FR2493541A1 - Procede et equipement pour analyser une deviation de rayonnement - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN EQUIPEMENT POUR ANALYSER UNE DEVIATION DE RAYONNEMENT ARRIVANT SUR UN OBJET. L'EQUIPEMENT EST CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND UN MOYEN 17 POUR ASSURER LA COLLIMATION D'UNE ENERGIE RAYONNANTE DE FACON A FORMER DES RAYONS COLLIMATES, UN MOYEN 19 POUR DIRIGER LES RAYONS COLLIMATES VERS LEDIT OBJET 13 AFIN DE DEVIER LESDITS RAYONS, DES MOYENS 22, 23 POUR ENGENDRER UN MOTIF DE MOIRE 14 EN UTILISANT LESDITS RAYONS DEVIES, ET DES MOYENS 15, 16 POUR MESURER LA DEVIATION PRODUITE DANS LE MOTIF MOIRE EN DES POINTS SELECTIONNES AFIN DE PERMETTRE UNE DETERMINATION QUANTITATIVE DES CARACTERISTIQUES DUDIT OBJET EN FONCTION DE LADITE DEVIATION LINEAIRE. APPLICATION A L'ANALYSE TOPOGRAPHIQUE DE PROFILS DE SURFACES.

Description

La présente invention concerne un procédé optique et un équipement pour

utiliser des faisceaux d'énergie rayonnante déviés par des objets en vue d'une analyse topographique quantitative desdits objets. Ces objets comprennent des objets pour lesquels les déviations sont obtenues par des réflexions à partir de la surface des objets et également des objets à changement de phase pour lesquels les déviations sont obtenues par réfraction de la

lumière passant au travers des objets.

Conformément à la présente invention, un procédé et un équipement de réflectométrie avec moiré sont utilisés pour analyser une déviation d'énergie rayonnante à la fois par réfraction et par réflexion. Le procédé permet d'obtenir des résultats qui sont comparables avec ceux obtenus par le procédé d'interfér*métrie de " Mach Zehnder ". Dans les deux procédés, des réseaux ou grilles de déviation d'énergie rayonnante sont utilisés pour produire des franges de moiré. Les déviations des franges de moiré par rapport à des lignes droites sont analysées pour obtenir les mesures quantitatives recherchées. A la différence de l'interférométrieclassique, le procédé qui va être décrit dans la suite ne mesure pas les différences de longueur optique. Au contraire ce procédé mesure des

déviations de faisceaux par rapport au motif collimaté.

Par comparaison avec l'interférométrie, la déflectométrie avec moiré fait intervenir un alignement très simple et en conséquence elle est bien plus facile et bien moins coûteuse à appliquer tout en donnant néammoins

des résultats extrêmement fiables et précis.

Le procédé qui va être décrit dans la suite ne nécessite pas une lumière cohérente. L'équipement comprend deux grilles, une source de lumière collimatée, un écran et un moyen d'enregistrement. Le procédé est

extrêmement intéressant pour des mesures de faible sensi-

bilité o les impératifs de stabilité du procédé de déflec-

tométrie avec moiré, à la différence des procédés d'inter-

férométrie, sont juste inférieurs d'un ordre de grandeur

à la quantité mesurée. A la différence du procédé d'inter-

férométrie, le mouvement maximal admissible pendant la mesure est à peu près de A. Le maintien d'une limite supérieure de mouvement en' dessous de ce maximum est difficile à obtenir et nécessite un équipement extrêmement spécialisé et compliqué. Il existe de nombreuses applications et par conséquent de nombreux besoins en procédés et équipements optiques d'un fonctionnement sûr pour analyser des objets à changement de phase. Des objets à changement de phase n'absorbent ou ne réfléchissent pas la lumière, d'une façon générale, mais ils modifient la phase de la lumière

ou assurent sa déviation. Comme exemples d'objets à change-

ment de phase, on peut citer divers composants tels que des lentilles et même des variations de densité de fuides qui produisent également la déviation dé la lumière. Ainsi par exemple un équipement d'analyse d'objets à changement

de phase est applicable à des tunnels de soufflerie.

Des moyens quantitatifs connus pour détecter des changements de phase dans des faisceaux sous l'action d'objets de changement de phase correspondent à une technique d'interférométrie bien connue, comme cela a été décrit par exemple dans le livre intitulé " Principles of Optics " de M. Born et E. Wolf, publié par Pergamon New York, 1970, pages 256-370. La méthode de contraste de

phase est également utilisée pour déterminer quantitative-

ment la déviation angulaire dans des objets à changement

de phase. De telles méthodes connues utilisent des opéra-

tions d'accord qui sont difficiles à mettre en pratique et

qui nécessitent une grande stabilité.

Les difficultés rencontrées dans l'applica-

tion de ces procédés ont fait en sorte que la plupart des objets à changement de phase ont été analysés optiquement par des méthodes semiqualitatives telles que la méthode photographique de " Schlieren " et la méthode de " Shadowgraphy ", qui sont décrites par exemple dans le

livre précité " Principles of Optics " à la page 425.

Le problème posé par les méthodes semi-

qualitatives d'analyse d'objets à changement de phase consiste en ce que les quantités réelles nécessaires ne sont pas établies. En conséquence il existe dans ce domaine un besoin très net de disposer d'un procédé quantitatif sûr et d'un équipement pour l'analyse topographique d'objets à changement de phase, en vue de remplacer les techniques interférométriques. Le procédé quantitatif doit être au moins aussi commode à utiliser que le procédé

photographique de "Schlieren I ou le procédé de "Shadow-

graphy " et il doit donner des résultats quantitatifs

extrêmement sûrs.

Par le passé, on a utilisé des procédés d'analyse topographique de surfaces, telles que celles de

miroirs et de lentilles, faisant intervenir une interféro-

métrie et une spectrographie. De telles méthodes de mesure sont extrêmement délicates et nécessitent des techniciens très entraînés utilisant un équipement coûteux et des sources d'énergie cohérente. En conséquence, les procédés utilisés à l'heure actuelle présentent une déficience à cause de la grande stabilité mécanique qui est imposée. Il

en résulte que les équipements sont compliqués et coûteux.

En conséquence, l'invention a pour but de fournir un procédé et un équipement pour effectuer une analyse quantitative de profil d'objets, notamment d'objets à changement de phase au travers desquels le

rayonnement passe, et également pour effectuer la topo-

graphie d'une surface donnée qui réfléchit le rayonnement,

ce procédé et cet équipement permettant d'atténuer sensi-

blement ou même de supprimer les inconvénients des réali-

sations connues.

Conformément à la présente invention, un procédé pour effectuer une analyse quantitative de profil d'un objet consiste à effectuer la collimation d'une énergie rayonnante pour produire des rayons collimatés, à diriger lesdits rayons collimatés vers ledit objet, à utiliser des rayons déviés par ledit objet pour engendrer un motif de moiré, à mesurer une déviation linéaire dans ledit motif en des points sélectionnés et à calculer la déviation angulaire causée par ledit objet en fonction de ladite déviation linéaire mesurée pour déterminer des

variations de caractéristiques de l'objet.

En outre, l'invention concerne un équipement pour effectuer l'analyse quantitative de la surface d'un objet, ledit équipement comprenant un dispositif de collimation d'une énergie rayonnante pour former les rayons collimatés, un dispositif pour diriger les rayons

collimatés vers l'objet à analyser, un dispositif répon-

dant aux rayons déviés par ledit objet pour produire un motif de moiré, un dispositif pour mesurer des déviations linéaires dans ledit motif en des points sélectionnés, et un dispositif pour calculer une déviation angulaire en fonction desdites déviations linéaires mesurées pour déterminer des variations de caractéristiques dudit

objet.

Selon une autre caractéristique de la présente invention, on utilise deux grilles ou réseaux qui sont espacés l'un de l'autre d'une distance fixe et connue pour

engendrer le motif de moiré.

Selon encore une autre caractéristique de la

présente invention, il est prévu un écran placé directe-

ment en arrière du second desdits réseaux ou grilles espacés l'un de l'autre. L'écran représente le motif de

moiré qui peut être photographié ou transmis par l'inter-

médiaire d'une caméra de télévision à un calculateur en vue du calcul de la déviation angulaire quantitative

en différents points de l'objet à changement de phase.

En faisant tourner un objet à changement de phase irré-

gulier, on peut établir le motif complet de déviation

angulaire quantitative de l'objet à changement de phase.

Puisqu'il est prévu trois plans, des mesures faites à partir de six points permettent d'effectuer une analyse

topographique complète de l'objet à changement de phase.

Selon une autre caractéristique de la

présente invention, il est prévu un écran placé directe-

ment en arrière du second desdits réseaux ou grilles espacés l'un de l'autre. L'écran capte le motif de moiré qui peut être photographié ou transmis par l'intermédiaire d'une caméra de télévision à un calculateur en vue du calcul de la représentation topographique quantitative de la surface. Les mesures du motif photographié peuvent être utilisées pour établir des données qui donnent les dérivées, c'est-à-dire les pentes des variations en élé- vation ou en topographie de la surface. Les dérivées sont intégrées pour définir les variations linéaires réelles en élévation de la surface en train d'être analysée et pour établir une analyse quantitative complète des

caractéristiques topographiques de la surface.

Selon encore une autre caractéristique de la l'invention, on effectue le revêtement d'une surface donnée, même d'une surface transparente, avec un liquide réfléchissant pour permettre une analyse topographique quantitative de ladite surface en utilisant le procédé

et l'équipement qui vont être décrits dans la suite.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la

description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en

référence aux dessins annexés dans lesquels:

la fig. 1 est une représentation schématique de l'équipe-

ment d'analyse de profil d'un objet à changement de phase, conformément à la présente invention, la fig. 2 représente une opération d'établissement du motif de moiré en utilisant le système de la fig. 1, la fig. 3 met en évidence les déviations engendrées dans le motif de moiré par une lumière collimatée passant au

travers d'un objet à changement de phase qui est repré-

senté par une flamme de bougie, la fig. 4 donne des mesures de déviation linéaire qui sont faites pour déterminer la déviation angulaire, la fig. 5 est un schéma d'un mode de réalisation de l'équipement d'analyse topographique de profil de surface selon l'invention, la fig. 6 est un schéma mettant en évidence le faisceau réfléchi de la fig. 1 en correspondance avec une différence d'élévation dans la surface en train d'être analysée, la fig. 7a montre les déviations causées dans le motif de moiré par une différence d'élévation dans la surface telle que celle indiquée sur la fig. 2, la fig. 7b est une représentation du motif de moiré obtenu lorsque la surface en train d'être analysée ne comporte aucune différence d'élévation positive ou négative, et la fig. 8 est un déflectogramme montrant un motif de moiré formé à partir d'une surface comportant des différences d'élévation. Le premier exemple d'équipement d'analyse de profil d'objet qui va être décrit dans la suite est l'équipement ll de la fig. 1, qui comprend un dispositif de collimation d'énergie rayonnante, par exemple de lumière,

ce dispositif étant désigné dans son ensemble par 12.

L'objet à changement de phase à analyser est désigné par 13 et un dispositif de génération d'un motif de moiré est désigné dans son ensemble par 14. Le motif de moiré est représenté sur un écran 16. Ce motif de moiré peut alors être photographié à l'aide d'un équipement désigné par 15 et des mesures sont faites sur les photographies. En variante, l'écran peut être remplacé par unecaméra de télévision ou bien la caméra peut être agencée de manière à faire avancer le motif directement vers un calculateur

en vue de l'exécution des calculs nécessaires pour détermi-

ner les déviations angulaires quantitatives engendrées par

les objets à changement de phase.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de génération de lumière collimatée est constitué par un télescope composé d'une première lentille 17, assurant la focalisation de rayons lumineux tels que ceux indiqués par la flèche 18, et d'une seconde lentille 19 servant à transmettre la lumière collimatée, dans la direction matérialisée par les flèches 21, vers l'objet à

changement de phase 13.

L'objet à changement de phase 13 a été repré-

senté dans un système à axes de coordonnées orthogonaux

X, Y, Z, ces axes X, Y et Z ayant un point-origine commun.

Le faisceau collimaté passe au travers de l'objet à changement de phase 13 et il réfléchit l'ombre d'un premier réseau ou grille 22 sur un second réseau ou grille 23. Les deux réseaux ou grilles ont chacun le même pas (p). Il est à noter que les réseaux 22 et 23 sont séparés l'un de l'autre d'une distance fixe à et sont essentiellement parallèles entre eux. Il existe un petit angle e entre les deux réseaux. Cet angle est mieux visible dans le motif de moiré normal représenté sur la

fig. 2.

Le motif de moiré comprend un réseau réglable qui est orienté perpendiculairement aux rainures de la grille ou réseau d'origine. Le motif de moiré qui est

obtenu de la manière décrite dans la suite permet d'obte-

nir immédiatement des valeurs quantitatives de l'indice de réfraction sur l'objet à changement de phase. Egalement il est à noter que le motif de moiré de la fig. 2 est situé dans le plan ZY. Le réseau ou grille 22 est déplacé d'une distance p/Ccos(e/2)3 dans la direction Y, ce qui fait déplacer le motif de moiré d'une distance p'=p/2sin(e/2) dans la direction Z. 0 désigne l'angle formé entre la

grille ou réseau et l'axe précité.

Dans un mode préféré de réalisation, un écran mat 16 a été effectivement fixé directement sur l'arrière

du réseau 23, la distance A étant égale à un demi-mètre.

Le mouvement p' du motif de moiré de la fig. 2 est en réalité un mouvement amplifié. L'amplification correspond au rapport du pas (p) des rainures du motif au pas des lignes du réseau. Le taux d'amplification, désigné par A, est par conséquent égal à-1/2 cotg (0/2). En conséquence,

la distorsion d'une ligne, telle que la ligne Zk représen-

tée sur la fig. 4, causée par le passage d'un faisceau au travers d'un objet à changement de phase tel que la flamme

d'une bougie (fig. 3), peut être mesurée sur une photogra-

phie du motif de moiré de la fig. 3. La distorsion de la ligne Zk représentée sur la fig. 4 est une distorsion dans le plan ZY en un point Zk, Yi' La déviation linéaire hjk? qui est mesurable, est mathématiquement convertie en une déviation angulaire. La déviation angulaire 0 est égale à hjke/Ai ou h1,k2tg(e/2)

Lorsque O est petit, 0jik est égal à hjkO/.

En conséquence, en utilisant l'équipement représenté sur la fig. 1, il est possible de déterminer la déviation angulaire dans la direction Y. La résolution suivant l'axe Z est effectuée en fonction de la distance séparant les rainures du réseau réglable du motif de moiré. La résolution suivant l'axe Y est effectuée en

concordance avec le pas du réseau Ronchi d'origine.

L'application de cette technique à un motif de moiré servant à déterminer un gradient d'indice de réfraction permet d'utiliser d'une façon complètement quantitative les méthodes connues mises au point par Nishijima et Oster. Ces méthodes sont décrites dans des articles parus dans le " Journal of the Optical Society of America " no 54 à la page 1 d'un article écrit par Y.Nishijima et G.Oster et publié en 1964 et d'un article publié dans le même journal à la page 169 et écrit par G. Oster et M.Wasserman et C.Zwerling. L'équation de base du rayon collimaté est définie par {Sn(x,y,z)I]= V n(x,y,z). (4) o r désigne un vecteur de position du rayon et s désigne le vecteur de pointage. Si le rayon est perpendiculaire à la direction X et commence au point-origine et si on suppose que les déviations sont faibles, c'est-à-dire que ds dx, on a alors: dr 1 rx ' n(u,y) ds inx,) JQ (y- du, (5) o 0 désigne un angle de déviation dans la direction Y et l'intégrale est calculée le long de la ligne Y-yi, Z=Zx. Si on suppose que, à l'extrémité de l'objet à changement de phase et pour x=xfn=nf on obtient alors l'équation suivante: 0j,k n1 Jxf (a) dx. (6) 3$ nf SO X)zkyj Cette équation de 0 montre qu'il existe une relation entre la déviation de la frange et l'intégrale de l'indice de réfraction. En interférométrie, on mesure des

changements de phase qui sont proportionnels à des change-

ments de fndx Puisque l'analyse de l'indice de réfrac-

tion d'objets symétriques cylindriques nécessite d'utiliser la transformation d"Abel" ( se référer au " Journal of Optical Society of American " pages 51 et 943, publié en 1961 dans un article de K.Bachestem) , la dernière équation est utilisée plus commodément, du fait qu'elle ne fait pas intervenir des dérivéds numériques additionnels. A partir de cette dernière équation, on peut déduire que 0jk/Yi est la transformation inverse d'Abel de -(r). L'objet à changement de phase peut être tourné et les cinq autres paramètres indépendants d'analyse à savoir 0jk 0k j' 0i,k

0i et 0; i peuvent être déterminés.

La déviation des rayons qui est provoquée par l'objet à changement de phase en train d'être analysé est

déterminée quantitativement en dirigeant les rayons colli-

matés au travers de l'objet en vue de produire ainsi une déviation des rayons. Les rayons déviés passent au travers de deux réseaux espacés.l'un de l'autre et faisant un angle (e) de manière à représenter un motif de moiré unique sur

un écran.

Sans les rayons déviés, l'image de moiré est un réseau réglable qui est orienté perpendiculairement aux rainures du réseau d'origine avec un pas Pl = p C 2 sin (e/2)J Les rayons déviés provoquent des déviations linéaires dans le réseau réglable, ces déviations pouvant être physiquement commodément mesurées et pouvant être

converties en valeurs de déviation angulaire.

En résumé, la méthode très simple décrite ci-

dessus peut remplacer dans de nombreux cas les techniques interférométriques. A la différence d'autres méthodes,

précédemment utilisées pour effectuer une analyse topogra-

phique d'un objet à changement de phase, les impératifs de stabilité et d'alignement sont limités à la précision des mesures de sorte que le procédé selon l'invention convient notamment pour des mesures à faible résolution, par exemple une analyse d'une flamme, d'un gradient de vapeur et d'une

onde de choc.

Le second exemple d'équipement d'analyse topo-

graphique d'objet à décrire est le système d'analyse topo-

s graphique 31 représenté sur la fig. 5, qui comprend une source de lumière collimatée désignée par 32. La lumière collimatée est dirigée sur une surface 33. La lumière réfléchie est utilisée pour former des motifs de moiré à

l'aide d'un équipement désigné dans son ensemble par 34.

L'équipement comprend un premier réseau G1 espacé d'une distance fixe à d'un second réseau G2. Comme indiqué en particulier sur la fig. -2, les réseaux sont tournés d'un angle e l'un par rapport à Vautre. Il est à noter que, pour les mesures topographiques, les réseaux ont été arbitrairement placés dans le plan XY. En arrière du second réseau, il est prévu un écran 36. Des moyens tels que la caméra 37 sont prévus pour enregistrer le motif de moiré qui est projeté sur l'écran 16. La caméra 37 pourrait être évidemment un équipement de télévision relié à un calculateur en vue d'une analyse quantitative automatique du motif de moiré ou des franges de moiré sur

l'écran 36.

La source de rayonnement collimateur teU que le collimateur de lumière 32, produit des rayons parallèles désignés par les flèches 38 dirigées vers la surface 33. La

lumière réfléchie est indiquée par les flèches 39 et 41.

Les angles d'incidence et de réflexion sont tous deux désignés par b. Tant que la surface 33 est plane et ne

comporte pas de variations d'élévation positives ou néga-

tives, le motif de moiré est alors semblable à celui indiqué sur la fig. 7b, o les lignes des franges de moiré, telles que les lignes 42 et 43, sont droites et parallèles entre elles. Cependant, s'il existe une variation d'élévation dans la surface, par exemple la variation positive indiquée en 24 sur les fig. 1 et 2, la lumière réfléchie n'est alors pas complètement collimatée puisque la lumière réfléchie par la variation d'élévation fait un angle, indiqué par 2P avec la lumière régulièrement réfléchie. Les faisceaux réfléchis non collimatés produisent des variations dans le motif de moiré, comme le montre la vue agrandie de la

fig. 7a.

On a mis en évidence sur la fig. 5 trois axes de référence orthogonaux X, Y et Z. Les réseaux et l'écran sont situés dans le plan défini par les axes XY. Comme le montre la fig. 6, l'analyse topographique est effectuée en

des points tels que le point i, j de la variation d'élé-

vation 24. Il est à noter que, sur la fig. 2, les axes de référence orthogonaux de la surface à analyser ont été désignés par X', Y' et Z'. La surface est située dans le plan défini par les axes X', Y' et-elle fait un angle p avec une tangente 45 passant par le point i,j. La variation d'élévation est située dans le plan X'Z'. La tangente correspondant à l'angle p est la dérivée (dY') i,j. Les faisceaux réfléchis par la surface font un anglec< avec celle-ci lorsqu'il n'existe aucune variation d'élévation, comme le montre le faisceau 41. Cependant l'angle de réflexion du faisceau 46 réfléchi à partir de la variation d'élévation est égal à " + p. En conséquence les faisceaux réfléchis par des variations d'élévation ne sont pas

nécessairement parallèles entre eux et ils ne sont égale-

ment pas parallèles aux faisceaux réfléchis d'origine de sorte que la lumière réfléchie n'est pas complètement collimatée. Ce sont les faisceaux réfléchis déviés qui produisent dans le motif de moiré des variations permettant la mise en pratique du procédé d'analyse topographique

quantitative conforme à la présente invention.

Le motif ou les franges de moiré comprennent un

réseau réglable qui est orienté essentiellement perpendicu-

lairement aux réseaux d'origine ou aux rainures de grille.

Le motif de moiré unique obtenu de la manière décrite ci-

dessus permet d'obtenir des données topographiques quanti-

tatives concernant l'objet à analyser.

Quand la surface réfléchissante 33 est plane, le motif de moiré se compose de lignes droites parallèles d'un pas p'. Le pas p' du motif de moiré est lié au pas p des lignes du réseau (ces lignes ont le même pas) par l'équation suivante: pl = p/2 sin (n) (1) Les axes de surface X', Y', Z' sont liés aux axes d'écran par les équations suivantes:

X = X' (2)

Y = Y'/sin O (3) Au point i, j o la surface n'est pas plane, la pente de la ligne 45 est, comme indiqué précédemment: dZI (4) dY "= Quand les rayons réfléchis sont déviés pour une raison quelconque, les lignes droites des franges de moiré qui sont parallèles à l'axe Y sont déviées en direction de l'axe X; ainsi par exemple sur la fig. 4a, au point xi, yj, d'une valeur hij. L'angle.ij fait par le rayon en ce point dans la direction Y est défini par l'équation: h 2 sin (2) dx (5) dy En conséquence, il est possible d'effectuer, à partir d'une photographie de l'écran 36, c'est-à-dire à partir d'un déflectogramme, une analyse topographique des déviations de rayons. Les déviations de rayons fournissent à leur tour une information concernant les

pentes (dz') de la surface réfléchissante. Plus particu-

lièremen9Yia fig. 2 montre que le rayon correspondant à la variation d'élévation dévie de l'angle 2 par rapport à la direction du faisceau réfléchi collimaté. En conséquence la variation d'élévation produit une déviation 2p du rayon, qui provoque à son tour une déviation 0 dans le

plan XY de l'écran.

En conséquence 2pi = 0 i,j, et ij = hi, sin 6/2 (6) Il est à noter que, bien que pij ne dépende

pas de l'angle d'incidence 0, l'axe Y est défini en corres-

pondance à sin de sorte qu'habituellement il est préférable d'adopter pour l'angle O des valeurs proches

de 900.

Dans un mode préféré de réalisation, le faisceau de lumière collimatée 38 représenté sur la fig. 5 se compose d'un faisceau de lumière collimatée d'un diamètre de 10,8 cm qui est produit à l'aide d'un laser He-Ne de milliwatts. La surface réfléchissante est constituée dans ce cas par de l'huile contenue dans un bain. La fig. 7a montre le déflectogramme engendré par une onde créée dans le bain d'huile en touchant ce bain légèrement. En conséquence, avec le déflectogramme de la fig. 7, il est possible de déterminer la variation-réelle d'élévation

( + ou -) entre une surface plane et une surface compor-

tant un creux topographique (-) ou une élévation topo-

graphique (+).

L'angleot est déterminé en utilisant l'équation y = Y'/sin X. La longueur y' du bain est connue et la longueur y est mesurée sur l'écran. En conséquence on

calcule facilementQ à partir de l'équation;d = y'/y.

De même on peut calculer la valeur de G ou bien l'obtenir à partir de l'information d'entrée intervenant dans l'essai. Il est préférable de la calculer et de la comparer avec l'information d'entrée pour vérifier que les mesures correctes ont été faites. La valeur de e est calculée à partir du rapport entre le pas p' de la fig. 7b

et le pas des lignes du réseau en utilisant l'équation (1).

P est ensuite calculé en utilisant la valeur hij mesurée

sur le déflectogramme représenté sur la fig. 7a. La varia-

tion réelle d'élévation est alors obtenue par intégration

de p par rapport à Y' de façon à définir la valeur de Z'.

Dans des mesures effectuées dans les modes préférés de réalisation de l'invention, on a trouvé une valeur de 0,225 radian pour la valeur de 0< calculée à partir de la longueur du bain sur l'écran. On a également trouvé une valeur de 0,036 radian pour la valeur de e, calculée à partir du rapport entre le pas mesuré p' sur

l'écran et le pas d'origine des lignes du réseau.

En effectuant une mesure réelle sur la photo-

graphie ( le déflectogramme représenté sur la fig. 7), on a déterminé la déviation hi.. On a d'abord déterminé l'influence de la lentille-objectif de la caméra en effectuant une mesure dans la direction X et en comparant cette mesure avec la mesure X' du bain réel. En utilisant la fig. 7, on a déterminé une valeur approximativement égale à 2 pour le facteur de lentille. La déviation mesurée (h..) par rapport à la ligne droite de la fig. 4a J a été trouvée approximativement égale à 0,6 cm sans

correction, ou bien à 1,2 cm.

En utilisant cette valeur, on a effectué les calculs de p. En obtenant P en différents points, il a été possible d'intégrer p et d'obtenir la valeur 1Z-,. Puisque la valeur de Y' est connue par des mesures réelles, il est

possible de calculer facilement la valeur de Z'.

Dans les mesures réelles, on a calculé la hauteur totale de l'onde comme étant approximativement égale à 7 microns et on a déterminé Que la sensibilité de mesure était d'environ 0,5 micron de sorte qu'on a trouvé,pour la mesure de Z,, c'est-à-dire la hauteur de l'onde

engendrée par contact avec le bain, 7 + 0,5 micron.

La fig. 8 représente un déflectogramme obtenu

lorsqu'on touche la surface de l'huile avec une aiguille.

Les calculs faits en utilisant le déflectogramme de la fig. 8 montrent que la hauteur maximale d'élévation est d'environ 2 microns. Il est à noter que sur la fig. 8,

la déviation principale se situe au centre de la photogra-

phie obï l'aiguille a été insérée dans l'huile, c'est-à-dire le long d'une ligne de frange de moiré désignée par 51. La déviation dans le motif de moiré n'est pas discernable entre la ligne de frange 52 par exemple et la ligne de frange 53. En conséquence il se produit une ondulation provoquée par entrée en contact de l'aiguille avec la surface du bain mais l'ondulation devient trop petite pour être discernable aux extrémités du bain o les lignes sont parallèles. En résumé, lorsqu'on utilise le procédé selon l'invention, il est possible de mesurer la topographie de surfaces réfléchissantes. Le procédé ne nécessite pas une lumière cohérente et il permet de mesurer des quantités qui sont des dérivées de pentes au lieu d'être des lignes de hauteurs égales. Sa sensibilité est supérieure d'environ trois ordres de grandeur à ce qu'il est possible d'obtenir avec le procédé de moiré avec ombre. En outre, à la différence des procédés basés sur l'interférométrie,

les impératifs de stabilité sont limités par une sensibi-

lité de la mesure au lieu de l'être par la longueur d'onde du rayonnement. On peut changer la sensibilité simplement

en faisant varier l'espacement des lignes du réseau.

Puisque les quantités mesurées avec ce procédé sont des dérivées, le procédé peut être bien plus sensible que

l'interférométrie dans des cas de dérivées d'ordres élevés.

Le procédé n'est pas limité à des surfaces fortement réfléchissantes mais il peut être appliqué à des composants transparents tels que du verre ou bien à une surface relativement plane qui n'est pas perturbée par dépôt d'une

couche d'un liquide réfléchissant par exemple.

Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variations accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées

et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'analyse de profil de surface d'objets, caractérisé en ce qu'on assure la collimation

d'une énergie rayonnante pour produire des rayons collima-

tés, on dirige lesdits rayons collimatés vers ledit objet, on utilise des rayons déviés par ledit objet pour engendrer un motif de moiré, on mesure des déviations linéaires dans ledit motif en des points sélectionnés et on calcule les variations des caractéristiques de l'objet en fonction

desdites déviations linéaires mesurées.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit objet est un objetsà changement de phase et en ce qu'on dirige lesdits rayons collimatés au travers dudit objet de manière qu'ils soient déviés par celui-ci

pour engendrer ledit motif de moiré.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que ladite analyse de profil de surface est topo-

graphique et en ce qu'on dirige lesdits rayons collimatés vers la surface dudit objet de manière qu'ils soient réfléchis par cet objet pour engendrer ledit motif de moiré.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une paire de réseaux pour engendrer le

motif de moiré unique en effectuant les opérations suivan-

tes: - espacement des deux réseaux l'un de l'autre d'une distance à dans la direction des rayons déviés, - légère rotation de chacun des réseaux dans des directions opposées de manière que les lignes des réseaux fassent un angle e entre elles, et

utilisation d'un écran pour obtenir le motif de moiré.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé

en ce que ledit écran est placé en arrière du second réseau.

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé

en ce que ledit écran est fixé sur le second réseau.

7. Equipement pour effectuer une analyse de déviation de faisceau provoquée par un objet, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen (17) pour assurer la collimation d'une énergie rayonnante de façon à former des rayons collimatés, - un moyen (19) pour diriger les rayons collimatés vers ledit objet (13) afin de dévier lesdits rayons, - des moyens (22, 23) pour engendrer un motif de moiré (14) en utilisant lesdits rayons déviés, et des moyens (15, 16) pour mesurer la déviation produite dans le motif moiré en des points sélectionnés afin de

permettre une détermination quantitative des caractéris-

tiques dudit objet en fonction de ladite déviation linéaire.

8. Equipement selon la revendication 7, caracté-

risé en ce que ledit objet est un objet à changement de phase et en ce qu'il est prévu des moyens pour diriger les

rayons collimatés au travers dudit objet.

9. Equipement selon la revendication 7 pour effectuer l'analyse topographique d'une surface dudit objet, caractérisé en ce qu'il comprend en outre:

- des moyens (32, 38) pour diriger lesdits rayons colli-

matés vers ladite surface (33), des réseaux (Gl, G2) positionnés de façon à former un motif de moiré réagissant à des rayons réfléchis par ladite surface, et - des moyens (36, 37) pour mesurer une déviation linéaire utilisable-dans le calcul de variations d'élévation dans ladite surface en fonction de variations dans ledit motif

de moiré.