Interféromètre comportant une surface separatrice semi-réfléhissante.
L'invention se rapporte à un interféromètre comportant une surface séparatrice semi-réfléchissante séparant un faisceau lumineux initial en deux faisceaux distincts et un oculaire pour l'observation d'interférences suseeptibles d'être obtenues à la recombinaison de ces deux faisceaux. Un tel interféromètre peut avantageusement être agencé de façon qu'il puisse être utilisé pour la mesure de l'état des surfaces ou pour celle de l'indice de réfraction des liquides.
Suivant l'invention, cet interféromètre est caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse coagissant avec une lentille convergente, avec la surface séparatrice et avec un petit miroir prévu substantiellement dans le plan de la lentille et regardant ladite surface, ces trois derniers éléments étant substantiellement centrés sur le même axe optique, et l'ensemble étant tel qu'il puisse, en combinaison avec une surface réfléchissante disposée de l'autre côté de la surface séparatrice par rapport au susdit miroir, donner naissance aux interférences obser arables dans l'oculaire.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre en perspective un interféromètre, pour l'étude ou la mesure des états de surface, établi suivant la première forme d'exécution.
Les fig. 2 et 3 montrent à plus grande échelle, respectivement en coupe axiale et en vue de côté partielle, avec portions arrachées, certaines parties de l'appareil.
La fig. 4 est un schéma illustrant le fonctionnement optique de l'ensemble.
Les fig. 5 et 6 illustrent schématiquement, en élévation et en plan, les déplacements angulaires de l'axe optique de l'appareil.
La fig. 7 est un schéma analogue à celui de la fig. 4, pour un interféromètre suivant la deuxième forme d'exécution.
L'interféromètre selon la fig. 1 comporte un dispositif séparateur pour séparer le fais ceau lumineux initial, fourni par la source lumineuse S, en deux faisceaux distincts. Ce dispositif séparateur est constitué par deux lames transparentes 1, 2 (fig. 2 et 4) ayant des épaisseurs égales ou non, à faces par exemple planes, de préférence parallèles et polies. La surface 3 de l'une au moins de ces lames, en regard de l'autre lame, a été rendue semiréfléchissante avant collage sur l'autre lame, par exemple par un dépôt métallique, ainsi que bien connu en cette technique.
Avec l'appareil considéré, il s'agit d'exa- miner par la méthode des interférences la surface réfléchissante d'une pièce P éclairée par la source S supposée disposée du côté de l'oculaire 8 (bien qu'on puisse procéder différemment, comme il apparaîtra plus loin). On obtient le résultat cherché en faisant coagir, avec la surface séparatrice 3, un miroir 4, disposé sensiblement dans le plan d'une lentille L et agencé de façon à ne masquer qu'une faible
partie du faisceau incident (voir fig. 4). Ce
miroir 4 sera toutefois de surface suffisante
pour éviter la transmission, vers l'oculaire, de
rayons parasites.
La lentille L indiquée schématiquement
par des flèches dans la fig. 4 est matérialisée
par un objectif de microscope 5 (fig. 2). La
source lumineuse S peut être disposée en tout point approprié de l'appareil, notamment latéralement au tube-bâti 6 de l'appareil
(fig. 1), une lame semi-transparente 7 ou un prisme à réflexion totale ou tout autre dis
positif analogue permettant d'amener le fais
ceau lumineux initial vers l'objet à éclairer,
sans gêner la vision à travers l'oculaire 8 de l'appareil. Le faisceau utile de lumière est
défini par la pupille de l'objectif du coté objet et le champ du microscope. Ce champ est pour la plupart des microscopes assez petit devant les dimensions des lentilles de l'objectif.
Le miroir 4 peut être constitué par exemple soit par un dépôt métallique sur la surface de la lentille frontale de l'objectif (fig. 2), soit par une petite pastille métallique, plane, sphérique, cylindrique ou autre, cette pastille pouvant être collée ou non sur la surface dudit objectif et pouvant être amovible ou non par rapport au reste de l'appareil. Dans le cas où l'on a recours à un dépôt métallique sur la surface de l'objectif, ce dépôt peut être de l'aluminium vaporisé; il suffit de poser sur cette surface, pendant la vaporisation de l'aluminium, un cache qui permet de ne déposer le métal qu'à l'intérieur d'un petit cercle, centré sur l'axe de l'objectif et de diamètre substantiellement égal au champ du microscope.
L'ensemble de l'appareil, contenant les éléments essentiels venant d'être décrits, et avec des moyens pour assurer au séparateur et à l'objectif, par rapport à la pièce P, des positions relatives convenables, et de préférence réglables, donne lieu au fonctionnement schématisé sur la fig. 4.
Considérant sur cette fig. 4 le faisceau incident arrivant de la source S ou, pour simplifier, le rayon élémentaire AB, on voit que ce faisceau se divise en deux parties, selon les deux chemins:
A BCDEFG, d'une part, avec traversée du séparateur, réflexion sur la surface réfléchissante constituée par la pièce P, nouvelle traversée du séparateur et retour à l'objectif,
et ABCD'EFG, d'autre part, avec réflexions successives sur le séparateur et sur le miroir 4, puis également retour à l'objectif.
Si les deux faisceaux suivaient des chemins optiques rigoureusement égaux, on n'obtiendrait pas d'interférences mais en réalité les moindres défauts de la surface P à examiner donnent lieu à de telles interférences en raison des inégalités de parcours qui en résultent.
En outre. il y a de toute façon intérêt à faire en sorte que l'axe optique A-A de l'appareil puisse être amené à prendre une orientation variable par rapport à l'axe Z-Z (fig. 5) normal à la surface à examiner; on observe alors sur cette surface des franges d'interférences à l'intersection de ladite surface avec une multiplicité de plans i. que l'on peut convenir d'appeler plans d'interférences, lesquels sont normaux à l'axe optique A-A et distants entre eux d'une demi-longueur d'onde.
En modifiant l'orientation de l'axe
A-A, on peut alors obtenir. d'une part, un réglage de la distance d entre les interférences et, d'autre paft une modification de l'orientation de ces dernières qui passent, par exemple, de la position indiquée en O en traits pleins, sur la fig. 6, à celle indiquée en 9'. Quant aux inégalités de surface, elles apparaissent alors sous forme de dents, telles que 10, dans lesdites franges.
Selon ce mode de réalisation, on vient visser l'objectif 5 dans une pièce 11 qui supporte, à sa base, le séparateur 1 à 3, ce premier montage à vis permettant d'assurer une mise au point préalable de l'objectif avec le miroir 4, par réflexion sur la couche semitransparente 3 du séparateur. Puis, on monte également à vis la pièce 11 dans le bâti 6 de l'appareil, avec des moyens pour commander de l'extérieur la rotation relative de ces deux organes, moyens tels qu'un manchon de com mamie 12 entourant à sa base le bâti cylindrique 6 et relié à la pièce 11 par une vis 13 traversant une échancrure 14 du bâti. En manoeuvrant ce manchon 12, on effectue la mise au point de l'objectif par rapport à la pièce à étudier P, vis-à-vis de laquelle l'ensemble de l'appareil est positionné par les moyens qui vont être décrits.
Pour déterminer la ou les positions opératoires de l'appareil par rapport à la pièce dont il s'agit d'examiner la surface, on a recours, dans la réalisation représentée, à un montage à rotule comprenant une embase 15 susceptible d'être amenée, par exemple par une surface plane 16, au contact ou à proximité de la pièce P, avec au moins un trou 17 pour le passage du faisceau explorateur, ladite embase présentant une surface sphérique 18, dont le centre O est par exemple dans le plan 16 et à l'intérieur du trou 17, et sur laquelle puisse venir reposer la surface inférieure, également sphérique, du bâti 6. Avantageusement, pour permettre de faire supporter l'embase à rotule 15 par le tube-bâti 6, on prévoit entre eux une liaison à ressorts 19 qui ne s'oppose pas à leurs déplacements angulaires relatifs.
Ainsi, on peut imprimer au tube-bâti 6 de l'appareil tous déplacements, de relativement faible amplitude (mais qui pourraient être plus importants si on le désirait), autour d'un axe quelconque passant par le centre O, lesquels déplacements permettent, les franges étant visibles au centre du champ, de modifier à volonté leur écartement et leur orientation, selon le type de la surface étudiée, sans qu'elles se déplacent sensiblement dans le champ. La douceur de ce réglage rend inutile l'emploi des mouvements lents habituellement utilisés en interférométrie.
I1 convient de prévoir encore une liaison entre le tube-bâti 6 et un point d'appui fixe, tel qu'une colonne 20 sur socle 21, liaison telle qu'elle rende possible les déplacements du tube-bâti autour du centre O et qu'elle permette de déplacer l'embase 15, notamment selon les dimensions des pièces ou objets à examiner.
Une telle liaison assurera donc de préférence trois degrés de liberté et sera réalisée par exemple:
soit à l'aide de bras à rotule,
soit, plus simplement et comme représenté, à l'aide d'un bras élastique constitué par une lame de ressort 22 fixée de façon amovible et réglable en hauteur, en 23, 24, respectivement à la colonne 20 et au bâti 6,
soit de toute autre manière.
Le dispositif représenté, à bras élastique, permet à la fois de déplacer légèrement la rotule sur la pièce et d'orienter l'axe optique
A-A de l'appareil 6; on peut donc orienter à volonté les franges et en régler l'écartement avec une facilité extrême. : En n outre, la mise en place de l'appareil est pratiquement instantanée quelle que soit l'épaisseur des pièces à examiner, d'où une grande rapidité de contrôle.
Ily a intérêt à loger la source lumineuse S, comme visible fig. 1, à la partie supérieure du corps de l'appareil, ce qui diminue l'encom- brement à la tête de l'appareil. Ladite source est montée dans un tube latéral 25, avec sa lentille 26.
En outre, avantageusement, on fait en sorte que ce tube latéral 25, monté à frottement gras dans son logement (ou de toute autre manière) soit de même diamètre que celui du tube porte-oculaire et soit interchangeable avec celui-ci. On peut ainsi adopter soit la disposition représentée, soit celle selon laquelle la source lumineuse serait disposée en haut du tube 6 et l'oculaire 8 latéralement, les deux dispositifs coagissant toujours avec le miroir semi-transparent 7 ou tout autre dispositif y assimilable.
Enfin l'appareil est pourvu d'un coffret 27 pouvant remplir plusieurs rôles, par exemple:
logement du corps de l'appareil,
alimentation en courant électrique, par exemple soit à l'aide d'un transformateur 28 pour l'installation à poste fixe, soit à l'aide d'une pile de poche 29, pour les déplacements,
logement du dispositif de fixation comprenant le socle 21 et la colonne 20.
La forme d'exécution décrite dans ce qui précède n'est aucunement limitative. On pourrait agencer l'interféromètre pour le rendre apte à vérifier la constance de l'indice de réfraction d'un liquide transparent ou pour mesurer l'écart de cet indice par rapport à celui d'un milieu type servant de référence.
Il suffit pour cela de prévoir des moyens pour interposer entre l'objectif et le dispositif séparateur le fluide étalon et pour faire passer le fluide étudié entre le dispositif séparateur et une surface réfléchissante telle que P, fig. 4.
Une variation d'indice se traduira par un déplacement de franges d'interférences faciles à mesurer, qui permettra de la calculer facilement.
De même, on peut appliquer l'invention à l'observation de matières transparentes, par exemple de préparations biologiques. I1 suffit pour cela de disposer la préparation à examiner sur une surface métallique parfaitement polie les discontinuités des franges d'interférences seront alors dues aux différences d'indices des substances traversées par la lumière et feront apparaître ainsi des détails qu'on n'obtient pas par les procédés habituels, si l'absorption de la lumière par les substances examinées est uniforme.
I1 doit être bien entendu encore que le schéma optique de la fig. 4 n'est également nullement limitatif. C'est ainsi qu'on pourrait, dans certains cas, et notamment s'il s'agit de déterminer l'indice de réfraction de liquides transparents, faire coagir avec la source lumineuse et avec un même dispositif séparateur deux lentilles convergentes telles que L et L' (fig. 7) pourvues, chacune substantiellement dans son plan, de miroirs D, respectivement D'.
Le second miroir, c'est-à-dire le miroir indiqué en D, joue le rôle de la surface polie de la pièce P de la fig. 4, à cette exception près que ce second miroir D est très petit comme le miroir D'. Le parcours des rayons est le suivant:
Un rayon incident arrivant cn A B par l'objectif L se divise en deux chemins ABcD'Eq' et ABEDEG'; ces deux rayons sont alors observés dans l'objectif L' au moyen de l'oculaire qui, dans ce cas, est situé du côté opposé à celui où se trouve la source lumineuse, un des objectifs, L, servant donc seulement à l'éclairage, et l'autre, L', à l'observation.
Eventuellement on peut, dans l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits, rendre interchangeables la source lumineuse et l'oculaire.