Brevet FR2883075A1 — publié le 20060915

L'invention concerne un dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable permettant le positionnement de l'un d'au moins deux éléments optiques avec une grande précision et un spectromètre l'incorporant. On entend par éléments optiques des éléments tels que des réseaux de diffraction, des filtres, des miroirs, etc... nécessitant une grande précision pour leur orientation et une grande stabilité une fois qu'ils sont positionnés. Ces éléments sont généralement utilisés dans des dispositifs spectrométriques pour spectromètres Raman ou autres dans lesquels l'un de ces éléments est orienté sur le chemin d'un faisceau optique incident. On connaît des dispositifs à tourelle comme ceux des brevets US 5 280 338 et US 5 767 965 qui permettent de sélectionner l'un des éléments optiques supportés par la tourelle, pour la placer sur un chemin optique prédéterminé. Cette tourelle est mobile en rotation autour d'un axe par rapport à un bâti et permet de positionner l'un des éléments optiques qu'elle porte. Elle est solidaire d'un pignon assurant son entraînement. Dans le brevet US 5 767 965, le pignon comprend des moyens de blocage sur sa surface périphérique qui permettent, à l'aide d'un doigt de blocage, de bloquer la tourelle de façon à ce qu'un faisceau optique se réfléchisse sur un élément optique sélectionné. Après de multiples sélections d'éléments optiques et de multiples blocages, le dispositif de blocage fini par avoir du jeu dû à l'usure des pièces généralement métalliques, frottant les unes sur les autres. L'usure des pièces métalliques est particulièrement gênante dans les dispositifs optiques puisque des particules métalliques sont susceptibles de venir se déposer sur les éléments optiques, entraînant une perturbation de la mesure. De plus, le jeu dans le dispositif de blocage engendre une moins bonne stabilité des éléments optiques et par conséquent des mesures par les spectromètres moins précises et moins reproductibles. Ainsi, l'objectif de la présente invention est de proposer un dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable permettant le positionnement de l'un d'au moins deux éléments optiques avec une grande précision, sans jeu possible et sans usure des pièces. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable permettant le positionnement de l'un d'au moins deux éléments optiques avec une grande précision comprenant: - un bâti, - une tourelle comportant: É un porte éléments, pour au moins deux éléments optiques, mobile en rotation autour d'un axe de façon à positionner l'un des éléments optiques, É un disque solidaire du porte-éléments, ayant une surface périphérique et au moins deux moyens de blocage sur ladite surface périphérique, chaque moyen de blocage correspondant à un élément optique, - un moteur entraînant la tourelle par rapport au bâti, - une butée d'arrêt de la tourelle. Selon l'invention: - la butée d'arrêt de la tourelle est mobile autours d'un axe de façon à former une butée rétractable, - le disque est une roue à rochet coopérant avec la butée d'arrêt, la butée se rétractant lors de la rotation du disque dans le sens direct et bloquant le disque de façon à positionner avec une grande précision un des éléments optiques lors de la rotation du disque en sens inverse. Dans différents modes de réalisation possibles, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes qui pourront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles et apportent chacune des avantages spécifiques: -un contacteur commande le moteur et son sens de rotation selon l'orientation du porteéléments, - le moteur est un moteur fonctionnant en courant continu générant deux sens de rotation, un premier sens de rotation pour le choix de l'élément optique actif et un deuxième sens de rotation pour l'orientation précise de la tourelle, - le circuit de commande du moteur comporte une diode montée en parallèle avec une première résistance, une seconde résistance montée en série avec l'ensemble formé de la première résistance et de la diode, ladite diode court-circuitant la première résistance pour le deuxième sens de rotation, - la butée est contre bloquée par une contre butée fixée au bâti, - la butée comprend un élément anti-frottement en contact avec la surface périphérique de la roue à rochet de sorte que la butée rétractable se rétracte et se contracte en fonction du relief de la surface périphérique de la roue à rochet sans frottement, - l'élément anti-frottement est une roulette, - les moyens de blocage de la roue à rochet comprennent un 20 évidement en forme de demi-cylindre adapté à la forme de la roulette. L'invention concerne également un système spectrométrique comprenant une fente d'entrée, au moins deux éléments optiques à sélectionner, un orifice de sortie et des miroirs de sorte qu'un faisceau lumineux provenant de la fente d'entrée est réfléchi sur l'élément optique sélectionné et dirigé vers l'orifice de sortie. Selon l'invention, le spectromètre comprend au moins un dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable comportant les éléments optiques. Dans un mode de réalisation préféré, les éléments optiques sont des réseaux de diffraction. L'invention concerne aussi un procédé de positionnement d'éléments optiques comprenant une étape de rotation d'une tourelle porte éléments, pour au moins deux éléments optiques, dans un sens de rotation direct pour le choix de l'élément optique actif. Selon l'invention, le procédé comprend une étape de blocage de la tourelle par contact d'un moyen de blocage avec une butée par rotation en sens inverse assurant l'orientation précise de l'un des éléments optiques. L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est une représentation de l'invention selon un premier mode de réalisation; - La figure 2 est une représentation détaillée de l'invention selon un premier mode de réalisation; - La figure 3 est une représentation du schéma électrique du circuit de commande selon l'invention; - La figure 4 est une représentation de la butée selon un premier mode de réalisation de l'invention; - La figure 5 est une représentation du moyen de blocage selon un premier mode de réalisation de l'invention; - La figure 6 est une représentation d'une tourelle Notch selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; - La figure 7 est une représentation schématique de l'invention selon un troisième mode de réalisation de l'invention; - La figure 8 est une représentation d'un système spectrométrique pour spectromètre Raman selon le premier ou le deuxième mode de réalisation de l'invention; La figure 1 est une représentation de l'invention selon un premier mode de réalisation. Elle montre un dispositif à butée rétractable permettant le positionnement de l'un d'au moins deux éléments optiques avec une grande précision. Le dispositif à butée rétractable comprend un bâti 1 composé d'un socle 10 et d'un bras 24. Il comprend également une tourelle 2 comportant un porte éléments 3 pouvant supporter au moins deux éléments optiques. La tourelle 2 est mobile en rotation autour d'un axe de façon à positionner l'un des éléments optiques sélectionné devant un faisceau lumineux 22 de façon à ce qu'il soit réfléchi ou transmis. Sur la figure 1, la tourelle 2 est particulièrement adaptée pour des éléments optiques, tels des réseaux de diffraction, réfléchissant le faisceau lumineux 22. Le dispositif à butée rétractable comprend un disque 4 solidaire du porteéléments 3. Le disque 4 présente une surface périphérique 5 et au moins deux moyens de blocage 6 sur cette surface périphérique. Chaque moyen de blocage 6 correspond à un élément optique. Sur les figures 1 à 6, le disque 4 du dispositif selon l'invention comporte quatre moyens de blocage correspondant à quatre éléments optiques 23. Un moteur 7, représenté sur la figure 2, solidaire au bâti 1, entraîne la tourelle 2 par rapport au bâti 1. Un galet 15, pouvant avoir un engrenage externe 16, transfère le couple du moteur 7 à la roue à rochet 4 qui comprend un engrenage interne 17 en contact avec l'engrenage externe 16 du galet 15. Le moteur 7 fonctionne en courant continu générant deux sens de rotation, un premier sens de rotation pour le choix de l'élément optique actif et un deuxième sens de rotation pour l'orientation précise de la tourelle 2. L'orientation précise de la tourelle 2 comprend une étape de blocage décrite ci-dessous. Une butée d'arrêt 9 de la tourelle est mobile, par rapport au socle 10, autours d'un axe de façon à former une butée rétractable. La butée 9 se contracte ou se rétracte suivant le relief de la surface périphérique 5 du disque 4. La butée 9 est reliée à un ressort 11 fixé à un élément 25 du bâti 1. Ce ressort 11 agit en compression de façon à appuyer la butée 9 contre la surface périphérique 5 du disque 4. Le disque 4 est une roue à rochet coopérant avec la butée d'arrêt 9. La butée 9 se rétracte lors de la rotation du disque 4 dans le sens direct et bloque le disque 4 de façon à positionner avec une grande précision un des éléments optiques lors de la rotation du disque 4 en sens inverse. Le dispositif à butée rétractable comprend un contacteur 8 qui commande le moteur 7 ainsi que son sens de rotation selon 35 l'orientation du porte-éléments 3. Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 1 à 5, ce contacteur 8 est fixé sur la partie supérieure du bras 24 du bâti 1. II permet de repérer la position des éléments optiques par rapport à la butée 9. Dans le sens direct de rotation de la tourelle 2, lorsque la butée 9 dépasse un moyen de blocage 6 de la roue à rochet 4, elle se rétracte. Parallèlement, le contacteur 8 commande au moteur 7 une rotation de la tourelle 2 en sens inverse de façon à ce que la butée 9 vienne s'appuyer contre le moyen de blocage 6 du disque 4. Le disque est maintenu bloqué par le moteur 7 qui continu à entraîner la tourelle 2 dans le sens de rotation inverse. La figure 3 représente le schéma électrique du circuit de commande du moteur 7 comportant une diode 36 montée en parallèle avec une première résistance 37, une seconde résistance 38 montée en série avec l'ensemble formé de la première résistance 37 et de la diode 36, une carte de commande 39 et un ensemble de contacteurs 40. Si les contacteurs SWO, SW1, SW2 et SW3 sont ouverts, V+>V_ le moteur 7 tourne dans un sens. Si l'un des contacteurs SWO, SW1, SW2 et SW3 est fermé, V+ Dans le sens de rotation direct (le sens permettant le changement des éléments optiques) la résistance 37 est court-circuitée. La résistance 38 seule permet de limiter le courant dans le moteur 7. Cette résistance 38 a une valeur faible afin de ne pas trop réduire le couple du moteur 7. Dans l'autre sens de rotation (le sens permettant le positionnement en butée), les résistances 37 et 38 en série permettent de limiter le courant dans le moteur 7 et donc de diminuer le couple de maintien du moteur 7 lorsque le dispositif est bloqué en butée. La valeur de la résistance 37 est optimisée selon le couple de maintien désiré. Le moteur 7 peut comprendre un réducteur de vitesse. Lorsque la tourelle 2 est bloquée, la butée 9 est contre 35 bloquée par une contre butée 12 fixée au socle 10 du bâti 1. Dans la direction de la force de maintien, il n'y a aucun jeu mécanique. La contre butée 12 maintient l'ensemble butée 9 et disque 4 sans jeu possible. Elle permet d'éliminer la sollicitation du disque sur l'axe 26 autour duquel la butée 9 est mobile. Le disque 4 engendre une force parallèle à la butée 9, dirigée vers la contre butée 12. Sans contre butée 12, cette force entraîne la déformation de l'axe 26 provoquant du jeu dans le blocage de la tourelle 2. La position des éléments optiques devient moins précise. Les éléments optiques d'un spectromètre sur la figure 5 peuvent alors bouger pendant les mesures qui deviennent aussi moins précises et moins reproductibles. La précision de repositionnement n'est dépendante que de la déformation des éléments 4, 9 et 12. Ces éléments sont fabriqués dans un matériau résistant afin de limiter les déformations. La butée joue le rôle d'une cale d'épaisseur entre le disque 4 et la contre butée 12. Les figures 4 et 5 montrent les deux extrémités de la butée 9 avec plus de détails. Chacune de ses extrémités comprend sur sa surface une demisphère 27 et 28 de contact avec la surface de la contre butée et la surface 29 du moyen de blocage du disque respectivement. Ces demi-sphères 27 et 28 sont en matériau dur de type acier. Elles minimisent la surface de contact entre la butée 9 et les surfaces sur lesquelles elle s'appuie de sorte à minimiser les frottements. Le mouvement de la butée 9 est plus fluide. La minimisation des frottements réduit la quantité de débris ou de poussières métalliques sur les éléments optiques. La butée 9 comprend un élément anti-frottement 13, à l'une de ses extrémités, en contact avec la surface périphérique 5 de la roue à rochet de sorte que la butée rétractable 9 se rétracte et se contracte en fonction du relief de la surface périphérique 5 de la roue à rochet sans frottement. Ceci permet également de réduire la quantité de débris ou de poussières métalliques sur les éléments optiques, de réduire l'usure de la surface périphérique 5 du disque 4 et d'éviter l'usure des angles 35 de la butée. Dans un mode de réalisation préféré, l'élément anti-frottement 35 peut être une roulette 13. Les surfaces 29 des moyens de blocage 6 de la roue à rochet comprennent un évidement 14 en forme de demi-cylindre adapté à la forme de la roulette 13. Lors du blocage de la tourelle 2, une partie de la roulette est encastrée dans l'évidemment 14 de façon à ce que la roulette ne soit pas en contact avec la surface 29 du moyen de blocage 6, le disque exerçant une force sur la butée 9. Ceci permet d'éviter la déformation de la roulette 13 lors du blocage de la tourelle 2. Les éléments optiques peuvent être des réseaux de diffraction, des filtres coupe-bandes (Notch, Edge,...), des miroirs,.... La figure 6 représente un dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable pour filtre Raman Notch selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La tourelle 2 est communément appelée tourelle Notch. La figure 6 représente comme exemple une tourelle 2 comprenant quatre filtres Notch 41 associés à quatre miroirs 43. Seuls trois filtres Notch 41 et trois miroirs 43 sont visibles sur la figure 6. Les quatrième filtre et quatrième miroirs se situent en dessous du socle 10. La surface du disque 4 est perpendiculaire au socle 10. Lorsque la butée 9 bloque le disque 4, un filtre Raman Notch 41 et un miroir 43 sont sélectionnés. Ces éléments actifs se situent à gauche du disque 4. Une source laser émet un faisceau laser 44 qui est réfléchi sur le miroir 43 vers le filtre Notch 41. Ce faisceau laser 44 est filtré dans un premier sens par le filtre Notch 41. Seul le rayonnement électromagnétique excitateur est réfléchi sur le filtre 41. Il en résulte un faisceau excitateur 45, dont la bande spectrale correspond à la longueur d'onde du rayonnement excitateur, se dirigeant vers l'échantillon. La bande spectrale complémentaire indésirable (raie Raman) est transmise par le filtre 41. Le faisceau excitateur 45 éclaire l'échantillon qui réémet un rayonnement électromagnétique comprenant les informations spectrales caractéristiques de l'échantillon et la bande spectrale caractéristique de la raie Raman. Il en résulte un faisceau 46 se dirigeant en sens inverse du faisceau excitateur 45. Une partie de ce faisceau 46 comprenant la bande spectrale caractéristique de l'échantillon est transmise par le filtre 41 vers le spectrographe. Le rayonnement comprenant la bande spectrale d'excitation est réfléchi sur le filtre 41. La figure 7 représente un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel la butée 30 et la contre butée 31 sont disposées différemment. Le contacteur est fixé sur le socle du bâti, en contact avec la surface périphérique du disque. La butée d'arrêt 30 de la tourelle est mobile autours d'un axe 34 de façon à former une butée rétractable. Le disque 4 est une roue à rochet coopérant avec la butée d'arrêt 30. La butée 30 se rétracte lors de la rotation du disque 4 dans le sens direct et bloque le disque 4 de façon à positionner un des éléments optiques lors de la rotation du disque 4 en sens inverse. La butée:30, contre bloquée par une contre butée 31, bloque le disque 4. La butée 30 exerce une force de maintien 33, sur la contre butée 31, perpendiculaire à la butée 30. L'invention concerne également un système spectrométrique représenté sur la figure 8 comprenant une fente d'entrée, au moins deux éléments optiques à sélectionner, un orifice de sortie 18 et des miroirs 21 de sorte qu'un faisceau lumineux 22 provenant de la fente d'entrée 18 est réfléchi sur l'élément optique 19 sélectionné ou transmis à travers cet élément optique 19 sélectionné puis dirigé vers l'orifice de sortie 20. Selon l'invention, il comprend au moins un dispositif à butée rétractable 23 comportant les éléments optiques. Le dispositif à butée rétractable 23 permet de sélectionner un élément optique 19 d'au moins deux éléments de la tourelle 3. Le dispositif à butée rétractable 23 peut être utilisé dans des systèmes spectrométriques de spectromètres de type Raman ou autres spectromètres nécessitant une grande précision pour l'orientation des éléments. Ces éléments peuvent être des éléments opto-mécaniques. Ainsi, le dispositif à butée rétractable selon l'invention procure un repositionnement automatique et très précis des éléments optiques sélectionnés sans jeu possible (très stable). Les éléments constituant le dispositif sont moins sollicités par le frottement et s'usent donc moins. La durée de vie du dispositif est augmentée et les éléments optiques du système spectrométrique sont moins contaminés par les poussières ou les débris dus à l'usure. REVENDICATIONS 1. Dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable permettant le positionnement de l'un d'au moins deux 5 éléments optiques avec une grande précision comprenant: - un bâti (1), -une tourelle (2) comportant: É un porte éléments (3), pour au moins deux éléments optiques, mobile en rotation autour d'un axe de façon à 10 positionner l'un des éléments optiques, É un disque (4) solidaire du porte-éléments (3), ayant une surface périphérique (5) et au moins deux moyens de blocage (6) sur ladite surface périphérique, chaque moyen de blocage (6) correspondant à un élément optique, - un moteur (7) entraînant la tourelle (2) par rapport au bâti (1), - une butée d'arrêt (9) de la tourelle, caractérisé en ce que: - la butée d'arrêt (9) de la tourelle est mobile autours d'un axe 20 (26) de façon à former une butée rétractable, - le disque (4) est une roue à rochet coopérant avec la butée d'arrêt (9), la butée (9) se rétractant lors de la rotation du disque (4) dans le sens direct et bloquant le disque (4) de façon à positionner avec une grande précision un des éléments optiques lors de la rotation du disque (4) en sens inverse. 2. Dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un contacteur (8) commande le moteur (7) et son sens de rotation selon l'orientation du porteéléments (3). 3. Dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur (7) est un moteur fonctionnant en courant continu générant deux sens de rotation, un premier sens de rotation pour le choix de l'élément optique actif et un deuxième sens de rotation pour l'orientation précise de la tourelle (2). 4. Dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de commande du moteur comporte une diode (36) montée en parallèle avec une première résistance (37), une seconde résistance (38) montée en série avec l'ensemble formé de la première résistance (37) et de la diode (36), ladite diode (36) court-circuitant la première résistance (37) pour le deuxième sens de rotation. 5. Dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la butée (9) est contre bloquée par une contre butée (12) fixée au bâti (1). 6. Dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la butée (9) comprend un élément anti- frottement (13) en contact avec la surface périphérique (5) de la roue à rochet de sorte que la butée rétractable (9) se rétracte et se contracte en fonction du relief de la surface périphérique (5) de la roue à rochet sans frottement. 7. Dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée 20 rétractable selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément anti-frottement est une roulette (13). 8. Dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de blocage (6) de la roue à rochet comprennent un évidement (14) en forme de demicylindre adapté à la forme de la roulette (13). 9. Système spectrométrique comprenant une fente d'entrée, au moins deux éléments optiques à sélectionner, un orifice de sortie (18) et des miroirs (21) de sorte qu'un faisceau lumineux (22) provenant de la fente d'entrée (18) est réfléchi sur l'élément optique sélectionné (19) et dirigé vers l'orifice de sortie (20), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de positionnement d'éléments optiques à butée rétractable (23) comportant lesdits éléments optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Spectromètre selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments optiques sont des réseaux de diffraction. 11. Procédé de positionnement d'éléments optiques comprenant une étape de rotation d'une tourelle (2) porte éléments, pour au moins deux éléments optiques, dans un sens de rotation direct pour le choix de l'élément optique actif, caractérisé en ce qu'il comprend - une étape de blocage de la tourelle par contact d'un moyen de blocage avec une butée par rotation en sens inverse assurant 10 l'orientation précise de l'un des éléments optiques.