Brevet FR2953944A1 — publié le 20110617

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne un dispositif de positionnement relatif d'un premier module optique par rapport à un deuxième module optique, comportant un rail de déplacement relatif du premier module sur une trajectoire déterminée et prédéfinie par rapport au deuxième module. ETAT DE L'ART On connaît des systèmes optiques d'analyse des rayons X, par exemple dans le domaine des synchrotrons, comportant en particulier des lignes de lumière dédiées à l'analyse d'échantillons radioactifs ou non. Les lignes de lumière connues comportent des diffractomètres. Parmi les diffractomètres connus, certains, dits « à 2-cercles », doivent être équipés d'un système de détection à très haute résolution, suffisamment rapide en terme de temps d'acquisition, et blindé pour atténuer les rayonnements émis par les échantillons radioactifs. Le système de détection précité doit être fixé sur le cercle ou grand plateau, appelé « 2-thêta » par l'homme du métier, du diffractomètre connu de l'homme du métier. Lors des expériences de diffraction, la meilleure résolution angulaire est obtenue à l'aide d'un système de détection utilisant le principe de la diffraction du faisceau X, diffracté par l'échantillon à analyser, par un monocristal parfait (Si ou Ge). La conséquence de ce gain en résolution est une forte augmentation du temps d'expérience du fait : - du faible flux collecté à haute résolution, - du grand nombre de pas (de quelques 0.001°) nécessaires pour décrire un diagramme complet sur plusieurs dizaines de degrés. Comme le montre la figure 1, afin de réduire les temps de mesure, le nombre de voies d'analyse est multiplié et l'on parle alors de « multi analyseur » à n voies ou à n cristaux, chacune des voies comportant un détecteur 10 et un mono cristal 20 analyseur. Ce principe permet d'effectuer des mesures simultanées à différents angles du diagramme et réduit le temps de mesure d'environ un facteur égal au nombre de voies. Le nombre de voies est déterminé par la masse maximale tolérée pour le diffractomètre. La masse totale du multi-analyseur, hors cristaux 20 et détecteurs 10, ne doit pas dépasser 80 kg (valeur du diffractomètre avec optiques). Sur les multi-analyseurs connus, le déplacement des cristaux 20 et des détecteurs 10 est assuré par les mouvements motorisés suivants : - deux platines 21 et 22 de rotation assemblées sur un même axe 2000, l'une 21 assurant la rotation simultanée de tous les monocristaux 20 analyseur et l'autre 22 assurant la rotation d'un bras 5 sur lequel sont fixés les détecteurs 10 ; - une platine 11 de translation supportant l'ensemble 1 des détecteurs 10 et assurant une translation suivant l'axe 50 de la voie centrale et ayant pour but de centrer les faisceaux latéraux sur les détecteurs 10. On a donc la platine 22 de rotation qui imprime un mouvement de rotation à l'ensemble 1 qui porte les détecteurs 10. Cet ensemble est déporté de l'axe 2000, et présente un bras de levier L important. De plus, on demande des précisions de positionnement en rotation de l'ensemble 1 détecteur qui nécessitent d'avoir, toujours du fait du bras L de levier, des qualités de fabrication et de précision de la platine 22 de rotation (à titre d'exemple : ±0,1 ° à 300 mm de distance). Compte tenu de cette charge déportée (ensemble 1 de détecteurs 10 et platine 11 de translation de cet ensemble) que doit supporter la platine 22 de rotation et de la précision demandée, la platine 22 est nécessairement encombrante et lourde. Elle vient complexifier en plus l'implantation de l'autre platine 21 de rotation dédiée aux cristaux 20. PRESENTATION DE L'INVENTION On propose selon l'invention de pallier au moins un de ces inconvénients (poids, encombrement, précision). A cet effet, on propose selon l'invention un dispositif de positionnement relatif d'un premier module optique par rapport à un deuxième module optique, comportant un rail de déplacement relatif du premier module sur une trajectoire déterminée et prédéfinie par rapport au deuxième module, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un actionneur linéaire directement relié au premier module pour le déplacement linéaire du premier module le long du rail. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques 5 suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le premier module est de plus monté en rotation autour d'un axe perpendiculaire au rail ; - le deuxième module est de plus monté en rotation autour d'un axe 10 perpendiculaire au rail ; - le dispositif comporte une fourchette entre le premier module et le deuxième module ; - le dispositif comporte une commande de rotation relative du premier module par rapport au deuxième module ; 15 - la commande de rotation relative du premier module par rapport au deuxième module est asservie optiquement ; - le rapport d'un pas élémentaire de déplacement du premier module par l'actionneur à une distance entre le premier module et le deuxième module est inférieur au µradian ; 20 - le premier module comporte au moins un miroir ; et - le deuxième module comporte au moins un capteur de rayonnement électromagnétique. L'invention présente de nombreux avantages. L'invention permet de réduire considérablement la masse de 25 l'ensemble, de relâcher des contraintes sur les précisions mécaniques grâce à une simplification des mouvements. Elle permet d'installer plus de détecteurs que dans l'art antérieur, du fait de la diminution de l'encombrement et de la masse. La précision angulaire du dispositif au niveau du détecteur est de 30 ±0,001 ° sans qualité de fabrication particulière. L'invention résout les problèmes de grande pièce mécanique (bras de longueur L) qui peut se déformer sous les efforts F, ou de palier pouvant se déformer sous le couple résultant de F, et venir diminuer la précision du dispositif. L'invention, en plus de s'appliquer aux multi-analyseurs décrits dans la partie introductive, peut s'appliquer à tout système optique demandant une orientation précise d'une cible parcourant avec précision une trajectoire quelconque par rapport à une référence. Elle s'applique à tout type de trajectoire pour le mobile optique M, y compris des trajectoires particulières: circulaire ou rectiligne par rapport à la référence par exemple. Elle s'applique avantageusement au domaine des rayons X, mais peut s'appliquer aussi à tout type de rayonnement électromagnétique, quelle que soit sa longueur d'onde, en spectrométrie par exemple. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit 15 être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà commentée, représente schématiquement le principe d'un diffractomètre connu ; - la figure 2 représente schématiquement un exemple d'un dispositif selon l'invention ; 20 - la figure 3 représente schématiquement un rail de trajectoire quelconque ; - les figures 4 et 5 représentent schématiquement un dispositif comportant une fourchette ; - la figure 6 représente schématiquement un dispositif comportant un axe de rotation pour le premier module optique ; et 25 - les figures 7 représentent schématiquement un exemple possible d'un dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention sous forme d'un mufti-analyseur Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques. 30 DESCRIPTION DETAILLEE La figure 2 montre un mode de réalisation possible d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif de positionnement relatif d'un premier module 1 optique par rapport à un deuxième module 2 optique, comporte principalement un rail 3 de déplacement relatif du premier module 1 sur une trajectoire déterminée et prédéfinie par rapport au deuxième module 2, et un actionneur 4 linéaire directement relié au premier module 1 pour le déplacement linéaire du premier module 1 le long du rail 3. Dans l'exemple de la figure 2, il n'est conservé qu'une seule rotation du deuxième module 2, autour d'un axe 2000 servant de référence. Le second mouvement, celui du premier module 1 (également représenté par une masse M sur les figures), est obtenu par une translation le long d'une courbe matérialisée par le rail 3, pouvant être assimilée à une droite dans certaines applications. Une orientation du premier module 1 est également possible comme on le verra dans la suite de la présente description. L'invention permet de gagner en poids et en encombrement, puisque, sur l'axe 2000, on ne trouve plus qu"une platine 21 de rotation du deuxième module 2. La platine de rotation 22 présentée dans l'art antérieur est remplacée par le rail 3. Le coût est aussi plus faible que dans l'art antérieur. De plus, la platine 21, fournissant moins d'effort, est plus légère. On comprend que la précision angulaire sous laquelle va être vue le mobile M depuis la référence 2000 va dépendre de la distance L. Or la précision angulaire est reportée sur l'actionneur 4 linéaire. La précision du système sera d'autant plus grande que la distance L, entre l'axe 2000 et le module 1, est grande, étant donné que le pas de l'actionneur 4 linéaire n'est pas affecté par la grandeur L. La précision du dispositif ne dépend que de la taille du pas As de déplacement du mobile donné par l'actionneur linéaire et de la distance L entre le mobile et la référence. Donc quand L augmente, la précision angulaire de positionnement augmente sans avoir à changer As. Il est aussi beaucoup plus simple mécaniquement de faire des As petits, que d'essayer d'obtenir la précision par l'actionneur rotatif comme dans l'art antérieur. Le rapport d'un pas As élémentaire de déplacement du premier module 1 par l'actionneur 4 à la distance L entre le premier module 1 et le deuxième module 2 peut être inférieur au µradian. La masse du dispositif est minimisée par rapport à la solution de l'art antérieur, car en mettant les actionneurs au plus près des efforts, on ne doit ni rigidifier un bras ni un palier comme dans l'art antérieur, et ce quelle que soit la masse de M. On fait passer les efforts de M directement dans la base, au plus près du point d'application des efforts. De plus, il y a plus d'espace disponible au niveau de l'axe 2000. Comme le montre la figure 3, pour avoir une trajectoire quelconque, il suffit de venir remplacer le rail 3 courbe par un rail ayant la géométrie voulue. De plus, il existe en standard dans les composants industriels, des rails courbes, pourvu que les rayons de courbure ne soient pas trop petits. Comme le montre la figure 3 également, l'orientation du module 1 par rapport à la référence peut être effectuée de manière passive, par la forme et la courbure du rail 3. On peut cependant vouloir, comme c'est le cas dans un diffractomètre, approximer la courbe quelconque par une droite, pour faciliter la réalisation 20 du rail 3. On peut aussi vouloir rendre l'orientation du module 1 indépendante de la courbe décrite par le rail 3. Dans ces deux cas, il faut prévoir une variante pour l'orientation de manière passive du module 1. 25 Le premier module 1 est alors monté en rotation autour d'un axe 1000 perpendiculaire au rail 3. Comme le montrent les figures 4 et 5, le dispositif comporte une fourchette 5 entre le premier module 1 et le deuxième module 2. La fourchette 5 vient contraindre l'orientation du module 1 par rapport 30 à la référence 2, et laisse libre en rotation le mobile M autour de l'axe 1000. La fourchette 5 impose une orientation vers un point fixe pour le module 1, et laisse libre la rotation et la translation à son extrémité 50. Le système d'orientation est passif, on ne vient pas rajouter de platine de mise en mouvement. On comprend que l'invention s'applique, quelle que soit la distance entre le mobile 1 et la référence 2, et quelle que soit la forme de la 5 trajectoire donnée par le rail 3 au mobile M. Comme le montre la figure 6, dans le cas où la distance L serait trop grande pour pouvoir mettre une fourchette, il suffit de supprimer la fourchette et de venir mettre une commande 6 de rotation relative du premier module 1 par rapport au deuxième module 2 sur la liaison en 10 rotation autour de l'axe 1000, entre le module 1 et le rail 3. La commande 6 peut être asservie par rapport à la référence 2, optiquement par exemple. MISE EN OEUVRE Comme le montrent les figures 7, l'invention est avantageusement appliquée au domaine de l'optique des rayons X. Elle est utilisée dans des 15 analyseurs dans des synchrotrons, en particulier sur des lignes de lumière et plus précisément sur des lignes dédiées à l'analyse d'échantillons radioactifs. Ainsi, le premier module 1 comporte au moins un miroir 10 et le deuxième module 2 comporte au moins un capteur 20 de rayons X. 20 La contrainte de poids ayant été levée par l'invention comme expliqué plus haut, le nombre de voies d'analyse peut être augmenté par rapport à l'art antérieur, passant de 9 à 24 voies. Un analyseur 101 est composé d'une enceinte étanche et de deux multi-analyseurs 100 à douze voies chacun, fonctionnant de façon 25 symétrique. Le multi-analyseur 100 situé en partie supérieure sera dénommé multianalyseur H. Celui situé en-dessous sera dénommé multi-analyseur B. Chaque multi-analyseur 100 comprend: - douze voies d'analyse, 30 - un module optique 2 commun et démontable pour douze cristaux 20, dénommé également platine support cristaux, sur lequel sont fixés des éléments 70 de positionnement, de réglage précis et de fixation de chaque cristal 20, dénommés support cristal. Une platine 21 de rotation motorisée, équipée d'un moteur pas à pas, d'un codeur et de capteurs de fin de course, montée sous la platine 2, assure la rotation simultanée de tous les cristaux 20 et sert d'interface avec le support de l'analyseur. L'axe 2000 de rotation de cette platine 2 est l'axe de référence du multi-analyseur. Chaque multi-analyseur 100 comporte un module optique 1 commun pour les douze détecteurs 10, dénommé également platine support détecteurs, sur lequel sont fixés des éléments de protection en plomb, ainsi que les diaphragmes. Les diaphragmes, connus en eux-mêmes, sont démontables afin de pouvoir changer leur taille. Les détecteurs 10 doivent rester centrés sur le faisceau diffracté par le cristal 20 associé, pour toute orientation de la platine 2 support cristaux. La platine 1 support de détecteurs doit se déplacer de façon précise suivant une trajectoire rectiligne matérialisée par un rail 3 positionnée par rapport à l'axe 2000 de référence du multi-analyseur 100. Pour ce faire, une platine de translation motorisée, équipée d'un moteur 4 pas à pas et de capteurs de fin de course, est montée sous cette platine 1 et assure la translation de tous les détecteurs 10 pour permettre leur centrage par rapport aux faisceaux diffractés. De plus, une fourchette 5 montée également sous la platine 1 assure la rotation, simultanée à la translation, de tous les détecteurs 10 pour permettre leur centrage par rapport aux faisceaux diffractés. La platine 1 de translation sert d'interface avec le support de 25 l'analyseur 100. Des fentes en plomb, connues en elles-mêmes, dites fentes de Soller, sont placées avant les cristaux, au niveau de chaque voie de mesure. Pour éviter les pertes en transmission du faisceau X dans l'air, le trajet optique dans l'air doit être minimisé et se faire sous hélium. L'analyseur 101 30 est donc protégé dans une enceinte étanche. Pour des raisons techniques liées à la tenue des détecteurs sous hélium, les détecteurs sont en dehors de cette enceinte. L'enceinte est mise en légère surpression d'hélium (max 20 mbar). Elle est composée de deux parties reliées ensemble, dont une peut être démontée : une première enceinte 200 étanche et équipée de fenêtre en Kapton ou en béryllium en sortie, côté détecteurs, en forme d'haricot, dénommée 5 enceinte haricot, intégrant les vingt-quatre cristaux 20 ; une seconde enceinte 201 étanche reliée à la première et équipée de fenêtre en Kapton ou en béryllium en entrée, côté échantillon, en forme de quartier de camembert dénommée enceinte camembert, intégrant les fentes de Soller. Cette seconde enceinte pénètre à l'intérieur de la protection de 10 plomb et du goniomètre par des fentes prévues à cet effet, afin de mettre le faisceau sous hélium au plus près de l'échantillon. Elle doit être démontable facilement. Lors de la rotation de la platine 2 support des mono-cristaux, à l'aide de la platine 21 de rotation motorisée, le moteur 4 monté sur le chariot 15 supportant la platine 1 support des détecteurs permet de déplacer sur le rail 3 l'ensemble suivant une loi de déplacement déterminée par la physique et/ou la construction optique. L'orientation du détecteur 1 par rapport au faisceau est automatiquement assurée par la fourchette 5 reliant la platine 1 à la référence 2. 20 REVENDICATIONS1. Dispositif de positionnement relatif d'un premier module (1) optique par rapport à un deuxième module (2) optique, comportant un rail (3) de déplacement relatif du premier module (1) sur une trajectoire déterminée et prédéfinie par rapport au deuxième module (2), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un actionneur (4) linéaire directement relié au premier module (1) pour le déplacement linéaire du premier module (1) le long du rail (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier module (1) est de plus monté en rotation autour d'un axe (1000) perpendiculaire au rail (3). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le deuxième 15 module (2) est de plus monté en rotation autour d'un axe (2000) perpendiculaire au rail (3). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, comportant une fourchette (5) entre le premier module (1) et le deuxième module (2). 5. Dispositif selon la revendication 3 lorsqu'elle dépend de la revendication 2, comportant une commande (6) de rotation relative du premier module (1) par rapport au deuxième module (2). 25 6. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel la commande (6) de rotation relative du premier module (1) par rapport au deuxième module (2) est asservie optiquement. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le rapport d'un 30 pas (As) élémentaire de déplacement du premier module (1) par l'actionneur (4) à une distance (L) entre le premier module (1) et le deuxième module (2) est inférieur au µradian. 20 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le premier module (1) comporte au moins un miroir (10). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le deuxième 5 module (2) comporte au moins un capteur (20) de rayonnement électromagnétique.