CH629299A5 - Dispositif pour determiner la qualite du poli des surfaces optiques. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un dispositif pour déterminer la qualité du poli des surfaces d'un élément optique. 10 On sait qu'il est possible par des méthodes interférométri-ques de déterminer la forme géométrique des surfaces polies des éléments optiques tels que les lentilles, les miroirs ou les lames à faces parallèles. Mais ces méthodes ne permettent pas de caractériser la qualité du poli ou la finesse de grain de ces surfaces. 15 On connaît aussi des rugosimètres mécaniques fonctionnant à l'aide de palpeurs. Mais ces appareils ne sont pas assez sensibles pour être appliqués à la détermination du poli des surfaces optiques.
On connaît aussi un dispositif pour déterminer la rugosité 20 d'une surface. Ce dispositif comporte un générateur d'un faisceau laser éclairant la surface à essayer et une lentille capable de concentrer suivant une tache lumineuse le faisceau renvoyé par cette surface. Le rapport entre le diamètre de cette tache et le diamètre de la tache qui serait obtenu si la surface était parfaite-25 ment lisse est une mesure de la rugosité de la surface. Ce dispositif présente l'inconvénient d'être relativement imprécis.
La présente invention a pour but de réaliser un dispositif optique précis capable d'effectuer une mesure comparative de la qualité du poli des surfaces optiques.
30 La présente invention a pour objet un dispositif pour déterminer la qualité du poli des surfaces optiques comportant
—un générateur d'un faisceau laser, ce faisceau étant reçu sur au moins une surface polie d'un élément optique qui transmet ou réfléchit un faisceau lumineux,
35 - un système optique convergent capable de concentrer dans son plan focal l'énergie dudit faisceau laser suivant une tache lumineuse circulaire de diamètre d, ce système optique étant disposé sur le trajet du faisceau lumineux sortant de l'élément optique, une partie du faisceau lumineux étant alors concentrée 40 dans un cercle de diamètre d situé dans le plan focal du système optique, l'autre partie du faisceau lumineux étant diffusée par des irrégularités de la surface polie dans le plan focal à l'extérieur de ce cercle,
—et des moyens d'analyse de l'énergie lumineuse reçue dans 45 le plan focal du système optique, caractérisé en ce que lesdits moyens d'analyse comportent
- un premier récepteur photoélectrique disposé pour recevoir ladite partie du faisceau d'énergie I4 concentrée dans le cercle de diamètre d et capable d'émettre en retour un signal Sj so représentatif de Il5
—un deuxième récepteur photoélectrique disposé à côté dudit cercle pour recevoir au moins une portion de l'autre partie diffusée d'énergie I2 et capable d'émettre en retour un signal S2 représentatif de I2 55 — et un circuit de traitement recevant les signaux Sx et S2 et g
capable de déterminer le rapport —- , ce rapport étant repré-
S2
sentatif de la qualité du poli de la surface polie de l'élément optique.
60 Des formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention,
65 la figure 2 est une vue en plan d'un organe du dispositif illustré par la figure 1
et la figure 3 représente schématiquement un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
3
629 299
Sur la figure 1 un émetteur laser 1, qui peut être par exemple un émetteur continu du type hélium-néon d'une puissance de quelques milliwatts, délivre un faisceau cylindrique 2 suivant un axe 3. Le faisceau 2 traverse d'abord un système optique afocal, constitué de deux lentilles 4 et 5 centrées sur l'axe 3, afin ■ d'augmenter la section du faisceau. Sur le trajet du faisceau élargi 6 et perpendiculairement à ce faisceau est disposé une lame optique 7 comportant deux faces parallèles polies 8 et 9 dont on se propose de déterminer la qualité moyenne du poli. Après traversée de la lame 7 le faisceau arrive sur un système optique convergent formé d'une lentille 10 centrée sur l'axe 3. Dans le plan focal 11 de la lentille 10, est disposé un diaphragme 12 dont le diamètre d de l'ouverture 13 sera précisé ci-dessous. L'énergie lumineuse venant de la lentille 10 et ayant traversé l'ouverture 13 du diaphragme 12 est reçue sur la surface sensible d'un récepteur photoélectrique 14. Une partie de l'énergie lumineuse venant de la lentille 10 et n'ayant pas traversé l'ouverture 13 arrive sur un autre récepteur photoélectrique 15 disposé dans le plan focal 11 à côté de l'ouverture 13. Ce récepteur peut être, comme représenté, fixé sur la face du diaphragme 13 en regard de la lentille 10. Les sorties électriques des récepteurs 14 et 15 sont respectivement connectées à deux appareils 16 et 17 de mesure de tension électrique ; les sorties de ces appareils sont reliées respectivement aux deux entrées d'un circuit 18 diviseur de tension, dont la sortie est connectée à un dispositif d'affichage 19.
La valeur d du diamètre de l'ouverture 13 du diaphragme 12 est égale à celle du diamètre de la tache lumineuse qui serait formée par la lentille 10 dans son plan focal, dans le cas où la lentille 10 recevrait directement le faisceau 6, en l'absence de la lame 7. On sait que le diamètre de cette tache est proportionnel à la distance focale de la lentille 10 et à l'angle de divergence du faisceau 6 délivré par le générateur laser constitué par l'émetteur 1 associé au système optique afocal 4-5.
Le dispositif représenté sur la figure 1 fonctionne de la manière suivante.
Si les faces 8 et 9 de la lame 7 étaient parfaitement polies et parallèles entre elles toute l'énergie lumineuse du faisceau 6 serait (aux absorptions près) concentrée dans l'ouverture 13 du diaphrame 12, supposée centrée sur l'axe 3.
Comme en pratique la qualité optique des faces 8 et 9 n'est jamais parfaite, une fraction de l'énergie du faisceau 6 est diffusée par la lame 7 et cette fraction d'énergie lumineuse arrive dans le plan focal 11 en dehors de l'ouverture 13 où elle est reçue au moins en partie par le récepteur 15. On a représenté sur la figure 1 un rayon lumineux 20 diffusé à partir d'un point e la face 9 de la lame 7 et arrivant en un point 22 du récepteur 15 après passage dans la lentille 10. La fraction d'énergie diffusée forme, avec l'énergie lumineuse sortant de la lentille 9 et arrivant dans l'ouverture du diaphragme, une tache de diffraction située dans le plan focal 11.
Dans le cas particulier représenté sur la figure 1, où les faces 8 et 9 de la lame 7 sont rigoureusement parallèles et perpendiculaires à l'axe 3 du faisceau 6, le centre de la tache de diffraction est disposé sur l'axe 3 du dispositif et l'ouverture 13 du diaphragme 12 est alors centrée sur cet axe 3. L'intensité Ii de la lumière reçue sur le récepteur 14 et mesurée par l'appareil 16 correspond à l'énergie lumineuse du faisceau 6 non diffusée par les faces de la lame 7, de laquelle il convient de retrancher évidemment l'énergie lumineuse absorbée par la lame 7 et la lentille 10. L'intensité I2 de la lumière reçue sur le récepteur 15 et mesurée par l'appareil 17 est représentative de la lumière du faisceau 6 diffusée par les irrégularités des faces polies 8 et 9. Le diviseur 18 effectue le rapport des signaux qu'il reçoit, ce rapport étant représentatif de Ix/I2. Il est clair que ce rapport caractérise la qualité moyenne du poli des surfaces 8 et 9 de la lame 7. On obtient ainsi un coefficient, affiché sur le dispositif 19, dont la valeur est d'autant plus élevée que la qualité moyenne du poli des faces 8 et 9 est meilleure. Bien entendu ce coefficient dépend des caractéristiques dimensionnelles du dispositif illustré sur la figure 1. Mais, de toutes façons, ce dispositif permet d'effectuer des mesures comparatives afin de classer par exemple 5 différentes lames optiques suivant la qualité du poli de leurs faces.
Lorsque les faces de la lame ne sont pas rigoureusement perpendiculaires à l'axe 3, par suite par exemple d'un défaut de parallélisme, le centre de la tache de diffraction est décalé par io rapport à l'axe du dispositif; il convient alors de disposer le diaphragme 12 dans le plan focal 11 de manière que son ouverture 13 soit centrée, non sur l'axe 3, mais sur le centre de la tache de diffraction. Pour cela il suffit de déplacer dans le plan focal 11 le diaphragme 12 ou la zone circulaire de concentration 15 du faisceau sortant de la lentille 10 pour placer l'ouverture du diaphragme en un point du plan focal choisi de manière que l'intensité de lumière reçue sur le récepteur 14 soit maximale.
C'est ainsi qu'il est montré sur la figure 1 un organe 24 capable de dévier le faisceau 25 sortant de la lentille 10. Cet 2o organe 24 est commandé pair un circuit 26 de manière que le cercle de concentration du faisceau 25 effectue un balayage d'une surface prédéterminée du plan focal 11. De plus, un circuit 27 qui reçoit sur son entrée 28 le signal de sortie de l'appareil de mesure 16 relié au récepteur 14, délivre un signal de com-25 mande vers le circuit 18 au moment où le signal reçu à l'entrée 28 est maximal. Ce signal de commande déclenche l'opération de division effectuée par le circuit 18.
L'organe 24 peut être avantageusement un appareil appelé diasporamètre et constitué essentiellement de deux prismes di-30 sposés à proximité l'un de l'autre, un des prismes pouvant tourner par rapport à l'autre autour d'un axe traversant les faces des prismes.
La figure 2 montre une vue en plan du diaphragme 12 et du récepteur 15 représentés de bout sur la figure 1. On voit que, le 35 diaphragme 12 étant circulaire, la surface de réception du récepteur 15 peut avoir la forme d'un secteur circulaire du cercle périphérique du diaphragme.
Dans une réalisation préférée, le récepterur 15 peut être constitué par un réseau de photodiodes ; les différentes photo-40 diodes du réseau sont connectées entre elles par exemple en série et les extrémités de la branche ainsi formée sont connectées à l'appareil 17.
La figure 3 illustre un mode de réalisation du dispositif selon 45 l'invention spécialement adapté au cas où la surface polie dont on désire déterminer la qualité optique est la surface réfléchissante d'un miroir tel qu'un miroir plan 23. Sur cette figure on a désigné par les mêmes références numériques les éléments qui sont identiques à ceux de la figure 1.
so On voit sur la figure 3 que le faisceau 16 sortant du dispositif afocal 4-5 disposé à la sortie de l'émetteur laser 1 est renvoyé par le miroir 23 vers la lentille 10. La surface de réception du diaphragme 14 est délimitée par l'ouverture circulaire 13 du diaphragme 12. L'énergie lumineuse sortant de la lentille 10 et 55 reçue sur le récepteur 14 à travers l'ouverture 13 correspond aussi, dans ce cas, à la partie du faisceau 16 non diffusée sur les irrégularités de la surface réfléchissante du miroir 23. Par contre l'énergie lumineuse reçue sur le récepteur 15 correspond à la partie du faisceau 16 diffusée par les irrégularités du poli de 6o cette surface réfléchissante.
On a aussi représenté sur la figure 3 un système 29 electro mécanique d'un type connu capable de commander un déplacement de l'ensemble 30 constitué par le diaphragme 12 et le récepteur 14. Ce déplacement est tel que l'ouverture 13 du 65 diaphragme 12 effectue un balayage d'une surface prédéterminée dans le plan focal 11. Ce dispositif comporte en outre, comme celui illustré par la figure 1, un circuit 27 recevant le signal de sortie de l'appareil de mesure 16 et capable de déclencher
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l'opération de division du circuit 18 au moment où ce signal de sortie est maximal.
Le système 29 permet donc, comme le dispositif 24-26 illustré par la figure 1, d'effectuer automatiquement le centrage relatif de la tache de diffraction par rapport au diaphragme, et de déclencher la mesure au moment précis où le centrage est réalisé.
Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 3 est tout à fait analogue à celui du dispositif illustré sur la figure 1.
Le dispositif illustré par la figure 3 permet également de déterminer un coefficient représentatif de la qualité du poli optique de la surface réfléchissante du miroir 23, un tel dispositif permettant aussi des mesures comparatives de la qualité optique s des miroirs.
Le dispositif selon la présente invention peut être appliqué à la détermination de la qualité du poli des surfaces d'éléments optiques tels que lames, lentilles, miroirs plans ou sphériques.
C
1 feuille dessins
Claims (7)
1. Dispositif pour déterminer la qualité du poli d'une surface d'un élément optique, comportant
- un générateur d'un faisceau laser, ce faisceau étant reçu sur au moins une surface polie de l'élément optique qui transmet ou réfléchit un faisceau lumineux,
- un système optique convergent capable de concentrer dans son plan focal l'énergie dudit faisceau laser suivant une tache lumineuse circulaire de diamètre d, ce système optique étant disposé sur le trajet du faisceau lumineux sortant de l'élément optique, une partie du faisceau lumineux étant alors concentrée dans un cercle de diamètre d situé dans le plan focal du système optique, l'autre partie du faisceau lumineux étant diffusée par des irrégularités de la surface polie dans le plan focal à l'extérieur de ce cercle,
- et des moyens d'analyse de l'énergie lumineuse reçue dans le plan focal du système optique, caractérisé en ce que lesdits moyens d'analyse comportent
—un premier récepteur photoélectrique disposé pour recevoir ladite partie du faisceau d'énergie 1^ concentrée dans le cercle de diamètre d et capable d'émettre en retour un signal S1; représentatif de I1;
- un deuxième récepteur photoélectrique disposé à côté dudit cercle pour recevoir au moins une portion de l'autre partie diffusée d'énergie I2 et capable d'émettre en retour un signal S2 représentatif de I2
- et un circuit de traitement recevant les signaux Sx et S2 et g
capable de déterminer le rapport —h- , ce rapport étant repré-
ï>2
sentatif de la qualité du poli de la surface polie de l'élément optique.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un diaphragme placé dans le plan focal et dont l'ouverture est délimitée par ledit cercle, le premier récepteur étant disposé de manière à recevoir la lumière ayant traversé l'ouverture du diaphragme et sortant du système optique convergent et que le deuxième récepteur est fixé sur la face du diaphragme en regard de ce système optique.
2
REVENDICATIONS
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens pour déterminer le rapport S1/S2 comportent
- deux appareils de mesure de tension électrique connectés respectivement à la sortie du premier et du second récepteurs photoélectriques,
- un circuit diviseur dont les deux entrées sont connectées respectivement aux sorties des deux appareils de mesure de tension électrique
- et un dispositif d'affichage connecté à la sortie du circuit diviseur.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour commander une déviation du faisceau sortant du système optique convergent, de manière que ledit faisceau balaie une surface prédéterminée du plan focal du système optique, et que ledit circuit de traitement comporte un circuit recevant le signal délivré par l'appareil de mesure de tension connecté au premier récepteur photoélectrique et capable de déclencher l'opération du circuit diviseur au moment où ce signal délivré est maximal.
5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour commander un déplacement de l'ouverture du diaphragme de manière que cette ouverture balaie ime surface prédéterminée du plan focal du système optique, et que ledit circuit de traitement comporte un circuit recevant le signal délivré par l'appareil de mesure de tension connecté au premier récepteur photoélectrique et capable de déclencher l'opération du circuit diviseur au moment où ce signal délivré est maximal.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième récepteur est un réseau de photodiodes connectées entre elles.
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur comporte un émetteur laser et un dispositif afocal 5 disposé à la sortie de l'émetteur.
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