Brevet FR2899324A1 — publié le 20071005

Domaine de l'invention La présente invention concerne un objectif de capteur installé à la sortie d'une branche de mesure d'une sonde de mesure d'une installation de mesure interférométrique pour saisir la forme, la rugosité ou la distance de la surface d'un objet mesuré, dont l'installation de mesure interférométrique comporte un interféromètre à modulation et la sonde de mesure est reliée optiquement par un dispositif à fibres optiques à l'interféromètre à modulation, l'objectif de capteur comportant un élément de focalisation suivi d'un élément de déflexion pour découpler puis coupler un faisceau de mesure dirigé vers la surface à mesurer puis réfléchi par celle-ci. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un tel objectif de capteur. Etat de la technique Le document DE 198 19 762 Al décrit une installation de mesure interférométrique correspondant au type défini ci-dessus. L'installation de mesure interférométrique comporte un interféromètre à modulation ayant une source de rayonnement cohérente dans l'espace et un premier diviseur de faisceau pour diviser le faisceau en deux fais- ceaux partiels dont l'un est décalé par rapport à l'autre en phase ou en fréquence par une installation de modulation pour réunir ensuite les faisceaux. L'installation comporte également une sonde de mesure qui réunit et combine les faisceaux partiels, divisés en un faisceau traversant une branche de mesure et réfléchi à la surface de l'objet, et en un faisceau de référence passant dans une branche de référence et réfléchi ainsi qu'une unité de réception appropriée. L'interféromètre à modulation, réalisé sous la forme d'un composant, est séparé dans l'espace par rapport à la sonde de mesure pour être couplé à celle-ci par un dispositif à fibres optiques. La branche de mesure et la branche de référence sont formées par des corps solides guidant le faisceau de mesure et le faisceau de référence. A l'entrée de la sonde de mesure il y a une installation de collimation et à la sortie de la branche de mesure, une installation de focalisation suivie d'un élément de déflexion pour découpler puis coupler le faisceau de mesure dirigé vers la surface à mesurer et qui est ensuite réfléchi par celle-ci. En outre, la branche de mesure comporte au moins un autre élément de déflexion qui divise le faisceau de mesure passant dans la branche de mesure et le dirige vers un autre endroit de la surface à mesurer pour coupler de nouveau dans la branche de me- sure le faisceau de mesure réfléchi par cette surface. Les sondes de mesure décrites ci- dessus sont réalisées actuellement sous la forme d'une combinaison collée comprenant les fibres optiques raccordées, éventuellement un organe d'écartement, une lentille à gradients d'indice (lentille GRIN) ainsi qu'un ou plusieurs prismes. On utilise des sondes de mesure avec une ou plusieurs sorties de mesure et ces sorties sont caractérisées par la direction dans laquelle le faisceau de mesure est émis par la sonde. On a de façon caractéristique des angles de sortie de 90 ou de 45 , mais en fonction du client on a également des sondes de mesure avec d'autres angles de sortie. L'angle de déflexion est fixé par les angles des prismes utilisés. On peut arriver à de petites variations angulaires en basculant les prismes au collage. L'inconvénient de cette réalisation est qu'il faut avoir des prismes correspondant à l'angle de sortie souhaité. Pour réaliser un an- gle de sortie différent des angles de déflexion classiques, il faut fabriquer des prismes particuliers, ce qui correspond à un coût élevé et à des temps de fabrication longs. Une faible modification de l'angle de sortie s'obtient comme décrit par basculement du collage du prisme. Du fait du retrait de la colle utilisée un tel procédé est difficile à définir et se traduit par des quantités rejetées, importantes. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un objectif de capteur du type défini ci-dessus, évitant les inconvénients mentionnés, et permettant de réaliser une sélection importante d'angles de déflexion avec un stock raisonnable de composants optiques. L'invention a également pour but de développer un pro-cédé permettant la fabrication d'un tel objectif de capteur. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un objectif de capteur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'élément de déflection est formé d'au moins deux composants optiques ayant une surface limite commune, l'angle de déviation d'au moins un faisceau dévié par rapport à l'axe longitudinal du système étant réglé par le coulissement réciproque et/ou la rotation des composants optiques au montage. Le coulis- sement ou la rotation réciproque des composants optiques se fait au niveau de la ou des surfaces limites communes. Grâce à un nombre ré-duit de composants optiques définis les uns par rapport aux autres, on peut régler n'importe quel angle de sortie du faisceau. Ainsi, il n'est pas nécessaire de fabriquer des composants spécifiques à un client, ce qui se traduit par une réduction significative des coûts de fabrication ainsi qu'une réduction importante des temps de fabrication et des temps de livraison. Comme au collage des composants, après ajustage des surfa-ces limites des composants optiques on assemble sans laisser d'intervalle en forme de coin, on n'a pas l'inconvénient de l'influence d'un retrait non reproductible de la colle. Comme la déviation du faisceau par rapport à l'axe du système est prédéfinie par les surfaces limites et surfaces de sortie, ré-fléchissantes et/ou réfractantes, dont on règle l'alignement, on peut obtenir presque tous les angles de déflexion demandés pour le faisceau. Grâce aux surfaces limites et aux surfaces de sortie, réfractantes, on a des angles de déflexion plus petits du faisceau par rapport à l'axe du système alors qu'avec des surfaces limites et des surfaces de sortie ré-fléchissantes ou partiellement réfléchissantes on obtiendra des angles de déflexion importants. On a des possibilités de réglage différentes pour la dé-flexion du faisceau du fait que les surfaces limites sont planes et/ou cylindriques et/ou sphériques. Les surfaces limites planes se fabriquent d'une manière particulièrement simple. Elles permettent de régler l'angle de déflexion par rotation réciproque des composants optiques, de préférence autour de leur axe central. On peut régler à la fois l'angle de déflexion par rapport à l'axe du système et aussi la direction radiale du faisceau. Par rotation, les surfaces limites d'au moins un composant optique du système autour de l'axe du cylindre permettent de régler l'angle de déflexion, la direction radiale du faisceau étant prédéfinie dans le plan perpendiculaire à l'axe du cylindre. Les surfaces limites sphériques dépendant de la réalisation du composant optique permettent de régler l'angle de déflexion et la direction radiale du faisceau à la fois par rotation réciproque et par translation réciproque autour du centre de la sphère. Les surfaces limites sphériques sont compliquées à fabriquer mais permettent un réglage simple et précis de l'angle de dé- flexion grâce à l'effet d'auto-centrage de la sphère. Le nombre de composants optiques nécessaires à la réalisation de l'élément déflecteur est faible du fait que l'élément de focalisation fait partie de l'élément de déflexion. La surface limite entre l'élément de focalisation et le composant optique à raccorder est conçue pour qu'une translation ou une rotation du composant optique dans la surface limite commune se traduise par une variation de l'alignement dans une autre surface limite ou une surface de sortie du composant optique, là où se produit le changement de direction du faisceau. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'élément de focalisation est une lentille à gradients d'indice (lentille GRIN). La lentille GRIN permet une bonne focalisation du faisceau à la surface de l'objet mesuré. La focalisation du faisceau se fait dans la lentille GRIN et non par la géométrie de sa surface, ce qui permet une très grande liberté de choix des surfaces limites avec le composant optique adjacent et ne nécessite pas de variation d'indice de réfraction au niveau de la surface limite. L'élément de déflexion sera d'une réalisation particulièrement diversifiée et économique si l'élément de déflexion est formé de composants optiques en forme de coins ayant des surfaces limites planes. Pour un même indice de réfraction prédéfini des composants optiques en forme de coins on définit l'angle de déflexion du faisceau par l'alignement des surfaces de sortie. L'angle entre l'axe du système et la normale à la surface de sortie peut se régler pour des composants opti-ques en forme de coins, identiques, par rotation réciproque, entre 0 , c'est-à-dire pas de déviation et un angle maximum correspondant au double de l'angle d'ouverture d'un coin. Cette combinaison convient pour régler de petits angles de déflexion. Après avoir réglé l'angle de déflexion à la valeur souhai- tée, il faut bloquer l'élément de déflexion. Pour cela, l'élément de focali- sation et/ou les composants optiques de l'élément de déflexion sont de préférence collés les uns aux autres. L'invention concerne également un procédé du type défini ci-dessus, ce procédé étant caractérisé en ce que pour régler l'angle de déflexion des composants optiques de l'élément de déflexion on les dé-cale et/ou on les tourne les uns par rapport aux autres, l'angle de dé-flexion étant contrôlé par des mesures et une fois arrivé à l'angle de déflexion souhaité on bloque les composants optiques. Le procédé per-met n'importe quelle combinaison de composants optiques avec une plage de réglage définie de l'angle de déflexion. En contrôlant par les mesures, l'angle de déflexion au moment de l'ajustage on peut régler l'angle de déflexion souhaité avec la tolérance prédéfinie. Les tolérances de fabrication des composants optiques telles que par exemple les tolérances angulaires des prismes de renvoi se compensent ce qui permet d'accepter des tolérances de fabrication plus importantes pour les composants optiques. En bloquant les composants optiques, on maintient de manière permanente l'angle de déflexion une fois réglé. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un objectif de capteur comportant un élément de déflexion en forme de coin, - la figure 2 montre un objectif de capteur avec un élément de dé-flexion en forme de lentille, - la figure 3 montre un objectif de capteur avec un élément de dé- flexion en forme de prisme et un angle de déflexion important, - la figure 4 montre un objectif de capteur avec un élément de dé- flexion à deux faisceaux sortants. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un objectif de capteur 1 d'une installation de mesure interférométrique ayant un élément de focalisation 40 et un élément de déflexion 10 relié à celui-ci. L'élément de focalisation 40 est une lentille à gradients d'indice (lentille GRIN). L'élément de dé- flexion 10 est formé d'un premier composant 13 en forme de coin adja- cent à la surface limite 20 de l'élément de focalisation 40 et d'un second composant 11 en forme de coin adjacent à la surface limite plane 21 du premier composant en forme de coin 13. Dans cette position du second composant en forme de coin 11, un faisceau incident 33 parallèle à l'axe longitudinal 30 du système, arrive sur la surface de sortie 23 perpendiculairement à l'axe longitudinal 30 du système pour sortir de l'élément de déflexion 10 et continuer comme faisceau 31 non dévié. Le faisceau est réfléchi par la surface d'un objet à mesurer placé au foyer 35 du faisceau 31 non dévié pour revenir suivant le chemin inverse dans l'objectif 1 du capteur et arriver dans l'unité d'exploitation de l'installation de mesure interférométrique non représentée. On modifie l'angle de déflexion du faisceau non dévié 31 pour donner le faisceau dévié 32 en installant le second composant 11 en forme de coin dans une position de déflexion 12. Dans cette position, la surface de sortie 23 a un angle non perpendiculaire à l'axe 30 du système de sorte que le faisceau est réfracté par rapport à l'axe 30 du système au passage d'un milieu optique dense à un milieu moins dense. L'angle de déflexion peut être réglé en continu en tournant le second composant optique en forme de coin 11 autour de l'axe longitudinal 30 du système pour passer du faisceau non dévié 30 jusqu'à l'angle de dé-flexion du faisceau dévié 32. Dans cette position de déflexion 12 du second composant en forme de coin 11, le faisceau est réfléchi à la surface d'un objet à mesurer installé au foyer 36 pour y être réfléchi. La figure 2 montre un objectif de capteur 1 ayant un élé- ment de focalisation 40 et une lentille 14 non déplacée reliée à la sur-face limite 21. Dans cette position de la lentille 14, le faisceau incident 33 arrivant suivant l'axe 30 du système, sort de la surface de sortie 23 de l'élément de déflexion 10, surface qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal 30 du système. Le faisceau non dévié 31 continue jusqu'au foyer 35. La surface limite 21 est une surface cylindrique ou calotte sphérique et fait ainsi partie de l'élément de déflexion 10 intégré à l'élément de focalisation 40. La surface limite courbe 21 permet d'installer la lentille 14 également comme lentille décalée 15. Dans cette position, le faisceau incident 33 est réfracté par la surface de sortie 23 basculée par rapport à l'axe du système pour arriver comme faisceau dévié 32 vers le foyer 36. Dans un autre mode de réalisation, la lentille 14 peut être une lentille GRIN. La figure 3 montre un objectif de capteur pour un grand angle de déflexion. Dans la position de sortie du prisme de renvoi 16, le faisceau incident 33, après avoir traversé une surface limite 21 cylindrique ou sphérique, est réfléchi par la surface de réflexion 25 pour sortir comme faisceau 30 de la surface de sortie 23 de l'objectif de capteur 1 suivant un angle important par rapport à l'axe longitudinal 30 du système. Dans la position comme prisme de renvoi décalé 17, on augmente l'angle de déflexion par rapport à l'axe longitudinal 30 du système, de sorte que le faisceau incident 33 quitte l'objectif de capteur 1 sous la forme de faisceau dévié 32. Dans cette disposition, le faisceau est réfléchi par l'objet mesuré pour revenir sur le chemin du faisceau dans l'installation de mesure interférométrique. La figure 4 montre un objectif de capteur 1 avec des faisceaux de sortie émis suivant deux angles différents. L'élément déflecteur 10 est constitué ici par la surface limite courbe 21 de l'élément de focalisation 40, d'un premier prisme de renvoi 19 et d'un second prisme de renvoi 18. Le faisceau incident 33 traverse la surface limite 21 sphéri- que ou cylindrique pour passer dans le premier prisme de renvoi 19 et arriver à une surface limite 22. Cette surface limite 22 est partiellement réfléchissante, de sorte qu'une partie du faisceau passe dans le second prisme de renvoi 18 et une autre partie est réfléchie pour sortir du dis-positif sous forme de faisceau dévié 34. La partie du faisceau qui passe dans le second prisme de renvoi 18 est réfléchie au niveau d'une sur-face de réflexion 26 pour quitter le second prisme de renvoi 18 comme faisceau dévié 32 sous un angle important par rapport à l'axe longitudinal 30 du système. En tournant le premier prisme de renvoi 18 par rapport à l'élément de focalisation 40 le long de la surface limite 21, on peut régler l'angle de sortie du faisceau dévié 34 par rapport à l'axe 30 du système. En tournant le second prisme de renvoi 18 par rapport au premier prisme de renvoi 19 le long de la surface limite 22, on règle l'angle de sortie du faisceau dévié 34 par rapport à l'axe 30 du système. Cette disposition permet également de régler l'angle entre les deux fais- ceaux déviés 32, 34. 30 REVENDICATIONS 1 ) Objectif de capteur (1) installé à la sortie d'une branche de mesure d'une sonde de mesure d'une installation de mesure interférométrique pour saisir la forme, la rugosité ou la distance de la surface d'un objet mesuré, dans lequel l'installation de mesure interférométrique comporte un interféromètre à modulation et la sonde de mesure est reliée optiquement par un dispositif à fibres optiques à l'interféromètre à modulation, et l'objectif de capteur (1) comporte un élément de focalisation suivi d'un élément de déflexion (10) pour découpler puis coupler un faisceau de mesure dirigé vers la surface à mesurer puis réfléchi par celle-ci, caractérisé en ce que l'élément de déflection (10) est formé d'au moins deux composants optiques ayant une surface limite commune (21, 22), et on règle l'angle de déviation d'au moins un faisceau (32, 34) dévié par rapport à l'axe longitudinal (30) du système, par le coulissement réciproque et/ou la rotation des composants optiques au montage. 2 ) Objectif de capteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la déviation du faisceau est prédéfinie par des surfaces limites (20, 21, 22) réfléchissantes et/ou de réfraction et des surfaces de sortie (23, 24) des composants optiques, en réglant leur orientation par rapport à l'axe (30) du système. 3 ) Objectif de capteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces limites (20, 21, 22) sont planes et/ou cylindriques et/ou sphériques. 4 ) Objectif de capteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de focalisation (40) fait partie de l'élément de déflexion (10). 35 5 ) Objectif de capteur (1) selon la revendication 1,caractérisé en ce que l'élément de focalisation (40) est une lentille à gradients d'indice (GRIN). 6 ) Objectif de capteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de déflexion (10) est un composant optique (11, 12, 13) en forme de coin ayant des surfaces limites planes. 7 ) Objectif de capteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de focalisation (40) et/ou les composants optiques de l'élément de déflexion (10) sont collés. 8 ) Procédé de fabrication d'un objectif de capteur (1) ayant les caracté-ristiques des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que pour régler l'angle de déflexion des composants optiques de l'élément de déflexion (10) on les décale et/ou on les tourne les uns par rapport aux autres, l'angle de déflexion étant contrôlé par des mesures et une fois arrivé à l'angle de déflexion souhaité on bloque les composants optiques.25