'onde en provenance de l'objet ou de l'onde du faisceau de référence dans le cas de l'interférométrie en " en temps réel ", ou de l'un des deux faisceaux de référence dans le cas de l'interférométrie " double exposition ", grâce à un 5 commutateur électro-optique; cette modification de la polarisation d'une de ces ondes ayant lieu après l'enregistrement de l'hologramme. Selon un second mode d'exécution de l'invention, qui 10 s'applique à l'interférométrie " en temps réel ", dans le cas o la polarisation est obtenue naturellement, le matériau holographique utilisé dans le dispositif d'interférométrie est un matériau anisotrope qui autorise les processus de diffraction anisotrope, à savoir que la 15 polarisation du front d'onde reconstruit par diffraction du faisceau de référence sur l'hologramme est orthogonale à la polarisation du faisceau de référence et à celle du faisceau en provenance de l'objet. La présente invention se rapporte également au dispositif pour la mise en oeuvre du procédé énoncé cidessus, comprenant une pluralité d'objectifs, au moins un milieu holographique, au moins un polariseur, au moins un détecteur, caractérisé en ce qu'il comprend un cristal 25 biréfringent. Selon une possibilité offerte par l'invention, pour réaliser l'étape de modification de l'onde en provenance de l'objet ou de l'onde du faisceau de référence, le dispositif 30 comprend un commutateur électro-optique. Selon un mode d'exécution de l'invention, le cristal biréfringent se présentera sous la forme d'un biprisme biréfringent situé au voisinage d'un plan image, du point de 35 vue optique, de l'objet observé. Selon un second mode d'exécution de l'invention, le cristal biréfringent se présentera sous la forme d'une lame biréfringente. Dans ce cas, la lame biréfringente sera idéalement située à l'infini, d'un point de vue optique, par rapport à l'objet observé. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, et dans le cas de l'interférométrie " en temps réel ", d'un 10 mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées: - la figure 1 illustre une vue schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 2 illustre une vue schématique d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 3 illustre de façon plus précise une partie de la figure 2; - la figure 4 illustre une coupe schématique de la 20 lame biréfringente utilisée dans le second mode de réalisation. Un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention est représenté sur la figure 1 tandis qu'un 25 second mode de réalisation est représenté et expliqué sur les figures 2 à 4. Dans les deux cas, l'introduction du coin d'air entre les deux fronts d'onde s'obtient par l'emploi d'un cristal biréfringent. Dans ces deux cas, pour interférer les deux fronts d'onde polarisés orthogonalement, 30 ces deux fronts d'onde passent par un polariseur commun mis entre le cristal biréfringent et le détecteur. Dans le premier mode d'exécution, il a été omis de représenter le commutateur, ou composant, électro-optique 35 permettant de faire tourner la polarisation d'un des fronts d'onde. Ainsi, il sera supposé que le matériau du milieu holographique 1 utilisé est anisotrope. Ces matériaux anisotropes, lorsqu'ils sont employés dans une configuration de diffraction anisotrope qui ne sera pas décrite plus avant ici car bien connue de l'homme du métier, ont pour conséquence que le faisceau diffracté est polarisé 5 orthogonalement à la polarisation du faisceau objet. Dans ce cas, les deux fronts d'onde employés pour créer l'interférogramme sont polarisés orthogonalement sans nécessiter l'emploi d'un quelconque commutateur électrooptique. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le polariseur 2 a pour fonction de s'assurer que le faisceau incident sur le milieu holographique 1 est bien polarisé. L'objectif, ou lentille, 3 permet de former l'image de 15 l'objet au voisinage du centre du biprisme biréfringent 4. Ce biprisme 4 est, par exemple, un biprisme de " Wallaston "1, de " Rochon "l ou de " Nomarski ", bien connus de l'homme du métier. On choisit les polarisations orthogonales des deux fronts d'onde de telle sorte qu'elles correspondent aux deux lignes neutres du biprisme 4. Cela a pour effet d'introduire un angle entre les fronts d'onde. Les polarisations des deux fronts d'onde sont ensuite projetées sur un même polariseur 25 5. Le système optique formé des deux lentilles 6 et 7 permet de reformer l'image de l'objet 8 sur le détecteur 9, en l'occurrence la caméra de détection sur laquelle se forme l'interférogramme avec les franges de la porteuse. Le pas des franges de cette porteuse est défini par les 30 caractéristiques du biprisme 4. Pour que les franges soient localisées sur l'objet 8, le plan de séparation des faisceaux doit être situé au voisinage d'une image ce qui impose de mettre le biprisme 4 35 au voisinage d'une image de l'objet observé. Dans le second mode de réalisation, les différents éléments présents dans le premier mode de réalisation sont également présents mais au lieu d'employer un biprisme 4 mis au voisinage d'un plan image de l'objet 8, une lame 5 biréfringente 10 qui est cette fois-ci placée, ou située, à l'infini (selon la compréhension optique du terme " infini ") par rapport à l'objet, l'infini étant ramené au foyer de la lentille 6 sur la figure 2. Comme cela est illustré sur la figure 3, à chaque élément (pixel) de l'image est associé un cône de lumière 11. Dans le cas o la pupille optique serait située à l'infini, l'axe de ce cône est le même pour tous les pixels de l'image et est parallèle à l'axe z du montage. 15 À l'infini, donc dans le plan de la lame biréfringente 10, à chaque pixel correspond donc un pinceau de lumière parallèle. L'angle que fait ce pinceau de lumière avec l'axe z du montage dépend uniquement de la position du 20 pixel suivant l'axe x. La lame biréfringente 10, optiquement uniaxe d'axe x', est coupée de sorte que l'axe optique fasse un angle O avec l'axe x du montage, comme représenté sur la figure 4, 25 l'optimum se trouvant à 0 = 45 . Dans la figure 4, les axes x et z représentent les axes du montage tels qu'ils apparaissent sur la figure 3. Par ailleurs, x' est la direction de l'axe optique et la 30 courbe 12 représente l'ellipsoïde des indices. Ainsi, il est possible de montrer que la lame biréfringente 10 introduit entre les deux composantes de polarisation, c'est-à-dire suivant x et y définis sur la 35 figure 3, un retard optique qui, au premier ordre, est proportionnel à l'angle È, donc proportionnel à la position Xo du pixel considéré. Dans le plan de la caméra 9, on obtient donc une porteuse dont les franges sont parallèles à l'axe y. Le pas de la porteuse dépend des caractéristiques de la lame, de son épaisseur, de la biréfringence et de sa coupe. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la génération d'une porteuse dans un interférogramme, dans un dispositif d'interférométrie soit de type " interférométrie holographique en temps réel ", soit de type "interférométrie holographique double exposition ", comprenant une première étape d'enregistrement, sur un hologramme, d'un premier front d'onde en provenance d'un objet (8), la génération 10 d'un second front d'onde, les deux fronts d'onde étant superposés, caractérisé en ce que les deux susdits fronts d'onde qui se superposent sont polarisés orthogonalement, soit naturellement soit par une étape de modification, et en ce qu'il comprend une étape de passage de ces deux fronts 15 d'onde polarisés orthogonalement par un cristal biréfringent, un polariseur et un détecteur (9) afin de faire interférer lesdits deux fronts d'onde. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en 20 ce que le premier front d'onde est restitué, dans le cas de l'interférométrie " en temps réel ", par relecture de l'hologramme par un faisceau de référence; ce premier front d'onde se superposant au second front d'onde en provenance de l'objet observé. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second front d'onde est obtenu, dans le cas de l'interférométrie " double exposition ", par enregistrement d'un nouveau front d'onde en provenance de l'objet. 30 4. Procédé selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de modification consiste en la modification de l'onde en provenance de l'objet (8) ou de l'onde du faisceau de 35 référence dans le cas de l'interférométrie " en temps réel ", ou de l'un des deux faisceaux de référence dans le cas de l'interférométrie " double exposition ", grâce à un il commutateur électro-optique; cette modification de la polarisation d'une de ces ondes ayant lieu après l'enregistrement de l'hologramme. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'interférométrie " en temps réel ", dans le cas o la polarisation est obtenue naturellement, le matériau holographique 1 utilisé dans le dispositif d'interférométrie est un matériau anisotrope. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant une pluralité d'objectifs (3, 6, 7) , ou lentilles, au moins un polariseur (5), au moins un milieu holographique (1), au 15 moins un détecteur (9), caractérisé en ce qu'il comprend un cristal biréfringent. 7. Dispositif l selon la revendication 6, caractérisé en ce que le cristal biréfringent se présente 20 sous la forme d'un biprisme biréfringent (4). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le cristal biréfringent se présente sous la forme d'une lame biréfringente (10). 25 9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la lame biréfringente (10) est située à l'infini, d'un point de vue optique, par rapport à l'objet (8) observé. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le biprisme (4) est placé à proximité d'une image de l'objet (8).