FR2490808A1 - INTERFEROMETER AND DEVICE COMPRISING THIS INTERFEROMETER - Google Patents
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Abstract
IL S'AGIT D'UN INTERFEROMETRE POUR PLUSIEURS APPLICATIONS. DANS L'INTERFEROMETRE, UNE FIGURE D'INTERFERENCE EST FORMEE SUR UNE PHOTOCELLULE, DONT LES PHOTODIODES SEPAREES SONT CONNECTEES SUCCESSIVEMENT PAR UN COMMUTATEUR ELECTRONIQUE A UN CIRCUIT DE TRAITEMENT DE SIGNAL ELECTRONIQUE. DES VARIATIONS SE PRODUISANT DANS LES BRAS DE MESURE DE L'INTERFEROMETRE PEUVENT ETRE MESUREES PRECISEMENT. APPLICATION A LA MESURE DE TRES PETITS DEPLACEMENTS.THIS IS AN INTERFEROMETER FOR MULTIPLE APPLICATIONS. IN THE INTERFEROMETER, AN INTERFERENCE FIGURE IS SHAPED ON A PHOTOCELL, THE SEPARATE PHOTODIODES OF WHICH ARE SUCCESSIVELY CONNECTED BY AN ELECTRONIC SWITCH TO AN ELECTRONIC SIGNAL PROCESSING CIRCUIT. VARIATIONS OCCURRING IN THE MEASURING ARMS OF THE INTERFEROMETER CAN BE MEASURED PRECISELY. APPLICATION TO THE MEASUREMENT OF VERY SMALL DISPLACEMENTS.
Description
"Interféromètre et dispositif comportant cet interféromètre""Interferometer and device comprising this interferometer"
L'invention concerne un interféromètre com- The invention relates to a combined interferometer
portant une source de rayonnement fournissant un faisceau carrying a radiation source providing a beam
de rayons, un diviseur de faisceau servant à former un pre- of beams, a beam splitter serving to form a first
mier faisceau partiel et un deuxième faisceau partiel à partir du faisceau de rayons, ces deux faisceaux partiels first partial beam and a second partial beam from the beam of rays, these two partial beams
étant portés à coïncidence sur la face sensible au rayonne- being brought into coincidence on the radiation-sensitive surface
ment d'un système de détection, après que le premier fai- detection system, after the first
sceau partiel a été en contact avec une face de l'objet à examiner. Un tel interféromètre, qui est utilisé pour la mesure de déplacement, est connu, entre autres, de partial seal has been in contact with a face of the object to be examined. Such an interferometer, which is used for displacement measurement, is known, among other things, for
"Philips' Technical Review" 30 N 6/7, pages 160 à 165. "Philips' Technical Review" 30 N 6/7, pages 160 to 165.
Dans la voie de chacun des faisceaux partiels est inséré un réflecteur. L'un de ces réflecteurs est disposé de façon fixe, alors que le deuxième est relié rigidement à l'objet, dont le déplacement doit être mesuré. Après réflexion des deux faisceaux partiels, ils sont réunis par le diviseur de faisceaux de façon que ces faisceaux, qui ont parcouru des trajets présentant à peu près la même longueur interfèrent l'un avec l'autre. L'intensité ainsi obtenue est fonction de la phase relative des faisceaux partiels et varie donc périodiquement lorsque la longueur du trajet optique du In the path of each of the partial beams is inserted a reflector. One of these reflectors is fixedly arranged, while the second is rigidly connected to the object, whose displacement must be measured. After reflection of the two partial beams, they are joined by the beam splitter so that these beams, which have traveled paths of approximately the same length interfere with each other. The intensity thus obtained is a function of the relative phase of the partial beams and therefore varies periodically when the length of the optical path of the
deuxième faisceau partiel croît ou décroît de façon conti- second partial beam increases or decreases con-
nue par suite du déplacement de l'objet. Une période de la nude as a result of moving the object. A period of the
figure d'interférence correspond à une variation de la lon- figure of interference corresponds to a variation in the length
gueur du trajet d'une grandeur égale à la moitié de la lon- distance of a magnitude equal to half the length
gueur d'onde de la lumière utilisée. Un détecteur sensible au rayonnement fournit un signal électrique périodique. Le nombre de périodes de ce signal, qui constituent une mesure the wave of light used. A radiation sensitive detector provides a periodic electrical signal. The number of periods of this signal, which constitute a measure
du déplacement, de l'objet peut être compté. of displacement, of the object can be counted.
L'article dans "Philips' Technical Review" Ne 6/7, pages 160 à 165 décrit un interféromètre spécial présentant de très bonnes performances, comme une précision d'une fraction de 1/um, une indication digitale simple et The article in "Philips' Technical Review" Ne 6/7, pages 160 to 165 discloses a special interferometer having very good performance, such as a precision of a fraction of 1 μm, a simple digital indication and
la distinction entre des déplacements en avant et en ar- the distinction between moving ahead and
rière. Toutefois, ces performances ne peuvent être obtenues que dans le cas d'utilisation d'une source laser spéciale à fréquence stabilisée fournissant un faisceau laser com- prenant deux composantes de polarisation circulaire opposée, Rière. However, these performances can be obtained only in the case of using a special stabilized frequency laser source providing a laser beam comprising two components of opposite circular polarization,
de même intensité, mais de fréquences différentes. of the same intensity, but of different frequencies.
La présente invention vise à fournir un in- The present invention aims to provide a
terféromètre, dont la structure est essentiellement plus terferometer, whose structure is essentially
simple, mais qui présente à peu près les mêmes performances. simple, but which has about the same performance.
L'interféromètre conforme à l'invention est caractérisé en ce que le système de détection sensible au rayonnement est une photocellule multiple constituée par une rangée de photodiodes linéaires, qui sont connectées successivement par un commutateur électronique, à un circuit électronique conçu pour traiter le signal fourni par les photodiodes, de The interferometer according to the invention is characterized in that the radiation-sensitive detection system is a multiple photocell constituted by a row of linear photodiodes, which are successively connected by an electronic switch, to an electronic circuit designed to process the signal. provided by the photodiodes,
sorte que le système de détection fonctionne comme un dé- so that the detection system functions as a de-
tecteur mobile en forme de trame, la période de la trame de la photocellule multiple correspondant à la période de frame-shaped mobile detector, the period of the frame of the multiple photocell corresponding to the period of
la figure d'interférence en forme de ligne des deux fai- the line-shaped interference figure of the two
sceaux partiels superposés.overlapping partial seals.
Luinvention e t basée sur le fait qu'une fi- The invention is based on the fact that
gure d'interférence sinusoïdale pour être formée dans un sinusoidal interference pattern to be formed in a
interféromètre et que la variation d'intensité se produi- interferometer and that the variation of intensity occurs
sant par suite de la variation de longueur du trajet de faisceau partiel dans la igure d'interférence peut être as a result of the variation in the length of the partial beam path in the interference pattern may be
considérée comme un déplacement de cette figure d'inter- regarded as a displacement of this figure of inter-
férence. Le déplacement d'une telle figure claires et sombres, qui peut être considérée à son tour comme une ference. The displacement of such a clear and dark figure, which can be considered in turn as a
trame, peut être déterminée à l'aide d'une trame de référen- frame, can be determined using a reference frame
ce sous forme d'une photocellule multipolaire. this in the form of a multipole photocell.
Le commutateur électronique permet d'obtenir qu'une trame de référence se déplace pour ainsi dire sur la surface de la photocellule multiple. Les éléments sensibles au rayonnement de la photocellule multiple, le circuit The electronic switch makes it possible to obtain that a reference frame moves, so to speak, on the surface of the multiple photocell. Elements sensitive to the radiation of the multiple photocell, the circuit
électronique et le circuit de traitement électronique peu- electronics and the electronic processing circuit can
vent être intégrés sur une plaque de matériau semiconduc- can be integrated on a plate of semiconduct-
teur. La susdite photocellule multiple est décrite tor. The aforesaid multiple photocell is described
dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 3.973.119. in U.S. Patent No. 3,973,119.
Selon ce brevet, le déplacement d'un objet peut être mesuré par projection d'une première trame, reliée à l'objet, sur une trame de référence constituée par la photocellule mul- According to this patent, the displacement of an object can be measured by projection of a first frame, connected to the object, on a reference frame constituted by the multiphotocell.
tiple. La précision de cette mesure de déplacement est dé- tiple. The accuracy of this displacement measurement is de-
terminée par la période de la première trame. Cette période terminated by the period of the first frame. This period
est par exemple de 635/um. Le traitement d'un signal approp- is for example 635 / um. The processing of an appropriate signal
rié et une interpolation dans la période du signal permet une mesure du déplacement avec, en principe, une précision and interpolation in the signal period allows a measurement of the displacement with, in principle, a precision
de O,5/um.0.5 μm.
Dans l'interféromètre conforme à l'invention, la périodicité du signal électrique est déterminée, non par In the interferometer according to the invention, the periodicity of the electrical signal is determined, not by
une structure d'une période de 635/um, mais par une struc- a structure with a period of 635 / um, but with a structure
ture d'une période égale à la moitié de la longueur d'onde half of the wavelength
du rayonnement utilisé. De ce fait, dans le cas d'utilisa- of the radiation used. As a result, in the case of
tion de la même photocellule multiple, il est possible d'at- of the same multiple photocell, it is possible to
teindre une précision notablement supérieure à celle obte- to dye a precision significantly higher than that obtained
nue avec le dispositif permettant de mesurer le déplacement bare with the device to measure displacement
selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 3.973.119. according to U.S. Patent No. 3,973,119.
La description ci-après, en se référant aux The description below, with reference to
dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limi- drawings, all given as a non-limitative example
tatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre une première forme de tative, will make clear how the invention can be realized. Figure 1 shows a first form of
réalisation d'un interféromètre conforme à l'invention. embodiment of an interferometer according to the invention.
La figure 2 montre la figure d'interférence Figure 2 shows the interference figure
formée par cet interféromètre, ainsi qu'une trame. formed by this interferometer, as well as a frame.
Les./figures 3 et 4 montrent deux autres Figures 3 and 4 show two more
formes de réalisation de l'interféromètre. embodiments of the interferometer.
La figure 5 est un schéma synoptique du cir- Figure 5 is a block diagram of the
cuit utilisé dans ces interféromètres. cooked used in these interferometers.
La figure 6 montre un dispositif permettant de déterminer la linéarité du déplacement d'un objet et muni d'un interféromètre conforme à l'invention, et la figure 7 un dispositif d'enregistrement FIG. 6 shows a device for determining the linearity of the displacement of an object and provided with an interferometer according to the invention, and FIG. 7 a recording device.
optique muni d'un interféromètre conforme à l'invention. optical equipped with an interferometer according to the invention.
Dans l'interféromètre selon la figure 1, la In the interferometer according to FIG.
source de rayonnement 1 émet un faisceau 2. Suivant l'appli- radiation source 1 emits a beam 2. Depending on the
cation de l'interféromètre, ce faisceau présente une plus petite ou une plus grande longueur de cohérence. Afin de mesurer les déplacements sur de plus grandes distances, il faut que le faisceau présente une grande longueur de cohé- rence. Dans ce cas, la source 1 est un laser, par exemple cation of the interferometer, this beam has a smaller or greater length of coherence. In order to measure displacements over greater distances, the beam must have a great length of coherence. In this case, the source 1 is a laser, for example
un laser hélium-néon. Une partie du faisceau 2 est réflé- a helium-neon laser. Part of the beam 2 is reflected
chie par le diviseur de faisceau 3 comme faisceau partiel a vers un réflecteur de référence fixe 4- Le faisceau partiel b transmis par le diviseur de faisceau atteint un deuxième réflecteur 5, qui est appliqué ou fixé à un objet 6 ou une The partial beam b transmitted by the beam splitter reaches a second reflector 5, which is applied or fixed to an object 6 or a beam.
partie de cet objet, dont le déplacement doit être déter- part of that object, the movement of which must be determined
miné. Une partie (al) du faisceau a réfléchi par le réflecteur 4 est transmise par le diviseur de faisceau 3, mine. A part (a1) of the beam reflected by the reflector 4 is transmitted by the beam splitter 3,
alors qu'une partie (b') du faisceau b réfléchi par le ré- while a part (b ') of the beam b reflected by the re-
flecteur 5 est réfléchie par le diviseur de faisceau. Les faisceaux a' et b' forment ainsi une figure deinterférence I. L'intensité de la figure d'interférencé est fonction de la phase relative des faisceaux partiels al et b'. Cette flector 5 is reflected by the beam splitter. The beams a 'and b' thus form an interference figure I. The intensity of the interferenced figure is a function of the relative phase of the partial beams al and b '. This
intensité varie périodiquement lorsque la longueur du tra- intensity varies periodically when the length of the
jet optique du faisceau partiel b croît ou décroît par optical beam of the partial beam b increases or decreases
suite du déplacement de l'objet 6.following the movement of the object 6.
Dans les interféromètres connus, l'intensité de la figure d'interférence est mesurée localement à l'aide d'un détecteur sensible au rayonnement9 qui est disposé par exemple sur l'axe optique du système. Lors d'un déplacement de l'objet 6, il se produit un signal périodique ou en forme d'impulsion à la sortie du détecteur. Le comptage du nombre d'impulsions permet de déterminer la grandeur du déplacement. Dans l'interféromètre conforme à l'invention, on fait en sorte que les faisceaux partiels a' et b' fassent un petit angle entre eux. Comme l'indique la figure 1, cela se fait en faisant en sorte que le réflecteur 5 fasse un angle ne différant que peu de 90' du faisceau b. Ainsi il In known interferometers, the intensity of the interference pattern is measured locally by means of a radiation sensitive detector 9 which is arranged for example on the optical axis of the system. During a displacement of the object 6, a periodic or pulse-shaped signal is produced at the output of the detector. Counting the number of pulses makes it possible to determine the magnitude of the displacement. In the interferometer according to the invention, it is arranged that the partial beams a 'and b' make a small angle between them. As shown in Figure 1, this is done by ensuring that the reflector 5 makes an angle differing only slightly 90 'of the beam b. So, he
se produit une figure d'interférence I présentant une ré- occurs an interference figure I presenting a re-
partition d'intensité spatiale, figure qui est représentée schématiquement sur la figure 1. Les lignes d'interférence sont perpendiculaires au plan du dessin de la figure 1. La figure 2 représente la figure d'interférence une seconde partition of spatial intensity, which figure is schematically represented in FIG. 1. The interference lines are perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 1. FIG. 2 represents the interference figure a second
fois, maintenant en plan.times, now in plan.
Si le faisceau a et le faisceau b parcourent un trajet optique de même longueur, l'intensité, mesurée If the beam a and the beam b travel on an optical path of the same length, the intensity, measured
en un point c1, par exemple situé sur l'axe optique du sys- at a point c1, for example located on the optical axis of the
tème, est maximale, tout comme l'intensité aux points c2 et is maximal, just like the intensity at points c2 and
C3, alors que l'intensité aux points dl et d2 est minimale. C3, while the intensity at points dl and d2 is minimal.
La figure d'interférence est représentée par la courbe 11. The interference pattern is represented by curve 11.
Lorsque l'objet 6 se déplace, l'intensité aux points cl, c2 et c3décroît et celle aux points d1 et d2 augmente. C'est ainsi que, lorsque l'objet se déplace sur une distance égale au quart de la longueur d'onde du faisceau 2, l'intensité aux points c1, c2 et C3 est minimale et celle aux points d1 et d2 maximale. Ainsi, la figure d'interférence présente When the object 6 moves, the intensity at the points c1, c2 and c3 decreases and that at the points d1 and d2 increases. Thus, when the object moves over a distance equal to one quarter of the wavelength of the beam 2, the intensity at points c1, c2 and C3 is minimal and that at points d1 and d2 maximum. Thus, the interference figure presents
l'allue indiquée par la courbe 12.the allue indicated by curve 12.
Dans l'interféromètre conforme à l'invention, on met à profit le fait que la variation de la répartition d'intensité peut être considérée comme un "déplacement"de la figure d'interférence par rapport aux points c1, c2P C3, d1, d2. De plus, la figure d'interférence elle-même peut être considérée comme une trame présentant des transitions In the interferometer according to the invention, advantage is taken of the fact that the variation of the intensity distribution can be considered as a "displacement" of the interference pattern with respect to the points c1, c2P C3, d1, d2. Moreover, the interference pattern itself can be considered as a frame presenting transitions
régulières entre les bandes claires et sombres. Dans l'in- regular between the light and dark stripes. In the in-
terféromètre proposé, le déplacement de la figure d'inter- proposed terferometer, the displacement of the
férence, et, de ce fait, le déplacement de l'objet 6, est and, as a result, the displacement of the object 6, is
déterminé à l'aide d'une trame de référence 8, qui est ap- determined using a reference frame 8, which is
pliquée au plan de la figure d'interférence. On peut tirer plicated to the plane of the interference pattern. We can shoot
parti des techniques appliquées aux systèmes de mesure con- of the techniques applied to the measuring systems con-
nus, dans lesquels deux trames matérielles se déplacent l'une par rapport à l'autre. Du fait qu'actuellement, la période d'une trame matérielle, qui est par exemple de quelques centaines de /um, est remplacée par une période d'une grandeur égale à la moitié de la longueur d'onde du rayonnement utilisé, par exemple O,3164/unl pour un laser hélium-néon, il est possible de mesurer des déplacements notablement plus petits que ceux pouvant être mesurés avec naked, in which two material frames move relative to each other. Since at present, the period of a hardware frame, which is for example a few hundreds of / um, is replaced by a period of a magnitude equal to half the wavelength of the radiation used, for example 0, 3164 / unl for a helium-neon laser, it is possible to measure displacements significantly smaller than those which can be measured with
un système de mesure à deux trames matérielles. a measurement system with two hardware frames.
Comme l'indique la figure 1, une trame de As shown in Figure 1, a frame of
référence mobile peut être réalisée à l'aide d'une photo- mobile reference can be done with a photo-
cellule multiple constituée par une rangée de photodiodes linéaires pratiquement identiques, qui sont successivement connectées par un commutateur électronique à un circuit de traitement électronique. Dans cet interféromètre sont omises la trame de référence et les parties mobiles servant à communiquer un mouvement uniforme à la trame, de sorte que cet interféromètre présente une structure simple et résiste multiple cell constituted by a row of substantially identical linear photodiodes, which are successively connected by an electronic switch to an electronic processing circuit. In this interferometer are omitted the reference frame and the moving parts used to communicate a uniform movement to the frame, so that this interferometer has a simple structure and resists
i convenablement aux vibrations.i suitably to vibrations.
La figure 3 représente une deuxième forme de Figure 3 shows a second form of
réalisation d'un interféromètre conforme à ltinvention. production of an interferometer according to the invention.
Alors que, dans la forme de réalisation se- Whereas, in the embodiment
lon la figure 1, un réflecteur semitransparent 3 est utili- 1, a semitransparent reflector 3 is used.
sé comme diviseur de faisceau, la forme de réalisation se- As a beam splitter, the embodiment se-
lon la figure 3 utilise un prisme de forme spéciale comme diviseur de faiscea. Ce prisme peut être considéré comme Figure 3 uses a special shaped prism as a beam splitter. This prism can be considered as
formé à partir d'un prisme semitransparent normal 14 indi- formed from a normal semitransparent prism 14 indi-
qué en pointillés sur la figure 3, présentant une face semiréflectrice 15, prisme sur lequel sont réalisées par polissage une deuxième face complètement réflectrice 16 et une troisième face semiréflectrice 17. Un choix rigoureux de l'angle compris des faces 16 et 17 permet d'obtenir que les faisceaux partiels réfléchis a' et b' fassent un petit dotted in FIG. 3, having a semi-reflective surface 15, prism on which are polished a completely reflective second face 16 and a third semi-reflective face 17. A rigorous choice of the included angle of the faces 16 and 17 allows get the partial beams reflected a 'and b' do a little
angle entre eux.angle between them.
Dans cette forme de réalisation, les éléments réflecteurs sont des rétroréflecteurs 20 et 21. De tels éléments peuvent être constitués par un prisme présentant In this embodiment, the reflector elements are retroreflectors 20 and 21. Such elements may be constituted by a prism having
trois faces réflectrices perpendiculaires entre elles, ap- three reflective faces perpendicular to each other,
pelées réflecteurs triples (en anglais "corner cube" prism). peeled triple reflectors (in English "corner cube" prism).
Un faisceaux réfléchi successivement par ces trois faces présente la même direction que le faisceau entrant dans le A beam reflected successively by these three faces has the same direction as the beam entering the
prisme, indépendamment de la position angulaire du prisme. prism, regardless of the angular position of the prism.
Un ajustement de cette position angulaire nvest donc pas nécessaire. Un même effet peut s'obtenir avec un système réflecteur dit à oeil de chat, en anglais "cat's eye", constitué par une lentille et un réflecteur disposé dans le An adjustment of this angular position is therefore not necessary. The same effect can be obtained with a reflective system called cat's eye, in English "cat's eye", consisting of a lens and a reflector arranged in the
plan focal de ce dernier.focal plane of the latter.
La figure 4 représente une forme de réalisa- Figure 4 represents a form of realization
tion de l'interféromètre, dans laquelle est utilisé un prisme du genre Wollaston 26 pour introduire un petit angle entre les faisceaux partiels a' et bt qui interfèrent. Dans cette forme de réalisation, le diviseur de faisceau est un prisme diviseur 22 sensible à la polarisation présentant une face de séparation 23 sensible à la polarisation. Le interferometer, in which a Wollaston prism 26 is used to introduce a small angle between the partial beams a 'and bt which interfere. In this embodiment, the beam splitter is a polarization-sensitive divider prism 22 having a polarization-sensitive separation face 23. The
faisceau 2 comporte deux composantes polarisées perpendi- beam 2 has two components polarized perpendicularly
culairement entre elles, dont l'une, a est réfléchie par la between them, one of which is reflected by the
face 23, alors que l'autre est transmise par la face 23. face 23, while the other is transmitted by the face 23.
Eventuellement, il est prévu un polariseur 28 pour l'adap- Optionally, a polarizer 28 is provided for adapting
tation de la direction de polarisation du faisceau fourni tation of the beam polarization direction provided
par la source de rayonnement 1. Le faisceau partiel a tra- by the radiation source 1. The partial beam has
verse une lame *V4 24, est réfléchi par l'élément 20 et pours a * V4 blade 24, is reflected by the element 20 and
traverse ensuite à nouveau la lame N/4 24. Ainsi, la direc- then crosses again the blade N / 4 24. Thus, the direction
tion de polarisation est, en totalité, tournée de 900, de sorte que le faisceau partiel a' est transmis par la face 23. La composante du faisceau 2 transmise par la face 23 traverse deux fois une lame;\/4 25 et est réfléchie par la The polarization portion is wholly rotated by 900, so that the partial beam a 'is transmitted by the face 23. The component of the beam 2 transmitted by the face 23 passes through a blade twice and is reflected. over there
face 23. Les faisceaux partiels coïncidants a' et b', pré- 23. The coinciding partial beams a 'and b', pre-
sentant des directions de polarisation perpendiculaires entre elles, traversent un prisme de Wollaston qui dévie les faisceaux suivant leur direction de polarisation. Les faisceaux partiels sortant du prisme font ainsi un petit angle entre eux. Après avoir traversés un analyseur, les faisceaux partiels peuvent former une figure d'interférence Sensing directions of polarization perpendicular to each other, pass through a Wollaston prism which deflects the beams in their direction of polarization. The partial beams leaving the prism thus make a small angle between them. After passing through an analyzer, the partial beams can form an interference pattern
présentant une répartition d'intensité spatiale à l'emplace- with a spatial intensity distribution at the location
ment du détecteur la photocellule multiple 29. of the detector the multiple photocell 29.
Comparativement à un réflecteur diviseur Compared to a divider reflector
semitransparent, un diviseur de faisceau sensible à la po- semitransparent, a beam splitter that is sensitive to
larisation offre l'avantage qu'aucun rayonnement ne se perd en principe pendant la division du faisceau et pendant la larization has the advantage that no radiation is lost in principle during beam splitting and during
réunion des faisceaux partiels. Dans l'interféromètre se- meeting of partial beams. In the interferometer se-
lon la figure 3, les faces 15 et 17 peuvent être également des faces de séparation sensibles à la polarisation. Dans ce cas, des lames à/4 18 et 19 doivent être insérées dans le trajet des faisceaux partiels a et b et un analyseur 27 In FIG. 3, the faces 15 and 17 may also be polarization-sensitive separation faces. In this case, blades at 18 and 19 must be inserted in the path of the partial beams a and b and an analyzer 27.
entre le prisme et le détecteur 20. between the prism and the detector 20.
Dans le cas d'utilisation d'un diviseur de faisceau sensible à la polarisation-, il faut veiller à ce In the case of using a polarization-sensitive beam splitter, care must be taken
qu'il ne se produise pas de variations de polarisation ad- that there is no change in polarization ad-
ditionnelles pendant la réflexion par les faces des prismes réflecteurs. A cet effet, on peut appliquer des pellicules during the reflection by the faces of the reflective prisms. For this purpose, films can be applied
d'argent sur les faces réflectrices de ces prismes. of silver on the reflective faces of these prisms.
Comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, l'in- As already mentioned above, the
terféromètre conforme à l'invention comporte une photocel- terferometer according to the invention comprises a photocel-
lule multiple comme système de détection. multiple lule as detection system.
La figure 5 montre une vue de face de la photocellule multiple 29, ainsi qu'un schéma synoptique du circuit. La photocellule est composée d'un assez grand nombre d'éléments photosensibles, comme dés photodiodes 30, Figure 5 shows a front view of the multiple photocell 29, as well as a block diagram of the circuit. The photocell is composed of a large number of photosensitive elements, such as photodiodes 30,
qui sont disposées suivant un petit nombre de groupes. which are arranged in a small number of groups.
Chaque groupe comporte donc un assez grand nombre de photo- Each group therefore has a fairly large number of photo-
diodes. Chaque photodiode d'un groupe correspond à une pe- diodes. Each photodiode in a group corresponds to one
riode, une ligne claire et une ligne sombre, de la figure riode, a clear line and a dark line, of the figure
d'interférence I. De ce fait, le nombre de périodes explo- Therefore, the number of periods explo-
rées de la figure d'interférence est égal à celui des photo- of the interference figure is equal to that of the photo-
diodes dans un groupe. Le nombre de photodiodes par période diodes in a group. The number of photodiodes per period
de la figure d'interférence doit être aussi élevé que pos- the interference figure must be as high as pos-
sible pour obtenir une reproduction électrique aussi fidèle que possible du signal optique. D'autre part, une partie aussi grande que possible de la figure d'interférence doit sible to obtain the most accurate electrical reproduction of the optical signal. On the other hand, as much as possible of the interference figure must
être explorée.to be explored.
Dans une forme de réalisation de la photo- In one embodiment of the photo-
cellule multiple, le nombre de photodiodes était de 200 et multiple cell, the number of photodiodes was 200 and
la longueur de chaque photodiode était de 1,8 mm. La lar- the length of each photodiode was 1.8 mm. The
geur de chaque photodiode était de 10/um et l'espacement des photodiodes également de 10/um. Le nombre de photodiodes par période de la figure d'interférence était de 10, de The size of each photodiode was 10 μm and the photodiode spacing was also 10 μm. The number of photodiodes per period of the interference pattern was 10,
sorte que le champ total comprenait 20 périodes de La fi- so that the total field consisted of 20 periods of
gure d'interférence. Des photodiodes correspondantes à interference. Photodiodes corresponding to
chaque jeu de 10 photodiodes successives étaient intercon- each set of 10 successive photodiodes were intercon-
nectées, ce qui implique la présence de 10 groupes compre- nected, which implies the presence of 10 groups
nant chacun 20 photodiodes.each having 20 photodiodes.
Une trame fixe présentant un rapport noir- A fixed frame with a black ratio
blanc de 1: 1 à la surface de la photocellule multiple 30 white 1: 1 at the surface of the multiple photocell 30
est simulée par activation de 5 groupes successifs de pho- is simulated by activation of 5 successive groups of
todiodes (cinq groupes de 20 photodiodes dans l'exemple de réalisation). Une trame mobile se forme lorsque l'ensemble todiodes (five groups of 20 photodiodes in the exemplary embodiment). A mobile frame is formed when the set
de cinq groupes avancent chaque fois d'une position. five groups advance one position each time.
Dans le circuit de traitement représenté In the illustrated processing circuit
sous la forme du schéma synoptique de la figure 5, les im- in the form of the block diagram in Figure 5, the im-
pulsions d'horloge 32 engendrées par le générateur d'impul- clock pulses 32 generated by the pulse generator
sions 31 sont amenées à un diviseur 33 et un diviseur 34. 31 are fed to a divider 33 and a divider 34.
Le diviseur 33 fournit des impulsions 35, qui commandent un The divider 33 provides pulses 35, which control a
compteur à cylindre 36. La photocellule multiple 20 est ac- cylinder counter 36. The multiple photocell 20 is ac-
tivée par le compteur à cylindre 36 et produit le signal de mesure 37. Le diviseur 34 fournit des impulsions 38 (le plus souvent d'une autre fréquence de répétition que les by the cylinder counter 36 and produces the measurement signal 37. The divider 34 provides pulses 38 (most often of a different repetition rate than the
impulsions de commande 35 provenant du diviseur 33 qui for- control pulses 35 from the divider 33 which forms
ment le signal de référence). Dans le compteur tampon 39 sont comparés le signal de mesure 37 et les impulsions de référence 38. C'est ainsi que des impulsions de sortie du the reference signal). In the buffer counter 39 are compared the measurement signal 37 and the reference pulses 38. Thus, output pulses of the
compteur 39 sont amenées par exemple à un indicateur. counter 39 are brought for example to an indicator.
Le compteur à cylindre 36 assure l'activa- The cylinder counter 36 ensures the activation
tion des groupes successifs de photodiodes de la cellule successive groups of photodiodes in the cell
photoélectrique multiple 29, de sorte qu'une trame se dé- photoelectric array 29, so that a frame
place pour ainsi dire à vitesse constante sur la surface de la photocellule 20. La période de la trame est égale à place so to speak at constant speed on the surface of the photocell 20. The period of the frame is equal to
celle de la figure d'interférence I. A l'arrêt de la fi- that of the interference figure I. At the end of the fi
gure d'interférence par rapport à la photocellule 29, le signal de mesure présente une fréquence constante. Si la figure d'interférence se déplace dans la même direction que la trame apparente activée par le compteur à cylindre 36, la fréquence du signal de mesure 37 baisse, alors que dans le cas d'un déplacement en sens opposé, la fréquence du signal de mesure 37 augmente. Ainsi, il est possible de In view of interference with photocell 29, the measurement signal has a constant frequency. If the interference pattern moves in the same direction as the apparent frame activated by the cylinder counter 36, the frequency of the measurement signal 37 decreases, whereas in the case of a displacement in the opposite direction, the frequency of the signal measurement 37 increases. Thus, it is possible to
déterminer le sens et la grandeur du déplacement de la fi- determine the direction and magnitude of the movement of the
gure d'interférence, et, de ce fait, du déplacement de interference and, as a result, of
l'objet 6.the object 6.
Dans une période de la figure d'interférence In a period of the interference pattern
I, la position de la photocellule multiple 29 peut être dé- I, the position of the multiple photocell 29 can be determined
terminée de façon absolue par rapport à la figure d'inter- completed in absolute terms in relation to the figure of inter-
férence, par mesure du déphasage entre le signal de mesure by measuring the phase difference between the measurement signal
37 et le signal de rétablissement du compteur & cylindre 36. 37 and the reset signal of the & cylinder counter 36.
En effet, le compteur à cylindre 36 doit être rétabli pour chaque début des mesures en vue d'assurer que le compteur In fact, the cylinder counter 36 must be re-established for each beginning of the measurements in order to ensure that the counter
39 commence à compter à partir d'un état initial défini. 39 starts counting from a defined initial state.
Le circuit est cependant plus simple et plus fiable et le compteur à cylindre 36 est rétabli après chaque The circuit is however simpler and more reliable and the cylinder counter 36 is re-established after each
période. Le signal de rétablissement est produit par divi- period. The recovery signal is produced by division
sion des impulsions 35 dans le diviseur 40. La fréquence des impulsions de rétablissement est choisie égale à la pulses 35 in the divider 40. The frequency of the recovery pulses is chosen equal to the
fréquence nominale du signal de mesure 37. nominal frequency of the measurement signal 37.
Dans le cas d'utilisation de la photocellule multiple et du circuit de traitement représentés sur la figure 5 dans un système de mesure de trame, dont la trame présente une période de 635/um, il est en principe possible de détecter le déplacement de la trame de mesure jusqueà 0,5/um. Or, l'application conforme à luinvention de la photocellule multiple et du circuit dans un interféromètre utilisant un faisceau laser hélium-néon de longueur d'onde In the case of using the multiple photocell and the processing circuit shown in FIG. 5 in a frame measuring system, whose frame has a period of 635 μm, it is in principle possible to detect the displacement of the measuring frame up to 0.5 / um. However, the application according to the invention of the multiple photocell and the circuit in an interferometer using a helium-neon laser beam of wavelength
de 0,6328/um permet en principe de détecter des déplace- of 0.6328 / um in principle allows the detection of
o03164o03164
ments jusqu'à x 0,5/um = 0,25 nm.up to x 0.5 μm = 0.25 nm.
Le susdit dispositif permettant de mesurer le déplacement peut être utilisé partout o il s'agit de mesurer rigoureusement de petits déplacements, comme par exemple des tours pour la mesure de déplacements de chariots et d'arbres. A ce sujet, on peut songer au tour à commande digitale mentionné dans "Optic Letters", Volume 14 N 2, The aforesaid device for measuring the displacement can be used everywhere where it is necessary to strictly measure small displacements, such as towers for measuring movements of carts and shafts. On this subject, one can think of the digital control lathe mentioned in "Optic Letters", Volume 14 N 2,
pages 70 à 72, qui permet de réaliser des lentilles d'ob- pages 70 to 72, which makes it possible to obtain lenses of
jectif bi-asphériques, ce qui veut dire des lentilles pré- bi-aspheric lenses, which means lenses that
sentant deux surfaces non sphériques. feeling two non-spherical surfaces.
L'interféromètre conforme à l'invention peut The interferometer according to the invention can
également être utilisé pour mesurer la linéarité du dépla- It should also be used to measure the linearity of
cement d'un objet. Comme le-montre la figure 6, pour cette application, la source de rayonnement 1, le diviseur de faisceau 3, le réflecteur de référence 4 et le système de détection sensible au rayonnement 7 sont disposés tous dans un seul bottier 41. Ce boîtier, dont les dimensions peuvent être petites, est déplacé à la même vitesse que l'objet 6 dans la direction indiquée par la flèche 46. Le déplacement an object. As shown in FIG. 6, for this application, the radiation source 1, the beam splitter 3, the reference reflector 4 and the radiation sensitive detection system 7 are all arranged in a single box 41. This box, whose dimensions may be small, is moved at the same speed as the object 6 in the direction indicated by the arrow 46. The displacement
dans cette direction de l'objet n'entraînera pas de varia- in this direction of the object will not result in
tions de la figure d'interférence. Toutefois, lorsque l'ob- interference pattern. However, when the
jet se déplace en sens oblique par rapport à la flèche 46, le faisceau partiel réfléchi b' se déplace par rapport au faisceau partiel a', de sorte que la répartition d'inten- sité dans la figure d'interférence subit des variations. La figure d'interférence se déplace par rapport au système de détection sensible au rayonnement. Ce déplacement peut être mesuré par mesure du nombre de périodes dans le signal de The jet travels obliquely with respect to the arrow 46, the reflected partial beam b 'moves relative to the partial beam a', so that the intensity distribution in the interference pattern undergoes variations. The interference pattern moves relative to the radiation sensitive detection system. This displacement can be measured by measuring the number of periods in the signal of
sortie du système de détection 29. output of the detection system 29.
Pour un déplacement simultané du bottier 41 avec l'objet 6, ce bo tier peut être monté sur le chariot 43 à l'aide duquel est déplacé l'objet. De plus, comme le montre la figure 6, il est possible de munir le boîtier 41 de moyens d'entraînement propres 42, qui sont excités par le moteur 44 assurant l'entraînement du chariot d'objet par For a simultaneous movement of the box 41 with the object 6, this box can be mounted on the carriage 43 with which the object is moved. Moreover, as shown in FIG. 6, it is possible to provide the housing 41 with own drive means 42, which are excited by the motor 44 driving the object carriage by
l'intermédiaire de la liaison 45.through the link 45.
Ces dernières années il s'est produit des In recent years there have been
développements importants dans le domaine de porteurs d'en- important developments in the field of
registrement lisibles par voie optique. Dans ces porteurs optically readable records. In these carriers
d'enregistrement est-appliquée une grande quantité d'infor- registration is applied a large amount of information
mations, comme l'information vidéo et/ou audio ou l'infor- such as video and / or audio information or information
mation digitale, les éléments d'information présentant des digital information, the information elements presenting
dimensions de l'ordre de 1ium ou inférieur. Dans les dispo- dimensions of the order of 1 or less. In the provisions
sitifs conçus pour l'enregistrement d'information dans ces designed for the recording of information in these
porteurs d'enregistrement, peut être appliqué un interféro- registrars, may be interfered with
mètre cpnforme à l'invention pour le contrôle du déplace- meter according to the invention for the control of
ment de la tête d'enregistrement perpendiculaire aux pistes, the recording head perpendicular to the tracks,
déplacement qui peut être lent, notamment dans le cas d'en- which may be slow, particularly in the case of
registrements d'information audio.recordings of audio information.
La figure 7 représente schématiquement un tel dispositif. Le porteur d'enregistrement 50, sur lequel on veut inscrire des informations, repose sur une table 51, qui est mise à rotation à l'aide d'un moteur 52. La tête d'enregistrement 53 comporte un laser 54, dont le faisceau 61 est dirigé vers le porteur d'enregistrement à l'aide des réflecteurs 55, 56 et 57, ce faisceau étant focalisé par un objectif 58 de façon à obtenir une petite tache d'enregistrement. L'information à enregistrer est amenée aux bornes 60 d'un modulateur 59, de sorte que l'intensité du faisceau est modulée en concordance avec l'information à enregistrer. Sur la paroi de la tête d'enregistrement 53 est appliqué un prisme réflecteur 64, qui est inséré dans le bras de mesure d'un interféromètre. Cet interféromètre comporte en outre un prisme diviseur 62 et un deuxième prisme réflecteur 63. Les faisceaux a' et b' réfléchis par les prismes réflecteurs ont la même direction que les Figure 7 shows schematically such a device. The recording carrier 50, on which information is to be written, rests on a table 51, which is rotated by means of a motor 52. The recording head 53 comprises a laser 54, the beam of which 61 is directed to the recording carrier using the reflectors 55, 56 and 57, this beam being focused by a lens 58 so as to obtain a small recording spot. The information to be recorded is brought to the terminals 60 of a modulator 59, so that the intensity of the beam is modulated in accordance with the information to be recorded. On the wall of the recording head 53 is applied a reflective prism 64, which is inserted into the measuring arm of an interferometer. This interferometer further comprises a divider prism 62 and a second reflector prism 63. The beams a 'and b' reflected by the reflector prisms have the same direction as the
faisceaux a et b qui atteignent ces prismes et ils sont lé- beams a and b that reach these prisms and they are
gèrement décalés par rapport à ces derniers. Un coin 65 assure une petite déviation du faisceau b' de façon que les faisceaux sortant du prisme 62 fassent un petit angle entre eux. heavily offset from them. A wedge 65 provides a small deflection of the beam b 'so that the beams coming out of the prism 62 make a small angle between them.
Outre les dispositifs de mesure de déplace- In addition to the devices for measuring
ment et évidemment les compteurs de vitesse dans lesquels est déte3miné le nombre de périodes par unité de temps du signal mesuré, l'invention peut être appliquée partout o sont utilisés des interféromètres. A ce sujet, on songe Of course, the speed counters in which the number of periods per unit of time of the measured signal are determined, the invention can be applied wherever interferometers are used. On this subject, we are thinking
aux dispositifs permettant de mesurer la rugosité des sur- devices for measuring the roughness of
faces, des dispositifs servant à mesurer des effets magnéto- devices for measuring magneto-magnetic effects.
strictifs ou électro-strictifs extrêmement petits, etc. extremely stringent or electro-restrictive, etc.
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