EP2478395A1 - Procede d'alignement pour controler un miroir - Google Patents

Procede d'alignement pour controler un miroir

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Publication number
EP2478395A1
EP2478395A1 EP10770540A EP10770540A EP2478395A1 EP 2478395 A1 EP2478395 A1 EP 2478395A1 EP 10770540 A EP10770540 A EP 10770540A EP 10770540 A EP10770540 A EP 10770540A EP 2478395 A1 EP2478395 A1 EP 2478395A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mirror
additional
support
digital hologram
light beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10770540A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Rémi BOURGOIS
Emmanuel Carnis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Sagem Defense Securite SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sagem Defense Securite SA filed Critical Sagem Defense Securite SA
Publication of EP2478395A1 publication Critical patent/EP2478395A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/10—Mirrors with curved faces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02034—Interferometers characterised by particularly shaped beams or wavefronts
    • G01B9/02038—Shaping the wavefront, e.g. generating a spherical wavefront
    • G01B9/02039—Shaping the wavefront, e.g. generating a spherical wavefront by matching the wavefront with a particular object surface shape
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02056—Passive reduction of errors
    • G01B9/02058—Passive reduction of errors by particular optical compensation or alignment elements, e.g. dispersion compensation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/005—Testing of reflective surfaces, e.g. mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements

Definitions

  • the present invention relates to an alignment method for controlling a mirror, in particular for controlling the surface of an off-axis aspherical mirror ("off-axis aspherical mirror" in English).
  • a mirror such as a telescope mirror
  • the provision of a mirror includes mirror controls that are performed while the mirror is being made, in an iterative process of checking and resuming the surface of the mirror.
  • the control consists in finding and measuring any discrepancies between the actual shape of the reflecting surface of the mirror and a theoretical surface of the specifications of the mirror, called the target surface.
  • Such a control can be performed on the entire mirror, or on an element of this mirror when the mirror is composed of several mirror elements which are separated and intended to be juxtaposed to reconstitute the complete mirror.
  • the surface of an out-of-axis aspherical mirror can be described by a mean curvature value and an average astigmatism value that are established over the entire surface. But, the local value of curvature and the local value of astigmatism vary with respect to these average values, and are different between points which are distant in the surface of the mirror. In addition, additional terms are often necessary to more accurately describe the shape of the surface of the mirror: coma, spherical aberration, etc.
  • the objective of the control is to measure the deviations of these terms at any point of the surface of the mirror, between the real values and the values for the target surface.
  • a common method for carrying out such a control is to illuminate the entire mirror with an appropriate light source, most often a laser source, through an optical compensator ("null-lens" in English).
  • the optical compensator is designed to compensate for a frontal deformation wave that would produce the target surface of the mirror.
  • the nature of the optical compensator is not determined a priori, but holograms are often used because they can be generated numerically from the target surface, which is particularly convenient.
  • Such a digital hologram is commonly referred to by CGH for "Computer-Generated Hologram” in English.
  • An optical interference is then formed between a reference wavefront and a wavefront which is produced by reflecting light onto the mirror through the optical compensator. This interference produces a two-dimensional distribution of light intensity, or interference pattern, which is characteristic of the gap between the actual surface of the mirror and the target surface. Such an interference pattern has bright fringes when the two wavefronts are sufficiently different.
  • control tool used includes:
  • a first support which is adapted to maintain the mirror in a determined position relative to the control tool
  • the optical compensator which itself comprises the digital hologram, with a useful part of this digital hologram which contains a pattern calculated in accordance with the target surface of the mirror;
  • a second support which is adapted to maintain the optical compensator during an image capture time, the second support being also adapted to laterally translate the optical compensator according to transverse directions of the control tool, and to turn the compensator optical around a longitudinal axis of the control tool;
  • the light source which is adapted to produce a light beam during image capture, and arranged to illuminate the reflecting surface of the mirror through the digital hologram of the optical compensator, parallel to the longitudinal axis ;
  • an optical system which is adapted to produce an interference between a reference portion of the light beam produced by the source and a part of this light beam reflected by the mirror through the digital hologram of the optical compensator; and an image recording system, which is arranged to capture a light intensity distribution produced by the interference, and superimposed on an image of the mirror formed by the portion of the light beam reflected by this mirror.
  • the optical compensator is placed at a distance from the mirror which makes it possible to obtain an image of the whole of its reflecting surface, on which the interference pattern is superimposed.
  • a single shot can control the entire surface of the mirror.
  • such a control is said "in full pupil".
  • the distance between the light source and the mirror must be substantially equal to the average radius of curvature of the reflecting surface of the latter.
  • the optical compensator it is then easy to orient the optical compensator relative to the mirror, by turning the compensator around the longitudinal axis of the control tool.
  • the hologram of the compensator and the first support comprise marks which are simultaneously visible in the image which is captured by the image recording system, and the position of the mirror on the first support is known elsewhere.
  • Respective reference directions of the optical compensator and the mirror are thus brought parallel to each other. These reference directions are generally respective astigmatism axes of the optical compensator and the mirror.
  • the average radius of curvature of the mirror can be several tens of meters. Since the dimensions of the hologram compensator are limited to a few tens of centimeters by its manufacture, the distance between the optical compensator and the mirror should be very important to carry out a control of the mirror in full pupil. But when this distance exceeds about 3 m (meter), gaseous turbulence and temperature variations occur between the compensator and the mirror, and disturb the interference pattern.
  • a telescope mirror usually has side dimensions that can also be very large, especially greater than 1 m, or even greater than 1, 5 m. Only a small portion of the surface of the mirror, commonly called “sub-pupil”, can then be illuminated through the optical compensator while a picture is taken by the image recording system. The surface control resulting from this shooting is therefore limited to this part of the surface of the mirror. Several shots must therefore be made successively, respectively for different parts of the surface of the mirror, to allow control of the entire surface. The optical compensator must therefore be moved relative to the mirror between successive shots.
  • an object of the present invention is to orient the optical compensator around the longitudinal axis of the control tool, when only a restricted portion of the surface of the mirror is illuminated at each shot through the optical compensator.
  • the invention proposes an alignment method for controlling a mirror by using an optical control tool which comprises the elements listed above, and in which:
  • the light source illuminates only a part of the reflecting surface of the mirror during the same shot by the image recording system, this illuminated surface portion being smaller than the reflecting surface entire mirror;
  • the first support is provided with at least one reflective mark
  • the digital hologram of the optical compensator further comprises at least two first additional patterns which are arranged on two first sides of the useful part of the digital hologram, each first additional pattern being adapted to produce a lens optical effect so that an alignment light beam which is directed towards the mark through this first additional pattern is reflected in a variable manner according to a transverse shift of the first pattern additional to the reference.
  • the method of the invention then comprises the following sequence of steps, which is optionally repeated several times:
  • step 141 rotating the second support about the longitudinal axis of the control tool in accordance with the angular difference determined in step 131, so as to bring the reference direction of the useful area of the parallel digital hologram to a reference direction of the mirror.
  • step 121 the optical compensator is translated to replace a first additional pattern of the hologram of the optical compensator by a second additional pattern thereof, in the position in line with the mark of the first support.
  • the direction of this translation is then used as a reference direction that is fixed relative to the control tool. It is marked by the two components of the translation vector along the transverse directions of the control tool.
  • the initial angular orientation of the optical compensator in the plane of these transverse directions, that is to say around the longitudinal axis of the control tool, can then be determined relative to the control tool. It is determined in step 131 using a reference direction which is related to the optical compensator.
  • the orientation of the optical compensator relative to the control tool can then be modified in step IAI, by turning the second support around the longitudinal axis.
  • the method of the invention results in angularly orienting, precisely, the optical compensator with respect to the mirror. In particular, it allows angularly superimposing the respective astigmatism axes of the optical compensator and the mirror.
  • the orientation of the optical compensator can be identified by the first two additional patterns themselves, which have been used respectively in steps / 1 / and 121. Nevertheless, the orientation of the optical compensator can be spotted differently. .
  • the respective first sides of the first two additional optical compensator patterns are opposite to the useful area of the digital hologram. In addition, they can locate an axis of astigmatism of the optical compensator.
  • the digital hologram of the optical compensator may further comprise a first additional additional pattern, which is disposed on another side of the useful part of the digital hologram different from the first two sides.
  • This first additional additional pattern is also adapted to produce a lens optic effect such that an alignment light beam which is directed to the mark through this first additional additional pattern is variably reflected depending on a transverse shift. the first additional additional pattern relative to the marker. Steps IM to 131 can then be repeated for one of the first additional patterns previously used and for the first additional additional pattern. In this way, another angular deviation can be determined in step / 3 /, which forms a measurement of an angle between the two transverse directions of the control tool.
  • the positions of at least three first additional patterns in the digital hologram, around the useful area thereof, are used to measure the angle between the two transverse directions of translation of the second support.
  • a perpendicularity between these two directions of translation of the second support can be verified, taking as a reference.
  • the method may further comprise several shooting steps, two successive shots being separated by intermediate steps of translation of the optical compensator relative to the mirror. In this way, different parts of the reflecting surface of the mirror can be successively monitored, possibly until the entire surface is controlled part by part.
  • a method according to the invention can be used, in particular, for controlling the reflecting surface of an off-axis aspherical mirror.
  • FIG. 1 represents a tool for controlling a mirror, adapted to use a method according to the invention
  • FIG. 2 illustrates an alignment principle used in the invention, between a holographic pattern and a marker
  • FIGS. 3a and 3b illustrate successive steps of a method according to the invention.
  • a mirror control tool comprises a mirror support, also designated by first support and referenced 1, and an optical support, also designated by second support and referenced 2.
  • the mirror to be controlled is fixed on the support 1 so as to expose its reflective surface SIOO. It can be of the aspherical mirror type out of axis, in particular.
  • the mirror 100 has a peripheral edge B100 which transversely limits the surface Sio.
  • this edge B100 may be hexagonal, with a diameter greater than or equal to 1500 mm (mm) between opposite vertices of the hexagon.
  • the support 1 also carries one or more reflecting mark (s), which is (are) fixed on the support 1, and preferably located near and outside the edge. B100 device of the mirror 100.
  • the support 1 may be provided with three reflective markers which are referenced 1 1, 12 and 13, and which may be distributed on the support 1 around the mirror 100 being two by two angularly distant from each other. About 120 °.
  • the optical support 2 is movable relative to the mirror support 1. It carries the following components which form a set of illumination and image capture referenced globally 20:
  • a light source 4 for example of the laser type
  • an optical system 5 whose functions are to transmit a part of the light which is produced by the source 4 to illuminate a part of the mirror 100 through the optical compensator, and to realize a light interference between a beam which is reflected by the mirror 100 and a reference beam;
  • an image recording system 6 which is arranged to capture an image of the part of the mirror 100 which is illuminated, through the optical compensator.
  • an initial beam F0 which is produced by the source 4 is divided into a reference beam F1 and an illumination beam F2.
  • This division of the beam F0 can be carried out by a semi-reflecting plate 50.
  • a reflecting mirror 51 can be arranged in the path of the reference beam F1.
  • the illumination beam F2 preferably has a parallel beam structure, with a beam section that is greater than or equal to an opening of the optical compensator.
  • the opening of the optical compensator may have a diameter of between 250 and 300 mm.
  • the direction of the beam F2 is called the longitudinal axis of the control tool, and is denoted ZZ.
  • the illumination beam F2 then passes through the optical compensator a first time, is reflected by a part of the surface S100 of the mirror 100, again passes through the compensator in the opposite direction, then is superimposed on the reference beam F1 within the system 5
  • This superposition produces an interference pattern in an image of the illuminated portion of the surface S10.
  • This image is captured with the interference pattern by the image recording system 6 when shooting. It is then possible to obtain, from light intensity variations that are present in the image, a measure of local deviations existing between the surface S100 and a target surface that is recorded in the optical compensator.
  • the variations in light intensity that are present in the image of the illuminated portion of the mirror 100 form a pattern of interference fringes, whose local orientation and the local pitch make it possible to determine the difference between the surface actual S100 of the mirror 100 and the target surface.
  • the distance between the illuminating and image-capturing assembly 20 and the mirror 100, parallel to the axis ZZ, is such that only a restricted portion S10 of the reflecting surface S100 of the mirror 100 is illuminated at each acquisition. view.
  • the illuminated portion S10 may be ten to one hundred times smaller than the entire SIOO surface.
  • the control of the Sioo surface that can be made from of a single captured image is limited to this surface portion S10. This limitation makes it possible to reduce the distance between the mirror 100 and the illumination and image capture assembly 20, so that the design of the control tool is simplified. The cost of this tool is decreased accordingly.
  • the support 2 makes it possible to translate the illumination and image acquisition assembly 20 above the surface S100 of the mirror 100 in two transverse directions XX and YY, which are perpendicular to the longitudinal axis ZZ, or substantially perpendicular to this axis ZZ.
  • the support 2 comprises a system of slides and measurement of translation distances which is not shown in FIG. 1. This system makes it possible to achieve translation distances which are sufficiently large so that the surface portion S10 which is illuminated can be brought to any place in the entire surface Sio.
  • the translation directions XX and YY are most often perpendicular to each other. , but they may optionally have between them an additional angular difference from 90 ° (degree).
  • the support 2 also makes it possible to turn the optical compensator around the longitudinal axis Z-Z, and the angle of such rotation of the compensator can be determined with precision.
  • the two directions X-X and Y-Y define with the longitudinal axis Z-Z a coordinate system which is linked to the control tool.
  • This coordinate system makes it possible to locate the position of the support 2, as well as the angular orientation of the optical compensator around the longitudinal axis Z-Z.
  • the optical compensator comprises a CGH hologram which is referenced 3.
  • a useful part 30 of the hologram 3 is determined to compensate.
  • optical path length variations within the illumination beam F2 which are due to the shape of the target surface of the mirror 100.
  • the optical paths considered correspond to radii of the illumination beam which are reflected at points different from the mirror, and their lengths are calculated between the division and the clustering of the beams F1 and F2 which are produced by the semi-reflecting plate 50.
  • the mirror 100 has a shape which is strictly identical to the target surface, the image that is captured has a uniform intensity.
  • variations in intensity in the captured image reveal and make it possible to determine differences between the real surface and the target surface of the mirror at the location of these intensity variations.
  • the hologram compensator must be rotated about the longitudinal axis ZZ until the orientation of the target surface which is integrated in the mirror hologram 3 corresponds precisely to the orientation of the mirror 100 in the control tool. In other words, respective reference directions of the hologram 3 and the mirror 100 must be parallel.
  • the same hologram 3 of optical compensator is used for all the different parts of the surface S100 which will be illuminated successively.
  • the useful part 30 of the hologram 3 of the optical compensator performs a mean sphere and astigmatism compensation which is established for the entire target surface of the mirror 100.
  • the useful part 30 of the hologram 3 can simultaneously compensate for other average optical characteristics of the target surface. For each part of the surface S100 that is illuminated during successive shots, this surface portion is controlled by measuring the variations in light intensity that are present within the interference pattern captured.
  • the hologram 3 of the optical compensator comprises at least two first additional holographic patterns, each of which produces a lens optical effect.
  • they each produce a convergent lens optical effect
  • the focal length that is associated with each of these first patterns may correspond approximately to the separation distance between the hologram 3 and each of the marks 1 1 -13, measured according to the ZZ axis.
  • These first additional patterns are arranged on different sides of the useful part 30 of the hologram 3. Their respective positions around the useful part 30 are known with precision, thanks to the digital technology that is used to make the hologram.
  • three first additional holographic patterns 31, 32 and 32a which may be identical are provided around the useful part 30 of the hologram 3.
  • the patterns 31 and 32 may be arranged on two opposite sides of the useful part 30, in order to identify a reference direction AA of the hologram 3, and the pattern 32a may be located at 90 ° between the patterns 31 and 32.
  • the reference direction AA (FIGS. 3a and 3b) which is identified by the holographic patterns 31 and 32 may correspond to a mean axis of astigmatism of the target surface.
  • each reflective marker 1 1 -13 which is provided on the carrier 1 may have a convex spherical shape when each of the holographic patterns 31, 32 and 32a produces a convergent lens optical effect.
  • each reference 1 1 -13 can be similar to a half-ball metal, for example of radius 1 mm.
  • an alignment light beam which passes through one of the holographic patterns 31, 32 or 32a and which is directed on one of the marks 1 1 -13 is reflected by the latter around a variable central direction D.
  • This direction of reflection D depends on a shift d between the holographic pattern and the marker.
  • the central reflection direction D is then detected. In this way, the offset d can then be compensated accurately by moving the support 2.
  • the alignment beam can be a part FA of the illumination beam F2, which passes through one of the holographic patterns 31, 32 or 32a.
  • the alignment beam that is reflected by the marker can then be detected by the system 6 in the image that is captured.
  • the optical support 2 can be moved to bring very precisely any of the patterns 31, 32 or 32a to the right of any one of the pins 1 1 -13.
  • a first step of a method according to the invention then consists in aligning, parallel to the longitudinal axis Z-Z and in the manner just described, the holographic pattern 31 with the reference 1 1.
  • the support 2 can be translated in the two transverse directions X-X and Y-Y, and possibly rotated about the longitudinal axis Z-Z.
  • FIG. 3a is a view along the Z-Z axis, which represents such a position 3a of the hologram 3, in which the mark 11 and the holographic pattern 31 are aligned.
  • the central point of the reference 1 1 is represented symbolically by a cross.
  • FIG. 3b represents the position 3b of the hologram 3 at the end of this second step.
  • the position 3a that was occupied at the end of the first stage is also reported in broken lines.
  • the vector of the translation which has been carried out during this second step is noted T. It is parallel to the reference direction AA of the hologram 3 which is identified by the patterns 31 and 32.
  • the components of the vector T are the displacements ⁇ and ⁇ of the support 2 which were made during the second step, respectively along the two transverse directions XX and YY of the control tool. They are read accurately along these transverse directions.
  • the optical support 2 is rotated about the longitudinal axis Z-Z, to bring the reference direction A-A of the hologram 3 parallel to a reference direction of the mirror 100, denoted B-B.
  • the initial orientation of the direction AA is that of the second step, and is precisely known by the components ⁇ and ⁇ of the vector T.
  • the direction AA of the hologram 3 can be rotated to come precisely in parallel with the reference direction BB of the mirror 100.
  • the angle ⁇ of the rotation of the optical support 2 that is carried out can be calculated by the following formula:
  • Arctan is the inverse of the trigonometric function of tangent
  • ⁇ is the angle between the transverse direction X-X and the reference direction B-B of mirror 100.
  • the angles ⁇ and ⁇ are shown in Figure 3b.
  • the angle Arctan ( ⁇ / ⁇ ) represents the orientation of the reference direction A-A of the hologram 3 relative to the axis X-X at the end of the second step.
  • the second step of the method may be repeated using the holographic pattern 32a instead of the pattern 32.
  • a second translation vector is then determined by its components in the transverse directions X-X and Y-Y.
  • This second vector makes it possible to precisely check the angle that angularly separates these directions XX and YY, taking for reference the angle that is present between the direction AA and the direction of the pattern 32a inside the hologram 3. Indeed, this last angle is defined very precisely by the method of manufacturing the digital hologram.
  • the graduations of the control tool which locate the position of the support 2 can be calibrated with respect to the positions of the holographic patterns 31, 32 and 32a in the hologram 3.
  • the first step which has been described above can be repeated for each of these markers each time using the same first additional pattern of the digital hologram 3.
  • the first step is carried out successively with the marks 1 1, 12 and then 13 still using the pattern 31.
  • graduations of the control tool which locate the position of the support 2 can also be calibrated in this way, relative to the marks 1 1 -13 of support 1.
  • a first optional refinement of the invention makes it possible to locate the orientation of the hologram 3 of the optical compensator with respect to the image recording system 6.
  • the digital hologram 3 may further comprise at least two additional second patterns, which are arranged on two second sides of the useful portion 30, each second additional pattern being adapted to reflect a light beam orientation.
  • each second additional pattern has a mirror optical effect for the orientation light beam incident on the hologram at the location of this second additional pattern.
  • the optical effect of each second additional pattern is that of a plane mirror.
  • the hologram 3 comprises the two additional second holographic patterns which are referenced 33 and 34. They may be located on opposite sides of the useful part 30.
  • Each of the patterns 33 and 34 is a holographic plane mirror, which reflects an FB orientation light beam.
  • each beam FB is a part of the illumination beam F2 which is produced by the light source 4, so that positions of the patterns 33 and 34 are captured by the image recording system 6.
  • second patterns 33, 34 thus form a system of orientation marks of the digital hologram 3 with respect to the image recording system 6.
  • the optical compensator may further comprise at least two marks which are arranged to be visible in the image of the mirror captured by the image recording system. Such marks make it possible to determine a magnification of the image which is entered from distances between the marks which are respectively measured in the optical compensator and in the captured image.
  • the two marks are included in the digital hologram 3 of the optical compensator. In this case, they can be confused respectively with the second additional holographic units 33 and 34 of the digital hologram 3, introduced for the first improvement of the invention.
  • the control of S100 surface can be started.
  • the illumination and image acquisition unit 20 is translated, without being rotated, to the right of a selected part of the mirror 100.
  • An image is then inputted by the system 6, then the assembly 20 is again moved by translation to a different part of the mirror 100.
  • the entire surface S100 is covered by successive shots, so that the whole of this surface can be compared to the target surface .
  • the method of calculating the difference between each part of the surface S100 thus imaged and the corresponding part of the target surface of the mirror 100 is assumed to be known to those skilled in the art, and is not repeated here.
  • the light that is used for each step of the alignment method which is the subject of the invention can come from an auxiliary light source, separated from the source 4, which illuminates a part of the mirror 100 during the shots.
  • the first holographic lens effect patterns 31 and 32 are not necessarily located at positions that are diametrically opposed to the useful part 30 of the hologram 3.
  • the invention can be implemented with a beam of any wavelength, although this one has been called light bleam. In particular, it may be a visible or infrared light beam, depending on the nature of the mirror to be controlled and / or the nature of the control tool that is used.

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Abstract

Un procédé d'alignement pour contrôler un miroir (100) permet d'orienter un hologramme numérique de compensation optique (3) par rapport à un outil de contrôle du miroir. L'outil de contrôle est conçu pour éclairer une à une des parties restreintes (S10) d'une surface réfléchissante (S100) du miroir, et la surface entière est contrôlée en déplaçant, entre des prises de vues successives, un ensemble d'éclairement et de saisie d'image (20) au dessus du miroir. L'outil de contrôle peut alors avoir des dimensions réduites, même lorsque le miroir possède une courbure très faible et est de grande taille.

Description

PROCEDE D'ALIGNEMENT POUR CONTROLER UN MIROIR
La présente invention concerne un procédé d'alignement pour contrôler un miroir, notamment pour contrôler la surface d'un miroir asphérique hors d'axe («off-axis aspherical mirror» en anglais).
La fourniture d'un miroir, tel qu'un miroir de télescope, comprend des contrôles du miroir qui sont effectués pendant que le miroir est fabriqué, selon un processus itératif de contrôles et de reprises de la surface du miroir. Le contrôle consiste à rechercher et mesurer d'éventuels écarts entre la forme réelle de la surface réfléchissante du miroir et une surface théorique du cahier des charges du miroir, appelée surface-cible.
Un tel contrôle peut être effectué sur le miroir entier, ou bien sur un élément de ce miroir lorsque le miroir est composé de plusieurs éléments de miroir qui sont séparés et destinés à être juxtaposés pour reconstituer le miroir complet. Dans la suite, on appellera simplement miroir un miroir entier ou un élément de miroir, étant entendu que le procédé de contrôle est appliqué à un élément monolithique ayant une surface réfléchissante.
Au premier ordre, la surface d'un miroir asphérique hors d'axe peut être décrite par une valeur de courbure moyenne et une valeur d'astigmatisme moyen qui sont établies sur l'ensemble de la surface. Mais, la valeur locale de courbure et la valeur locale d'astigmatisme varient par rapport à ces valeurs moyennes, et sont différentes entre des points qui sont distants dans la surface du miroir. En outre, des termes supplémentaires sont souvent nécessaires pour décrire plus exactement la forme de la surface du miroir : coma, aberration sphérique, etc. L'objectif du contrôle est de mesurer les écarts de ces termes en tout point de la surface du miroir, entre les valeurs réelles et les valeurs pour la surface-cible.
Un procédé usuel pour réaliser un tel contrôle consiste à éclairer l'ensemble du miroir avec une source de lumière appropriée, le plus souvent une source laser, à travers un compensateur optique («null-lens» en anglais). Le compensateur optique est conçu pour compenser une déformation de front d'onde que produirait la surface-cible du miroir. La nature du compensateur optique n'est pas déterminée a priori, mais des hologrammes sont souvent utilisés car ils peuvent être générés numériquement à partir de la surface-cible, ce qui est particulièrement commode. Un tel hologramme numérique est couramment désigné par CGH pour «Computer-Generated Hologram» en anglais. On forme alors une interférence optique entre un front d'onde de référence et un front d'onde qui est produit par réflexion de la lumière sur le miroir à travers le compensateur optique. Cette interférence produit une répartition bidimensionnelle d'intensité lumineuse, ou figure d'interférence, qui est caractéristique de l'écart entre la surface réelle du miroir et la surface-cible. Une telle figure d'interférence comporte des franges lumineuses lorsque les deux fronts d'onde sont suffisamment différents.
Pour cela, l'outil de contrôle utilisé comprend :
- un premier support, qui est adapté pour maintenir le miroir dans une position déterminée par rapport à l'outil de contrôle ;
- le compensateur optique, qui comprend lui-même l'hologramme numérique, avec une partie utile de cet hologramme numérique qui contient un motif calculé conformément à la surface-cible du miroir ;
- un second support, qui est adapté pour maintenir le compensateur optique pendant une durée de saisie d'image, le second support étant aussi adapté pour translater latéralement le compensateur optique selon des directions transversales de l'outil de contrôle, et pour tourner le compensateur optique autour d'un axe longitudinal de l'outil de contrôle ;
- la source de lumière, qui est adaptée pour produire un faisceau lumineux lors d'une saisie d'image, et disposée de façon à éclairer la surface réfléchissante du miroir à travers l'hologramme numérique du compensateur optique, parallèlement à l'axe longitudinal ;
- un système optique, qui est adapté pour produire une interférence entre une partie de référence du faisceau lumineux produit par la source et une partie de ce faisceau lumineux réfléchie par le miroir à travers l'hologramme numérique du compensateur optique ; et - un système d'enregistrement d'image, qui est disposé pour saisir une répartition d'intensité lumineuse produite par l'interférence, et superposée à une image du miroir formée par la partie du faisceau lumineux réfléchie par ce miroir.
De façon usuelle, le compensateur optique est placé à une distance du miroir qui permet d'obtenir une image de l'ensemble de sa surface réfléchissante, à laquelle est superposée la figure d'interférence. Ainsi, une unique prise de vue permet de contrôler toute la surface du miroir. Dans le jargon du métier, un tel contrôle est dit «en pleine pupille». Pour cela, la distance entre la source de lumière et le miroir doit être sensiblement égale au rayon de courbure moyen de la surface réfléchissante de ce dernier.
Il est alors facile d'orienter le compensateur optique par rapport au miroir, en tournant le compensateur autour de l'axe longitudinal de l'outil de contrôle. En effet, l'hologramme du compensateur et le premier support comportent des repères qui sont visibles simultanément dans l'image qui est saisie par le système d'enregistrement d'image, et la position du miroir sur le premier support est connue par ailleurs. Des directions de référence respectives du compensateur optique et du miroir sont ainsi amenées parallèles l'une à l'autre. Ces directions de référence sont en général des axes d'astigmatisme respectifs du compensateur optique et du miroir.
Or, pour un miroir primaire de télescope, le rayon de courbure moyen du miroir peut être de plusieurs dizaines de mètres. Etant donné que les dimensions du compensateur à hologramme sont limitées à quelques dizaines de centimètres par sa fabrication, la distance entre le compensateur optique et le miroir devrait être très importante pour effectuer un contrôle du miroir en pleine pupille. Mais lorsque cette distance dépasse 3 m (mètre) environ, des turbulences gazeuses et des variations de température apparaissent entre le compensateur et le miroir, et perturbent la figure d'interférence.
Il est aussi envisageable de contrôler un miroir qui possède un grand rayon de courbure en rapprochant le compensateur optique de la surface réfléchissante du miroir. Mais un miroir de télescope possède en général des dimensions latérales qui peuvent aussi être très grandes, notamment supérieures à 1 m, voire supérieures à 1 ,5 m. Alors seulement une partie restreinte de la surface du miroir, couramment appelée «sous-pupille», peut être éclairée à travers le compensateur optique pendant qu'une prise de vue est réalisée par le système d'enregistrement d'image. Le contrôle de surface qui résulte de cette prise de vue est par conséquent limité à cette partie de la surface du miroir. Plusieurs prises de vues doivent donc être réalisées successivement, respectivement pour des parties différentes de la surface du miroir, pour permettre de contrôler la surface entière. Le compensateur optique doit donc être déplacé par rapport au miroir entre des prises de vues successives.
Différentes méthodes existent pour déterminer très précisément les directions de déplacement du compensateur optique par rapport au miroir, ainsi que pour déterminer un point de référence pour les déplacements du compensateur optique. A partir de là, un but de la présente invention est d'orienter le compensateur optique autour de l'axe longitudinal de l'outil de contrôle, lorsque seulement une partie restreinte de la surface du miroir est éclairée à chaque prise de vue à travers le compensateur optique.
Pour cela, l'invention propose un procédé d'alignement pour contrôler un miroir en utilisant un outil de contrôle optique qui comprend les éléments énumérés plus haut, et dans lequel :
- la source de lumière n'éclaire qu'une partie de la surface réfléchissante du miroir lors d'une même prise de vue par le système d'enregistrement d'image, cette partie de surface qui est éclairée étant plus petite que la surface réfléchissante entière du miroir ;
- le premier support est pourvu d'au moins un repère réfléchissant ; et
- l'hologramme numérique du compensateur optique comprend en outre au moins deux premiers motifs additionnels qui sont disposés sur deux premiers côtés de la partie utile de l'hologramme numérique, chaque premier motif additionnel étant adapté pour produire un effet optique de lentille de sorte qu'un faisceau lumineux d'alignement qui est dirigé vers le repère à travers ce premier motif additionnel soit réfléchi de façon variable en fonction d'un décalage transversal du premier motif additionnel par rapport au repère.
Le procédé de l'invention comprend alors la séquence d'étapes suivante, qui est éventuellement répétée plusieurs fois :
/1 / diriger un faisceau lumineux d'alignement à travers l'un des premiers motifs additionnels et détecter le faisceau lumineux d'alignement qui est réfléchi par le repère, en translatant transversalement le second support par rapport au premier support de façon à aligner le premier motif additionnel de l'hologramme numérique par rapport au repère du premier support, parallèlement à l'axe longitudinal de l'outil de contrôle ;
121 de nouveau translater latéralement le second support, sans le tourner, avec un vecteur de translation approprié pour qu'un faisceau d'alignement qui traverse un autre des premiers motifs additionnels de l'hologramme numérique soit encore réfléchi par le même repère du premier support d'une façon alignée entre ce repère et cet autre premier motif additionnel parallèlement à l'axe longitudinal de l'outil de contrôle ;
131 à partir de composantes du vecteur de la translation du second support qui est effectuée à l'étape 121, respectivement selon l'une et l'autre des directions transversales de l'outil de contrôle, déterminer un écart angulaire entre l'une de ces directions transversales et une direction de référence de la zone utile de l'hologramme numérique qui est repérée par les premiers motifs additionnels ; puis
141 tourner le second support autour de l'axe longitudinal de l'outil de contrôle conformément à l'écart angulaire déterminé à l'étape 131, de façon à amener la direction de référence de la zone utile de l'hologramme numérique parallèle à une direction de référence du miroir.
Lors de l'étape 121, le compensateur optique est translaté pour remplacer un premier des motifs additionnels de l'hologramme du compensateur optique par un second motif additionnel de celui-ci, dans la position au droit du repère du premier support. La direction de cette translation est alors utilisée comme une direction de référence qui est fixe par rapport à l'outil de contrôle. Elle est repérée par les deux composantes du vecteur de translation selon les directions transversales de l'outil de contrôle. L'orientation angulaire initiale du compensateur optique dans le plan de ces directions transversales, c'est-à-dire autour de l'axe longitudinal de l'outil de contrôle, peut alors être déterminée par rapport à l'outil de contrôle. Elle est déterminée à l'étape 131 en utilisant une direction de référence qui est liée au compensateur optique. L'orientation du compensateur optique par rapport à l'outil de contrôle peut alors être modifiée à l'étape IAI, en tournant le second support autour de l'axe longitudinal.
L'orientation du miroir par rapport à l'outil de contrôle étant supposée connue avec précision par ailleurs, le procédé de l'invention aboutit à orienter angulairement, avec précision, le compensateur optique par rapport au miroir. En particulier, il permet superposer angulairement les axes d'astigmatisme respectifs du compensateur optique et du miroir.
D'une façon commode, l'orientation du compensateur optique peut être repérée par les deux premiers motifs additionnels eux-mêmes, qui ont été utilisés respectivement aux étapes /1/ et 121. Néanmoins, l'orientation du compensateur optique peut être repérée différemment.
Dans une mise en œuvre préférée de l'invention, les premiers côtés respectifs des deux premiers motifs additionnels du compensateur optique sont opposés par rapport à la zone utile de l'hologramme numérique. En outre, ils peuvent repérer un axe d'astigmatisme du compensateur optique.
Selon un perfectionnement possible de l'invention, l'hologramme numérique du compensateur optique peut comprendre en outre un premier motif additionnel supplémentaire, qui est disposé sur un autre côté de la partie utile de l'hologramme numérique différent des deux premiers côtés. Ce premier motif additionnel supplémentaire est aussi adapté pour produire un effet optique de lentille de sorte qu'un faisceau lumineux d'alignement qui est dirigé vers le repère à travers ce premier motif additionnel supplémentaire soit réfléchi de façon variable en fonction d'un décalage transversal du premier motif additionnel supplémentaire par rapport au repère. Les étapes IM à 131 peuvent alors être répétées pour l'un des premiers motifs additionnels utilisés précédemment et pour le premier motif additionnel supplémentaire. De cette façon, un autre écart angulaire peut être déterminé à l'étape /3/, qui forme une mesure d'un angle entre les deux directions transversales de l'outil de contrôle. Ainsi, les positions d'au moins trois premiers motifs additionnels dans l'hologramme numérique, autour de la zone utile de celui-ci, sont utilisées pour mesurer l'angle entre les deux directions transversales de translation du second support. En particulier, une perpendicularité entre ces deux directions de translation du second support peut être vérifiée, en prenant pour référence.
Le procédé peut comprendre en outre plusieurs étapes de prises de vues, deux prises de vues successives étant séparées par des étapes intermédiaires de translation du compensateur optique par rapport au miroir. De cette façon, des parties différentes de la surface réfléchissante du miroir peuvent être contrôlées successivement, éventuellement jusqu'à ce que la surface entière soit contrôlée partie par partie.
Un procédé selon l'invention peut être utilisé, notamment, pour contrôler la surface réfléchissante d'un miroir asphérique hors d'axe.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de mise en œuvre non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente un outil de contrôle d'un miroir, adapté pour utiliser un procédé selon l'invention ;
- la figure 2 illustre un principe d'alignement utilisé dans l'invention, entre un motif holographique et un repère ; et
- les figures 3a et 3b illustrent des étapes successives d'un procédé selon l'invention.
Pour raison de clarté, les composants de l'outil de contrôle qui sont représentés dans ces figures ne sont pas reproduits selon des dimensions réelles, ni selon des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées sur des figures différentes désignent des éléments qui sont identiques. Conformément à la figure 1 , un outil de contrôle de miroir comprend un support de miroir, aussi désigné par premier support et référencé 1 , et un support d'optique, aussi désigné par second support et référencé 2.
Le miroir à contrôler, référencé 100, est fixé sur le support 1 de façon à exposer sa surface réfléchissante SIOO- Il peut être du type miroir asphérique hors d'axe, notamment. Le miroir 100 possède un bord périphérique B100 qui limite transversalement la surface Sioo- Par exemple, ce bord B100 peut être hexagonal, avec un diamètre supérieur ou égal à 1500 mm (millimètre) entre des sommets opposés de l'hexagone.
Le support 1 porte en outre un ou plusieurs repère(s) réfléchi issant(s), qui est (sont) fixe(s) sur le support 1 , et situé(s) de préférence à proximité de et à l'extérieur du bord périphérique B100 du miroir 100. Par exemple, le support 1 peut être pourvu de trois repères réfléchissants qui sont référencés 1 1 , 12 et 13, et qui peuvent être répartis sur le support 1 autour du miroir 100 en étant deux à deux distants angulairement de 120° environ.
Le support d'optique 2 est mobile par rapport au support de miroir 1 . Il porte les composants suivants qui forment un ensemble d'éclairement et de saisie d'image référencé globalement 20 :
- un compensateur optique, qui sera décrit plus loin ;
- une source de lumière 4, par exemple du type laser ;
- un système optique 5, qui a pour fonctions de transmettre une partie de la lumière qui est produite par la source 4 pour éclairer une partie du miroir 100 à travers le compensateur optique, et de réaliser une interférence lumineuse entre un faisceau qui est réfléchi par le miroir 100 et un faisceau de référence ; et
- un système d'enregistrement d'image 6, qui est disposé pour saisir une image de la partie du miroir 100 qui est éclairée, à travers le compensateur optique.
Un tel ensemble d'éclairement et de saisie d'image est connu de l'Homme du métier, si bien qu'une description succincte seulement en est donnée maintenant. A l'intérieur du système optique 5, un faisceau initial F0 qui est produit par la source 4 est divisé en un faisceau de référence F1 et un faisceau d'éclairement F2. Cette division du faisceau F0 peut être réalisée par une lame semi-réfléchissante 50. En outre, un miroir de renvoi 51 peut être disposé sur le trajet du faisceau de référence F1 . A la sortie du système 5, le faisceau d'éclairement F2 possède de préférence une structure de faisceau parallèle, avec une section de faisceau qui est supérieure ou égale à une ouverture du compensateur optique. Par exemple, l'ouverture du compensateur optique peut posséder un diamètre compris entre 250 et 300 mm. La direction du faisceau F2 est appelée axe longitudinal de l'outil de contrôle, et est notée Z-Z. Le faisceau d'éclairement F2 traverse alors le compensateur optique une première fois, est réfléchi par une partie de la surface S100 du miroir 100, traverse de nouveau le compensateur en sens inverse, puis est superposé au faisceau de référence F1 au sein du système 5. Cette superposition produit une figure d'interférence dans une image de la partie éclairée de la surface Sioo- Cette image est saisie avec la figure d'interférence par le système d'enregistrement d'image 6 lors d'une prise de vue. Il est alors possible d'obtenir, à partir de variations d'intensité lumineuse qui sont présentes dans l'image, une mesure d'écarts locaux existant entre la surface S100 et une surface-cible qui est enregistrée dans le compensateur optique. De façon générale, les variations d'intensité lumineuse qui sont présentes dans l'image de la partie éclairée du miroir 100 forment un motif de franges d'interférence, dont l'orientation locale et le pas local permettent de déterminer la différence entre la surface réelle S100 du miroir 100 et la surface-cible.
La distance entre l'ensemble d'éclairement et de saisie d'image 20 et le miroir 100, parallèlement à l'axe Z-Z, est telle que seulement une partie restreinte S10 de la surface réfléchissante S100 du miroir 100 soit éclairée à chaque prise de vue. Par exemple, la partie éclairée S10 peut être dix à cent fois plus petite que l'ensemble de la surface SIOO- Ainsi, pour une dimension fixée de l'ouverture du compensateur optique, le contrôle de la surface Sioo qui peut être réalisé à partir d'une seule image saisie est limité à cette partie de surface S10. Cette limitation permet de réduire la distance entre le miroir 100 et l'ensemble d'éclairement et de saisie d'image 20, de sorte que la conception de l'outil de contrôle est simplifiée. Le coût de cet outil est diminué en conséquence.
Le support 2 permet de déplacer par translation l'ensemble d'éclairement et de saisie d'image 20 au dessus de la surface S100 du miroir 100, selon deux directions transversales X-X et Y-Y, qui sont perpendiculaires à l'axe longitudinal Z-Z, ou sensiblement perpendiculaires à cet axe Z-Z. Pour cela, le support 2 comprend un système de glissières et de mesure de distances de translation qui n'est pas représenté sur la figure 1 . Ce système permet de réaliser des distances de translation qui sont suffisamment grandes pour que la partie de surface S10 qui est éclairée puisse être amenée à un endroit quelconque dans la surface entière Sioo- Les directions de translation X-X et Y-Y sont le plus souvent perpendiculaires entre elles, mais elles peuvent éventuellement présenter entre elles un écart angulaire supplémentaire par rapport à 90° (degré).
Le support 2 permet aussi de tourner le compensateur optique autour de l'axe longitudinal Z-Z, et l'angle d'une telle rotation du compensateur peut être déterminé avec précision.
Les deux directions X-X et Y-Y définissent avec l'axe longitudinal Z-Z un système de coordonnées qui est lié à l'outil de contrôle. Ce système de coordonnées permet de repérer la position du support 2, de même que l'orientation angulaire du compensateur optique autour de l'axe longitudinal Z- Z.
Le compensateur optique comprend un hologramme CGH qui est référencé 3. Usuellement, lorsque toute la surface S100 est éclairée simultanément par l'ensemble d'éclairement et de saisie d'image 20, une partie utile 30 de l'hologramme 3 est déterminée pour compenser des variations de longueur de chemin optique au sein du faisceau d'éclairement F2, qui sont dues à la forme de la surface-cible du miroir 100. Les chemins optiques considérés correspondent à des rayons du faisceau d'éclairement qui sont réfléchis en des points différents du miroir, et leurs longueurs sont calculées entre la division et le regroupement des faisceaux F1 et F2 qui sont produits par la lame semi-réfléchissante 50. Ainsi, si le miroir 100 possède une forme qui est rigoureusement identique à la surface-cible, l'image qui est saisie présente une intensité uniforme. A l'inverse, des variations d'intensité dans l'image saisie révèlent et permettent de déterminer des écarts entre la surface réelle et la surface-cible du miroir à l'endroit de ces variations d'intensité. Mais pour que ces variations d'intensité soient représentatives de la forme du miroir 100, le compensateur à hologramme doit être tourné autour de l'axe longitudinal Z-Z jusqu'à ce que l'orientation de la surface-cible qui est intégrée dans l'hologramme 3 corresponde précisément à l'orientation du miroir 100 dans l'outil de contrôle. Autrement dit, des directions de référence respectives de l'hologramme 3 et du miroir 100 doivent être parallèles.
Dans un procédé de contrôle selon l'invention où la partie de surface éclairée S10 est plus petite que la surface entière S100 du miroir 100, le même hologramme 3 de compensateur optique est utilisé pour toutes les parties différentes de la surface S100 qui seront éclairées successivement. Dans ces conditions, la partie utile 30 de l'hologramme 3 du compensateur optique réalise une compensation moyenne de sphère et d'astigmatisme qui est établie pour l'ensemble de la surface-cible du miroir 100. Eventuellement, la partie utile 30 de l'hologramme 3 peut compenser simultanément d'autres caractéristiques optiques moyennes de la surface-cible. Pour chaque partie de la surface S100 qui est éclairée lors de prises de vues successives, cette partie de surface est contrôlée en mesurant les variations d'intensité lumineuse qui sont présentes au sein de la figure d'interférence saisie. Ces variations d'intensité lumineuse permettent de calculer les écarts entre la partie de surface réelle S10 et les caractéristiques moyennes de la surface-cible, qui sont intégrées dans la partie utile 30 de l'hologramme 3. Ces écarts sont alors comparés à ceux qui existent entre les caractéristiques locales de la surface- cible et ses caractéristiques moyennes, notamment pour les valeurs de sphère et d'astigmatisme. La compensation par l'hologramme 3 des caractéristiques moyennes de la surface-cible permet d'améliorer la précision du contrôle de la surface réelle Sioo-
Il est donc nécessaire d'orienter précisément l'hologramme 3 du compensateur optique par rapport au miroir 100. On suppose alors que la position du miroir 100 sur le support 1 , et la position du support 1 dans l'outil de contrôle sont déterminées par ailleurs avec précision, d'une façon qui n'est pas l'objet de la présente invention. Le procédé de l'invention qui est maintenant décrit permet d'orienter ensuite l'hologramme 3 du compensateur optique par rapport à l'outil de contrôle, ce dernier étant repéré par les directions transversales X-X et Y-Y de déplacement du support 2, et par l'axe longitudinal Z-Z. Or un tel ajustement d'orientation n'est pas évident, notamment parce que l'image qui est saisie ne reproduit pas toute la surface S100, mais seulement une partie restreinte de celle-ci. En particulier, les repères 1 1 -13 du support 1 ne sont pas visibles dans cette image, ou deux quelconques de ceux-ci ne sont pas visibles simultanément dans une même image qui est saisie par le système d'enregistrement d'image 6.
Selon une caractéristique de l'invention, l'hologramme 3 du compensateur optique comprend au moins deux premiers motifs holographiques additionnels, qui produisent chacun un effet optique de lentille. De préférence, ils produisent chacun un effet optique de lentille convergente, et la distance focale qui est associée à chacun de ces premiers motifs peut correspondre approximativement à la distance de séparation entre l'hologramme 3 et chacun des repères 1 1 -13, mesurée selon l'axe Z-Z. Ces premiers motifs additionnels sont disposés sur des côtés différents de la partie utile 30 de l'hologramme 3. Leurs positions respectives autour de la partie utile 30 sont connues avec précision, grâce à la technologie numérique qui est utilisée pour réaliser l'hologramme. Par exemple, trois premiers motifs holographiques additionnels 31 , 32 et 32a qui peuvent être identiques, sont prévus autour de la partie utile 30 de l'hologramme 3. Les motifs 31 et 32 peuvent être disposés sur deux côtés opposés de la partie utile 30, de façon à identifier une direction de référence A-A de l'hologramme 3, et le motif 32a peut être situé à 90° entre les motifs 31 et 32. Par exemple, la direction de référence A-A (figures 3a et 3b) qui est identifiée par les motifs holographiques 31 et 32 peut correspondre à un axe moyen d'astigmatisme de la surface-cible.
Comme représenté sur la figure 2, chaque repère réfléchissant 1 1 -13 qui est pourvu sur le support 1 peut avoir une forme sphérique convexe lorsque chacun des motifs holographiques 31 , 32 et 32a produit un effet optique de lentille convergente. Notamment, chaque repère 1 1 -13 peut être similaire à une demi-bille métallique, par exemple de rayon 1 mm. Dans ce cas, un faisceau lumineux d'alignement qui traverse l'un des motifs holographiques 31 , 32 ou 32a et qui est dirigé sur l'un des repères 1 1 -13 est réfléchi par celui-ci autour d'une direction centrale variable D. Cette direction de réflexion D dépend d'un décalage d entre le motif holographique et le repère. La direction centrale de réflexion D est alors détectée. De cette façon, le décalage d peut alors être compensé avec précision en déplaçant le support 2. Selon un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux de l'invention, le faisceau d'alignement peut être une partie FA du faisceau d'éclairement F2, qui traverse l'un des motifs holographiques 31 , 32 ou 32a. Le faisceau d'alignement qui est réfléchi par le repère peut alors être détecté par le système 6 dans l'image qui est saisie. De cette façon, le support d'optique 2 peut être déplacé pour amener très précisément l'un quelconque des motifs 31 , 32 ou 32a au droit de l'un quelconque des repères 1 1 -13.
Une première étape d'un procédé selon l'invention consiste alors à aligner, parallèlement à l'axe longitudinal Z-Z et de la façon qui vient d'être décrite, le motif holographique 31 avec le repère 1 1 . Pour cela, le support 2 peut être translaté selon les deux directions transversales X-X et Y-Y, et éventuellement tourné autour de l'axe longitudinal Z-Z. La figure 3a est une vue selon l'axe Z-Z, qui représente une telle position 3a de l'hologramme 3, dans laquelle le repère 1 1 et le motif holographique 31 sont alignés. Le point central du repère 1 1 est représenté symboliquement par une croix.
Dans une deuxième étape qui est réalisée à partir de cette position 3a de l'hologramme 3, le support 2 est de nouveau translaté selon l'une ou les deux directions transversales X-X et Y-Y, pour aligner maintenant le motif holographique 32 avec le repère 1 1 , parallèlement à l'axe longitudinal Z-Z. Ce nouvel alignement est encore détecté de la même façon, mais pendant cette seconde étape, le support 2 est uniquement translaté, sans être tourné autour de l'axe Z-Z. La figure 3b représente la position 3b de l'hologramme 3 à l'issue de cette deuxième étape. La position 3a qui était occupée à l'issue de la première étape est aussi reportée en traits interrompus. Le vecteur de la translation qui a été réalisée pendant cette deuxième étape est noté T. Il est parallèle à la direction de référence A-A de l'hologramme 3 qui est identifiée par les motifs 31 et 32. Les composantes du vecteur T sont les déplacements ΔΧ et ΔΥ du support 2 qui ont été effectués lors de la deuxième étape, respectivement selon les deux directions transversales X-X et Y-Y de l'outil de contrôle. Elles sont lues avec précision selon ces directions transversales.
Dans une troisième étape, le support d'optique 2 est tourné autour de l'axe longitudinal Z-Z, pour amener la direction de référence A-A de l'hologramme 3 parallèle à une direction de référence du miroir 100, notée B-B. L'orientation initiale de la direction A-A est celle de la deuxième étape, et est connue avec précision par les composantes ΔΧ et ΔΥ du vecteur T. Ainsi, la direction A-A de l'hologramme 3 peut être tournée pour venir précisément en parallèle avec la direction de référence B-B du miroir 100. Par exemple, l'angle Θ de la rotation du support d'optique 2 qui est effectuée peut être calculé par la formule suivante :
Θ = - Arctan (ΔΥ / ΔΧ) + θ0
où Arctan est l'inverse de la fonction trigonométrique de tangente, et θο est l'angle entre la direction transversale X-X et la direction de référence B-B du miroir 100. Les angles Θ et θο sont indiqués sur la figure 3b. L'angle Arctan (ΔΥ / ΔΧ) représente l'orientation de la direction de référence A-A de l'hologramme 3 par rapport à l'axe X-X à l'issue de la deuxième étape.
Eventuellement, la deuxième étape du procédé peut être répétée en utilisant le motif holographique 32a à la place du motif 32. Un second vecteur de translation est alors déterminé par ses composantes selon les directions transversales X-X et Y-Y. Ce second vecteur permet de vérifier avec précision l'angle qui sépare angulairement ces directions X-X et Y-Y, en prenant pour référence l'angle qui est présent entre la direction A-A et la direction du motif 32a à l'intérieur de l'hologramme 3. En effet, ce dernier angle est défini très précisément par le procédé de fabrication de l'hologramme numérique. D'une façon analogue, les graduations de l'outil de contrôle qui repèrent la position du support 2 peuvent être étalonnées par rapport aux positions des motifs holographiques 31 , 32 et 32a dans l'hologramme 3.
Lorsque le support 1 est pourvu de plusieurs repères réfléchissants, la première étape qui a été décrite précédemment peut être répétée pour chacun de ces repères en utilisant à chaque fois le même premier motif additionnel de l'hologramme numérique 3. Par exemple, la première étape est réalisée successivement avec les repères 1 1 , 12 puis 13 en utilisant toujours le motif 31 . En notant à chaque fois la position du support 2 qui est lue selon les directions transversales X-X et Y-Y, des graduations de l'outil de contrôle qui repèrent la position du support 2 peuvent aussi être étalonnées de cette façon, par rapport aux repères 1 1 -13 du support 1 .
Un premier perfectionnement facultatif de l'invention, qui est maintenant décrit, permet de repérer l'orientation de l'hologramme 3 du compensateur optique par rapport au système d'enregistrement d'image 6.
Pour cela, l'hologramme numérique 3 peut comprendre en outre au moins deux seconds motifs additionnels, qui sont disposés sur deux seconds côtés de la partie utile 30, chaque second motif additionnel étant adapté pour réfléchir un faisceau lumineux d'orientation. Autrement dit, chaque second motif additionnel a un effet optique de miroir pour le faisceau lumineux d'orientation qui est incident sur l'hologramme à l'endroit de ce second motif additionnel. De préférence, l'effet optique de chaque second motif additionnel est celui d'un miroir plan.
Sur la figure 1 , l'hologramme 3 comporte les deux seconds motifs holographiques additionnels qui sont référencés 33 et 34. Ils peuvent être situés sur des côtés opposés de la partie utile 30. Chacun des motifs 33 et 34 est un miroir plan holographique, qui réfléchit un faisceau lumineux d'orientation FB. De façon avantageuse, chaque faisceau FB est une partie du faisceau d'éclairement F2 qui est produit par la source de lumière 4, de sorte que des positions des motifs 33 et 34 sont saisies par le système d'enregistrement d'image 6. Les seconds motifs 33, 34 forment ainsi un système de repères d'orientation de l'hologramme numérique 3 par rapport au système d'enregistrement d'image 6.
Selon un second perfectionnement facultatif de l'invention, le compensateur optique peut comprendre en outre au moins deux marques qui sont disposées pour être visibles dans l'image du miroir saisie par le système d'enregistrement d'image. De telles marques permettent de déterminer un grandissement de l'image qui est saisie à partir de distances entre les marques qui sont mesurées respectivement dans le compensateur optique et dans l'image saisie. Dans une mise en œuvre préférée de ce perfectionnement, les deux marques sont comprises dans l'hologramme numérique 3 du compensateur optique. Dans ce cas, elles peuvent être confondues respectivement avec les seconds motifs holographiques additionnels 33 et 34 de l'hologramme numérique 3, introduits pour le premier perfectionnement de l'invention.
Lorsque l'orientation de l'hologramme 3 du compensateur optique a été déterminée précisément par rapport à l'outil de contrôle, et après que l'hologramme 3 a été orienté convenablement par rapport à un axe de référence du miroir 100, le contrôle de la surface S100 peut être commencé. Pour cela, l'ensemble d'éclairement et de saisie d'image 20 est translaté, sans être tourné, au droit d'une partie sélectionnée du miroir 100. Une image est alors saisie par le système 6, puis l'ensemble 20 est de nouveau déplacé par translation vers une partie différente du miroir 100. De cette façon, l'ensemble de la surface S100 est couverte par des prises de vues successives, de sorte que l'intégralité de cette surface peut être comparée à la surface-cible. Le mode de calcul de l'écart entre chaque partie de la surface S100 ainsi imagée et la partie correspondante de la surface-cible du miroir 100 est supposé connu de l'Homme du métier, et n'est pas repris ici.
Il est entendu que les modes de mise en œuvre de l'invention qui viennent d'être décrits en détail peuvent être modifiés ou adaptés tout en conservant certains au moins des avantages cités. En particulier, la lumière qui est utilisée pour chaque étape du procédé d'alignement objet de l'invention peut provenir d'une source lumineuse annexe, séparée de la source 4 qui éclaire une partie du miroir 100 pendant les prises de vues. En outre, les premiers motifs holographiques 31 et 32 à effet de lentille ne sont pas nécessairement situés à des positions qui sont diamétralement opposées par rapport à la partie utile 30 de l'hologramme 3.
Enfin, il est aussi entendu que l'invention peut être mise en œuvre avec un faisceau de longueur d'onde quelconque, bien que celui-ci ait été appelé faisceau lumineux. En particulier, ce peut être un faisceau de lumière visible ou infrarouge, en fonction de la nature du miroir à contrôler et/ou de la nature de l'outil de contrôle qui est utilisé.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 . Procédé d'alignement pour contrôler un miroir (100) en utilisant un outil de contrôle optique, ledit outil de contrôle comprenant :
- un premier support (1 ) adapté pour maintenir le miroir (100) dans une position déterminée par rapport à l'outil de contrôle ;
- un compensateur optique comprenant un hologramme numérique (3), une partie utile (30) dudit hologramme numérique contenant un motif calculé conformément à une surface-cible du miroir (100) ;
- un second support (2) adapté pour maintenir le compensateur optique
(3) pendant une durée de saisie d'image, le second support étant adapté en outre pour translater latéralement ledit compensateur optique selon des directions transversales (X-X, Y-Y) de l'outil de contrôle, et pour tourner ledit compensateur optique autour d'un axe longitudinal (Z-Z) dudit outil de contrôle ;
- une source de lumière (4) adaptée pour produire un faisceau lumineux
(F0) lors d'une saisie d'image, et disposée de façon à éclairer une surface réfléchissante (S100) du miroir (100) à travers l'hologramme numérique (3) du compensateur optique, parallèlement à l'axe longitudinal (Z-Z) ;
- un système optique (5) adapté pour produire une interférence entre une partie de référence (F1 ) du faisceau lumineux (F0) produit par la source et une partie (F2) dudit faisceau lumineux réfléchie par le miroir (100) à travers l'hologramme numérique (3) du compensateur optique ; et
- un système d'enregistrement d'image (6), disposé pour saisir à chaque prise de vue une répartition d'intensité lumineuse produite par l'interférence et superposée à une image du miroir (100) formée par la partie (F2) du faisceau lumineux réfléchie par ledit miroir,
ledit procédé étant caractérisé en ce que : - la source de lumière (4) n'éclaire qu'une partie (S10) de la surface réfléchissante (S100) du miroir (100) lors d'une même prise de vue par le système d'enregistrement d'image (6), ladite partie de surface éclairée étant plus petite que la surface réfléchissante entière du miroir ;
- le premier support (1 ) est pourvu d'au moins un repère réfléchissant (1 1 ) ; et
- l'hologramme numérique (3) du compensateur optique comprend en outre au moins deux premiers motifs additionnels (31 , 32) disposés sur deux premiers côtés de la partie utile (30) dudit hologramme numérique, chaque premier motif additionnel étant adapté pour produire un effet optique de lentille de sorte qu'un faisceau lumineux d'alignement (FA) dirigé vers le repère (1 1 ) à travers ledit premier motif additionnel (31 , 32) soit réfléchi de façon variable en fonction d'un décalage transversal (d) dudit premier motif additionnel par rapport au repère ; et en ce que le procédé comprend la séquence d'étapes suivante, éventuellement répétée plusieurs fois :
/1 / diriger un faisceau lumineux d'alignement (FA) à travers l'un des premiers motifs additionnels (31 ) et détecter le faisceau lumineux d'alignement réfléchi par le repère (1 1 ), en translatant transversalement le second support (2) par rapport au premier support (1 ) de façon à aligner ledit premier motif additionnel de l'hologramme numérique (3) par rapport au repère du premier support, parallèlement audit axe longitudinal (Z-Z) ;
121 de nouveau translater latéralement le second support (2), sans tourner ledit second support, avec un vecteur de translation approprié pour qu'un faisceau d'alignement (FA) traversant un autre (32) des premiers motifs additionnels de l'hologramme numérique (3) soit encore réfléchi par le même repère (1 1 ) du premier support (1 ) d'une façon alignée entre ledit repère et ledit autre premier motif additionnel parallèlement à l'axe longitudinal (Z-Z) ; 131 à partir de composantes du vecteur de la translation du second support (2) effectuée à l'étape 121, respectivement selon l'une et l'autre des directions transversales (X-X, Y-Y) de l'outil de contrôle, déterminer un écart angulaire entre l'une des dites directions transversales et une direction de référence (A-A) de la zone utile (30) de l'hologramme numérique repérée par les premiers motifs additionnels ; puis
IAI tourner le second support (2) autour de l'axe longitudinal (Z-Z) conformément à l'écart angulaire déterminé à l'étape 131, de façon à amener la direction de référence (A-A) de la zone utile (30) de l'hologramme numérique (3) parallèle à une direction de référence (B- B) du miroir (100).
2. Procédé selon la revendication 1 , suivant lequel l'hologramme numérique (3) du compensateur optique comprend en outre un premier motif additionnel supplémentaire (32a), disposé sur un autre côté de la partie utile (30) dudit hologramme numérique différent des deux premiers côtés, ledit premier motif additionnel supplémentaire étant aussi adapté pour produire un effet optique de lentille de sorte qu'un faisceau lumineux d'alignement (FA) dirigé vers le repère (1 1 ) à travers ledit premier motif additionnel supplémentaire (32a) soit réfléchi de façon variable en fonction d'un décalage transversal (d) dudit premier motif additionnel supplémentaire par rapport au repère, les étapes IM à 131 étant répétées pour l'un des dits premiers motifs additionnels (31 ) et pour ledit premier motif additionnel supplémentaire (32a), de façon qu'un autre écart angulaire déterminé à l'étape 131 forme une mesure d'un angle entre les deux directions transversales (X-X, Y-Y) de l'outil de contrôle.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre plusieurs étapes de prises de vues, deux prises de vues successives étant séparées par des étapes intermédiaires de translation du compensateur optique par rapport au miroir (100).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel chaque repère (1 1 ) pourvu sur le premier support (1 ) a une forme sphérique convexe et chaque premier motif additionnel (31 , 32, 32a) de l'hologramme numérique (3) est adapté pour produire un effet optique de lentille convergente, et suivant lequel chaque faisceau lumineux d'alignement (FA) est réfléchi par ledit repère autour d'une direction centrale (D) variable en fonction du décalage transversal (d) entre le repère et le premier motif additionnel traversé par ledit faisceau lumineux d'alignement, ladite direction centrale de réflexion du faisceau lumineux d'alignement étant détectée lors des étapes IM et 121.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel chaque faisceau lumineux d'alignement (FA) est une partie du faisceau lumineux (F0) produit par la source de lumière (4), et suivant lequel le faisceau lumineux d'alignement réfléchi par le repère (1 1 ) est détecté par le système d'enregistrement d'image (6).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel le premier support (1 ) est pourvu de plusieurs repères réfléchissants (1 1 , 12, 13), et en ce que l'étape IM est répétée pour chacun des dits repères avec un même des premiers motifs additionnels (31 , 32, 32a) de l'hologramme numérique (3).
7. Procédé selon la revendication 6, suivant lequel le premier support (1 ) est pourvu de trois repères réfléchissants (1 1 , 12, 13).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel l'hologramme numérique (3) comprend en outre au moins deux seconds motifs additionnels (33, 34) disposés sur des seconds côtés de la partie utile (30) dudit hologramme numérique, chaque second motif additionnel étant adapté pour réfléchir un faisceau lumineux d'orientation (FB), et suivant lequel chaque faisceau lumineux d'orientation (FB) dirigé sur l'un des seconds motifs additionnels (33, 34) de l'hologramme numérique (3) est une partie du faisceau lumineux (F0) produit par la source de lumière (4), de sorte que des positions des dits seconds motifs additionnels (33, 34) sont saisies par le système d'enregistrement d'image (6).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel le compensateur optique comprend en outre au moins deux marques disposées pour être visibles dans une image du miroir (100) saisie par le système d'enregistrement d'image (6), et suivant lequel le procédé comprend en outre une détermination d'un grandissement de l'image saisie à partir de distances mesurées entre les marques respectivement dans le compensateur optique et dans ladite image.
10. Procédé selon la revendication 9, suivant lequel les deux marques sont comprises dans l'hologramme numérique (3).
1 1 . Procédé selon les revendications 6 et 10, suivant lequel les deux marques sont confondues respectivement avec les deux seconds motifs additionnels (33, 34) de l'hologramme numérique (3).
12. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour contrôler la surface réfléchissante (S100) d'un miroir asphérique hors d'axe (100).
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