FR2620537A1 - Dispositif optique a mise au point automatique et appareil optique comportant un tel dispositif - Google Patents

Abstract

Dispositif optique pour la mise au point automatique sur le plan d'un objet à observer. Selon l'invention, ce dispositif comporte : - un premier moyen 5 pour former un faisceau lumineux parallèle 2; - un miroir semi-réfléchissant 7; - un second moyen optiquement convergent 10 au voisinage du foyer 11 duquel se trouve un objet réfléchissant 16; - un troisième moyen optiquement convergent 18 recevant le faisceau 2' traversant ledit miroir; et - un écran 22 disposé dans le plan focal 20 du foyer dudit troisième moyen 18, et comportant une arête 23 affleurant l'axe optique 9 de ce dernier et perpendiculaire audit axe optique, deux éléments photosensibles 26, 27 étant disposés symétriquement par rapport à l'axe optique, perpendiculairement à l'arête de l'écran.

Description

La présente invention concerne un dispositif optique du type autofocus, destiné à réaliser automatiquement la coïncidence entre un plan réel, dit plan objet, et un pian virtuel, dit plan de mise au point, le plan objet pouvant par exemple être celui d'un objet à observer, d'une plaque à exposer, etc..., alors que le plan de mise au point peut être le plan d'un dispositif d'observation (optique ou électronique), d'un dispositif d'exposition, d'un dispositif d'écriture, etc...

Quoique non exclusivement, ces dispositifs autofocus sont par exemple utilisés dans les microscopes optiques, et permettent d'effectuer une mise au point automatique sur l'objet à observer, afin que celui-ci apparaisse à l'observateur avec une netteté optimale.

De tels dispositifs autofocus sont déjà connus Par exemple, on connaît un dispositif autofocus, dispose dans un microscope, et qui comprend une source lumineuse émettant un rayon lumineux en direction d'un système optique. Ce dernier est constitué, dans cette réalisation, par un miroir sur lequel se réfléchit, par un premier chemin optique, le rayon lumineux en direction d'un objectif qui le dirige à son tour vers le plan de l'objet.

Une image de la source lumineuse est ainsi- formée sur le plan de l'objet. Le rayon lumineux réfléchi par l'objet et issu de ladite image traverse par un second chemin, à nouveau l'objectif pou-r se diriger-vers des moyens de détection différentielle, déterminant si la mise au point de l'image de la source sur l'objet à observer est correcte ou non. Pour cela, ces moyens de détection sont constitués par deux photodiodes distantes l'une de l'autre symétriquement par rapport à l'axe optique dudit objectif, et disposées dans un plan de détection parallèle au plan de l'objet, ledit plan de détection recevant ainsi une image de ceile formée sur le plan de l'objet.Ces photodiodes sont reliées à un amplificateur différentiel, lui-même relié par sa sortie à des moyens moteurs destinés à la commande du déplacement de l'objet à observer permettant, lorsque la mise au point du plan image est inc-orrecte, de l'amener dans la position exacte.

Quand la mise au point de l'objet est correcte, l'image projetée par le rayon lumineux réfléchi par l'objet se forme, par le second chemin optique, sensiblement à l'intersection du plan de détection etc de l'axe optique, entre les deux photodiodes. Par conséquent, l'amplificateur différentiel, recevant des signaux identiques des deux photodiodes, ne délivre pas de signal aux moyens moteurs, qui ainsi ne sont pas actionnés ; le plan objet à observer apparaît à l'observateur avec une netteté optimale.

En revanche, lorsque l'image projetée par le rayon lumineux réfléchi se forme en partie ou en totalité sur l'une ou l'autre photodiode, l'amplificateur différentiel reçoit alors deux signaux différents. Par conséquent, il délivre un signal aux moyens moteurs pour que ceux-ci agissent, par exemple, sur le support où est disposé l'objet, de façon que l'image projetée par le rayon lumineux réfléchi, alors corrigé par le déplacement du plan de l'objet, se forme dans le plan de détection entre les deux photodiodes, lesquelles délivrent ainsi des signaux identiques à l'amplificateur différentiel, le plan de l'objet étant alors correctement mis au point.

Bien que donnant des résultats convenables, ce dispositif autofocus connu présente notamment l'inconvénient d'utiliser des chemins optiques différents, ce qui est préjudiciable aux résultats escomptés pour le type d'appareil optique tel que les microscopes, puisque des erreurs de décalage optique dues aux différents chemins optiques empruntés par. le rayon lumineux peuvent alors se produire.

De plus, le dispositif autofocus décrit ci-dessus conjugue la source lumineuse, l'objet à observer, et les moyens de détection, c'est-à-dire que l'image de la source lumineuse est projetée, par le premier chemin optique, sur le plan de l'objet, qui, à son tour, projette, par le second chemin optique différent du premier, l'image obtenue sur le plan de détection. Un tel dispositif est alors adapté à l'observation d'objets dont les surfaces respectives à observer sont parfaitement planes. Mais, dans le cas où les objets présentent des reliefs, ce dispositif n'est plus approprié puisque la mise au point ne peut se faire que sur l'un des éléments de surface objet, ou sur plusieurs élements de surface ayant une hauteur identique, pour lequel le rayon lumineux réfléchi se dirige entre les deux photodiodes du plan de détection.Par conséquent, pour pouvoir observer les éléments de surface de l'objet, contenus dans des plans correspondants, il est nécessaire de déplacer à chaque fois l'objet.

On connut également un autre dispositif du type autofocus comprenant deux sources lumineuses émettrices qui convergent vers un diaphragmedont l'image est projetée sur le plan de l'objet à observer à travers un objectif, le faisceau lumineux réfléchi par ledit objet étant ensuite dévié, par l'intermédiaire d'une lame semi-réfléchissante, vers des moyens de détection différentielle analogues aux précédents. Le principe de fonctionnement de ce dispositif autofocus est sensiblement identique à celui décrit précédemment. Ce dispositif, bien que d'une conception différente, présente également les inconvénients- énoncés à propos du premier dispositif décrit.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et concerne un dispositif autofocus, dont les éléments du système optique sont disposés sur un -meme axe optique par rapport auquel sont symétriquement disposés les moyens de détection différentielle
A cet effet, le dispositif optique pour la mise au point automatique sur le plan d'un objet à observer, du type comprenant une source lumineuse émettant un faisceau lumineux en direction dudit objet à travers un système optique, ledit faisceau étant ensuite réfléchi par ledit objet en direction de moyens de détection différentielle comprenant au moins deux éléments photosensibles susceptibles de délivrer des signaux identiques quand l'objet se trouve dans une position de mise au point correcte, tandis que, lorsque les signaux délivrés sont différents, des moyens moteurs permettent un déplacement relatif entre ledit objet et ledit système optique pour obtenir la mise au point souhaitée, est remarquable selon l'invention en ce que ledit système optique comporte - un premier moyen pour former un faisceau lumineux parallèle à partir du faisceau émis par ladite source - un miroir semi-réfléchissant interposé sur le trajet dudit faisceau parallèle - un second moyen optiquement convergent recevant ledit faisceau lumineux parallèle provenant dudit miroir, ledit objet étant disposé au moins approximativement au voisinage du foyer dudit second moyen, et étant susceptible de réfléchir la lumière en direction dudit second moyen, de sorte que celui-ci forme un faisceau réfléchi qui atteint alors ledit miroir semi-réfléchissant - un troisième moyen optiquement convergent recevant ledit faisceau réfléchi provenant dudit miroir ; et - un écran disposé dans le plan focal du foyer dudit troisième moyen, et comportant une arête affleurant l'axe optique de ce dernier et perpendiculaire audit axe optique, les deux éléments photosensibles étant disposés au-delà dudit plan focal du troisième moyen, dans un plan perpendiculaire à l'axe optique et symétriquement de part et d'autre du plan formé par l'arrête de l'écran et l'axe optique.

Ainsi, comme les second et troisième moyens optiquement convergentssont alignés sur un même axe optique, le trajet du faisceau lumineux, provenant du miroir semi-réfléchissant, et aboutissant sur le plan de détection, est toujours centré sur ledit axe optique, ce qui supprime les éventuels risques de décalages optiques ou autres lorsque le faisceau parcourt des chemins optiques différents.

Selon une autre caractéristique de l'invention, entre lesdits moyens de détection et lesdits moyens moteurs, sont prévus des moyens électroniques de traitement des signaux délivrés par les moyens de détection, et qui, pour chaque valeur de la différence des signaux délivrée par ces derniers, élaborent puis délivrent un signal aux moyens moteurs pour que eeux-ci déplacent axialement, suivant ledit axe optique et dans le sens souhaité, ledit objet de façon que le plan à observer soit amené puis confondu avec le plan focal du second moyen optiquement convergent.

Ainsi, lorsque le plan de l'objet est confondu avec le plan focal du second moyen, et uniquement dans ce cas ià, la tache lumineuse, alors ponctuelle, ainsi formée au foyer est réfléchie par l'obJet, et se forme symétriquement dans un plan conjugué au foyer du troisième moyen convergent, sur le même axe optique. L'image de la tache ponctuelle à ce foyer, situé sur l'axe optique, n'est alors pas arrentée par ledit écran dont ltarete vient affleurer cet axe, et par conséquent, le faisceau lumineux issu de l'image de la tache ponctuelle diverge en direction des deux éléments photosensibles qui reçoivent la même quantité de lumière.

Les moyens de détection délivrent alors un signal nul aux moyens de traitement électroniques, et le plan de l'objet à observer est dans la position de meilleure mise au point.

En revanche, dans le cas où le plan de l'objet est décalé axialement par rapport au plan focal du second moyen convergent, la tache formée sur le plan image n'est plus ponctuelle, mais est toujours centrée sur l'axe optique. En conséquence, 1' image de la tache lumineuse se forme en aval ou en amont dudit écran, selon que le plan objet est situé en aval ou en amont du plan focal du second moyen. L'écran opaque arrête alors une partie du faisceau lumineux puisque le point de convergence, situé sur l'axe et où se forme l'image, se trouve soit en aval, soit en amont dudit écran, tandis que l'autre partie du faisceau non arrêtée se propage en direction de l'un ou l'autre des éléments photosensibles.Les moyens de détection délivrent alors un signal aux moyens de traitement qui à leur tour délivrent un signal aux moyens moteurs, lesquels impriment un déplacement au support sur lequel repose l'objet, de façon à amener le plan de celui-ci dans le plan focal du second moyen.

Ledit système optique peut comprendre, de plus, des moyens de balayage de l'image de la source sur le plan objet à observer disposés entre ledit miroir semi-réfléchissant et ledit second moyen optiquement convergent, transversalement audit axe optique, lesdits moyens de balayage permettant alors au' faisceau lumineux parallèle réfléchi par ledit miroir d'être dirigé puis focalisé successivement en différents endroits de la surface dudit objet.

Ainsi, dans le cas où l'objet à observer présente une topologie en relief, comme par exemple les circuits intégrés sur les substrats desquels sont gravés des motifs de hauteur variable, afin de les contrôler, il suffit d'utiliser les moyens de balayage pour permettre audit faisceau lumineux réfléchi par le miroir semi-réfléchissant d'être dirigé puis focalisé par le second moyen vers l'objet, sans avoir à déplacer celui-ci.

Dans le cas des dispositifs autofocus connus écrits précédemment, l'utilisation des moyens de balayage n'est
pas réalisable puisque l'on vient imager la source
lumineuse et l'objet sur le plan de détection. Dans le
dispositif de l'invention, ce sont les différentes pupilles qui sont conjuguées avec le plan de détection ; ainsi, un déplacement latéral de l'image de la source lumineuse n'est pas vu comme une variation de-mise au point.

Dans une forme de réalisation, lesdits moyens de balayage sont constitués par un prisme rotatif, disposé transver
salement à l'axe optique dudit système, par l'intermédiaire de moyens pour la commande de la rotation dudit prisme.

L'axe de rotation dudit prisme peut être parallèle ou orthogonal à l'arête de celui-ci.

Avantageusement, lesdits moyens pour la commande de la rotation dudit prisme sont reliés à une mémoire électron i- que elle-même reliée aux moyens électroniques de traitement des signaux, ladite mémoire électr-onique mémorisant pour
chaque valeur angulaire occupée par le prisme, la valeur correspondante du signal engendré par lesdits moyens de détection.

Lorsque ledit dispositif de mise au point automatique est monté sur un appareil optique, il est avantageux que ledit second moyen optiquement 'convergent soit constitué par objectif dudit appareil.

Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.

La figure 1 est une vue schématique du dispositif optique autofocus selon l'invention.

Les figures 2A,2B et 2C représentent les trois positions particulières que peut occuper le plan de l'objet à observer, respectivement une première position pour laquelle le plan est correctement mis au point, une seconde position pour laquelle le plan à observer est situé en aval du plan final de meilleure mise au point, et une troisième position pour laquelle le plan à observer est situé en amont du plan focal de meilleure mise au point.

La figure 3 est une vue schématique d'un exemple du dispositif autofocus équipé d'un prisme de balayage.

La figure 4 illustre schématiquement une variante de réalisation du prisme de balayage.

La figure 5 montre en coupe schématique un montage du prisme de balayage de la figure 24.

La figure 6 représente une variante de réalisation du prisme de la figure 4.

La figure 7 est une vue du palier à air selon la flèche F de la figure 6.

La figure 8 est une vue selon la ligne VIII-VIII de la figure 7.

Les figures 9 et 10 sont respectivement des perspectives partielles des dispositifs illustrés sur les figures 1 et 3.

La figure 11 illust-re l'implantation du dispositif selon l'invention dans un microscope.

Le dispositif optique pour la mise au point automatique du plan d'un objet à observer, conforme à l'invention et montré par la figure 1, comprend une source lumineuse 1 émettant un faisceau lumineux 2 en direction d'un système optique 24. Le faisceau 2 traverse auparavant un premier moyen optique, tel qu'unie lentille 5, qui forme un faisceau lumineux parallèle, suivant un premier axe optique 6, vers le système 4. Ce dernier comprend un miroir semi-réfléchissant 7 interposé sur le trajet lumineux du faisceau parallèle 2, et incliné à 2450 par rapport à l'axe optique 6. Par conséquent, le faisceau réfléchi par le miroir 7 est centré sur un second axe qptique 9 perpendiculaire au premier axe optique 6.Le système comporte ensuite, selon le sens de propagation du faisceau parallèle réfléchi 2, un second moyen optique, en l'occurrence une lentille convergente 10, qui focalise alors le faisceau 2 au foyer
11, dans le plan focal 12 de la lentille 10, le foyer 1 étant situé sur le second axe optique 9. Comme le montre la figure 1, ie plan d'observation 15 de l'objet 16 à observer est confondu, dans ce cas, avec le plan focal 12 de la lentille 10. Par conséquent, l'objet 16 réfléchit la lumière en direction de la lentille 10, de sorte que celle-ci forme un faisceau lumineux parallèle de retour 2' qui traverse alors ledit miroir semi-réflechissant, en étant toujours centré sur l'axe optique 9.

Le système 4 comporte également un troisième moyen optique, en l'occurrence une lentille convergente 18, alignée sur l'axe optique 9 et qui reçoit le faisceau 2' lequel converge au foyer 19 de la lentille 18. Dans le plan focal .20 de celle-ci est avantageusement disposé un écran opaque
Il dont une arête 23 vient affleurer l'axe optique 9, perpendiculairement à ce dernier.

Au-delà du plan focal 20 sont disposés des moyens de détection différentielle 25 constitués, par exemple, de deux éléments photosensibles 26 et 27 disposés symétriquement de part et d'autre de llaxe optique 9 dans un plan de détection 28 perpendiculaire à celui-ci. Les deux éléments sont reliés à un amplificateur différentiel 29 dont la sortie 30 est reliée à des moyens électroniques de traitement 31 des signaux délivrés par les moyens de détection.

Comme on le verra à l'examen des figures 2A,2B et 2C, ces moyens 31 permettent, pour chaque valeur de la différence des signaux délivrés à la sortie 30 de l'amplificateur 29, de délivrer à leur tour un signal 32 à des moyens moteurs 33 pour que ceux-ci agissent sur le support, non représenté, où est disposé l'objet, de façon à amener le plan 15 à observer dans la position de meilleure mise au point, pour laquelle ce plan est confondu avec le plan focal 12 de la lentille 10.

Les figures 2A,2B et 2C illustrent les trois positions essentielles susceptibles d'être occupées par le plan externe à observer 15 de l'objet 16.

Dans le cas de la figure 2A (correspondant à la représentation de la figure 1) pour laquelle le plan 15 est correctement mis au point, le faisceau parallèle 2, issu de la source 1 à travers la lentille 5, est réfléchi par le miroir 7 en direction de la lentille 10, selon l'axe optique 9. Le faisceau 2 converge ensuite au foyer 11 dans le plan focal 12 avec lequel est confondu le plan 15 de l'objet 16. Par conséquent, une tache ponctuelle A, image de la source lumineuse 1, se forme au foyer 11. L'objet 16 réfléchit la lumière en direction de la lentille 10 de sorte que celle-ci forme un faisceau retour 2' parallèle, analogue au précédent, et qui traverse alors le miroir semi-réfléchissant 7, puis la lentille 18, laquelle focalise le faisceau lumineux 2' au foyer 19.L'image A' de la tache ponctuelle A se forme par conséquent sur l'axe optique 9 au foyer 19, et n'est pas arrêtée par l'arête 23 de l'écran 22 qui vient affleurer ledit axe. Ainsi, le faisceau lumineux 2' issu de l'image A' diverge au-delà du plan focal 20 de la lentille 18 et vient éclairer les deux éléments photosensibles 26 et 27 disposés dans le plan de détection 28. Les deux éléments 26 et 27, recevant une même quantité de lumière, délivrent alors des signaux identiques à l'amplificateur différentiel 29 dont le signal de sortie 30 est alors nul. Par conséquent, les moyens de traitement electroniques 31 délivrent un signal 32, également nul, aux moyens moteurs 33, lesquels ne sont pas actionnés.

Le plan 15 de l'objet 16 est donc dans la position de meilleure mise au point, puisqu'il est confondu avec ie plan focal 12.

En revanche, figure 2B, on suppose que le plan 15 de l'objet est légèrement décalé par rapport au plan focal 12 en étant en aval de celui-ci, c'est-à-dire disposé entre le plan focal 12 et la lentille î0. Le faisceau lumineux 2 forme alors une tache B sur le plan 15 qui n'est plus ponctuelle. La lumière réfléchie par objet et issue de la tache B repart vers la lentille 10 selon un trajet optique différent de celui emprunté en regard de la figure 2A mais toujours centré par rapport à l'axe 9. Afin de conserver une clarté aux figures, la construction du faisceau lumineux retour 2' n'a été représentée qu'au moment où il traverse la lentille 18 en direction des moyens de detection différentielle 25.

Le faisceau lumineux retour 2' n'est donc plus parallèle entre les deux lentilles 10 et 18, et par conséquent converge, lorsqu'il traverse la lentille 18, en un point 19B différent du foyer 19 et situé au-dela de l'écran 22.

En ce point 19B se forme l'image B' de la tache Comme le montre la figure 2B, la moitié supérieure par rapport à l'axe 9 du faisceau 2' est alors arrêtée par l'écran opaque 22, alors que la moitié inférieure continue son trajet pour diverger ensuite au niveau du point 19B en direction de l'élément photosensible 26. En revanche, l'élément photosensible 27 n'est pas éclairé ; ainsi, l'amplificateur différentiel 29 reçoit deux signaux différents des éléments photosensibles, et délivre un signal non nul 30 aux moyens de traitement électroniques 31.Ceux-ci, en fonction du signal 30 reçu représentatif de la différence des signaux délivrés par les moyens de détection, délivrent à leur tour un signal 32 aux moyens moteurs pour qu'ils agissent sur le support, non représenté, où est disposé l'objet, de façon que le plan 15 soit ramené dans le plan focal 12, d'une distance et dans un sens correspondant au signal 32 reçu.

Le plan 15 est alors à nouveau correctement mis au point puisqu'il est confondu avec le plan focal, la tache B étant devenue ponctuelle.

Le cas illustré par la figure 2C montre le plan 15 de l'objet 16 disposé en amont du plan focal 12. Comme pour la figure 2B, une tache lumineuse C centrée sur l'axe optique 9 se forme sur le plan 15 dont l'objet 16 réfléchit à partir de celle-ci la lumière en direction de la lentille selon un faisceau non représenté en direction de la lentille 18. Cette dernière forme alors le faisceau retour 2' non parallèle mais centré sur l'axe 9, lequel faisceau traverse le miroir semi-réfléchissant 7 puis la lentille 18 par laquelle le faisceau 2'converge en un point 19C situé avant l'écran opaque 22. En ce point 19C est située l'image
C' de la tache lumineuse C.

Comme le montre la figure 2C, le faisceau lumineux retour 2' diverge à partir du point C puis la moitié supérieure est alors arrêtée par l'écran opaque interrompant la propagation de cette moitié du faisceau en direction de l'élément photosensible 26. En revanche, la moitié inférieure du faisceau1 qui n'est pas arrêtée par l'écran 22, vient éclairer l'autre élément photosensible 27, de sorte que l'amplificateur différentiel 29, recevant deux signaux différents, délivre un signal 30 aux moyens de traitement électroniques 31. Ceux-ci, en fonction du signal 30 reçu, délivrent à leur tour un signal 32 aux moyens moteurs 33 de façon qu'ils impriment un déplacement selon l'axe optique 9 dans le sens approprié pour que le plan 15 de l'objet soit ramené puis confondu avec le plan focal 12.

Selon l'invention, le dispositif autofocus est particuiiè- rement approprié à la mise au point sur des objets présentant des reliefs. Par exemple, sur la figure 3, on a représenté schématiquement un substrat 140 (correspondant à l'objet 16) d'un circuit intégré sur lequel sont gravés des motifs 241 présentant des hauteurs différentes, et qu'il est impératif de contrôler afin d'en détecter les éventuelles imperfections.Pour fixer les idées, la hauteur de la topologie d'un tel circuit peut être comprise entre 0,2 um et 3 um. Or, comme la profondeur de champ d'un objectif de microscope est de l'ordre de 0,6 um, on ne peut pas par conséquent visualiser la totalité des motifs convenablement. Avantageusement, dans le dispositif de la figure 3, il est prévu des moyens de balayage 243 disposés entre le miroir semi-réfléchissant 7 et la lentille 10.Dans le mode de réalisation illustré schématiquement sur la figure 3, les moyens de balayage 243 sont constitués par un prisme 44 susceptible de pivoter autour d'un axe 45 disposé transversalement à l'axe optique 9 et parallèlement à son arête 247, la rotation dudit prisme étant assurée par des moyens 246 pour la commande de sa rotation.

Comme le montre la figure 3, pour laquelle ledit prisme 44 occupe une position angulaire déterminée, qui est fonction de l'information délivrée par des moyens de commande 46, le faisceau lumineux parallèle 2, après réflexion sur le miroir semi-réfléchissant 7, traverse la face inclinée 48 du prisme en étant alors dévié parallèlement, puis l'autre face inclinée 249, en étant une nouvelle fois déviée parallèlement, en direction de la lentille 10.

Le faisceau parallèle 2 franchit la lentille et se focalise dans le plan focal 12 de celle-ci en un foyer 11'. Dans cet exemple, le plan 15A du motif 241 à observer est confondu avec le plan focal 12 ;par conséquent, il se forme une tache ponctuelle A au foyer 11'. L'image A' de cette tache ponctuelle A se forme par l'intermédiaire du faisceau parallèle retour 2', au foyer 19 dans le plan focal 20 de la lentille 18, comme dans le cas illustré sur la figure 2A. En effet, le motif 41 réfléchit alors la lumière en direction de la lentille 10, de sorte que celle-ci forme un faisceau retour 2' , qui traverse ensuite le prisme selon un faisceau retour parallèle 2' analogue au faisceau 2 réfléchi par le miroir.

Par conséquent, le plan 15A-du motif 41 est dans la position de meilleure mise au point et les deux éléments photosensibles 26 et 27 reçoivent une même quantité de lumière.

Dans le cas où le plan du motif 241 à observer se trouve décalé en aval ou en amont par rapport au plan focal 12 de la lentille 10, la mise au point de ce plan s'effectue de manière analogue aux cas décrits en regard des figures 2E ou 2C.

De plus, comme le montre la figure 3, les moyens de commande 46 du prisme 44 sont reliés par une liaison 50 à une mémoire électronique 51, elle-même reliée par une liaison 52 aux moyens de traitement des signaux 31. Cette mémoire 51 permet ainsi de mémoriser, pour chaque valeur angulaire occupée par ledit prisme 44, la valeur du signal différentiel engendré par l'amplificateur 29. De ce fait, la totalité du relief du substrat, dans ce cas, est mis en mémoire et stocké. On peut alors réaliser, à partir de ce registre, une mise au point à partir de critères divers tels qu'un maximum, un minimum, une valeur moyenne, etc...

Sur la figure 4, on a représenté une variante de réalisation du dispositif de balayage 243. Dans ce cas, le prisme 44 est monté rotatif autour de l'axe optique 9, de sorte que le foyer il decrit sur le plan 15 un cercle 85, lors de la rotation dudit prisme. La figure 5 montre que, en vue de sa rotation, le prisme 44 de la figure 4 peut être monté dans un roulement à billes ou analogue 81.

Dans une variante de réalisation illustrée par les figures 6 à 8, le prisme 44 de la figure 4 est disposé dans un palier à air 60 constitué notamment de deux patins 61 et 62. Le patin 61 présente une cuvette sphérique 63, dans laquelle est disposé le prisme 4h, lui-même partiellement sphérique, et des orifices d'alimentation 64 en fluide sous pression qui sont reliés par des liaisons 65 partiellement représentées à une commande fluidique, par exemple pneumatique, définissant dans ce cas les moyens de commande 46, lesdits orifices 64 débouchant dans la cuvette sphérique.

Un passage axial 67 est également ménagé dans le patin 61 de sorte que, lorsque le prisme repose sur la cuvette sphérique par sa partie sphérique, sa face 49 soit tournée vers ce passage axial 67. Le patin 62 est, quant à lui, logé dans un corps transparent 68 venant se fixer au patin 61. Le patin 62 est disposé en regard de la face 48 du prisme, celle-ci étant tournée vers un passage axial 72 prévu dans le patin 62, et qui est coaxial et identique au passage 67. Des orifices d'alimentation 69 en fluide sous pression, pratiqués dans le patin 62, ainsi que dans le fond 70 du corps 68 sont reliés par des liaisons 71, partiellement représentées, à la commande pneumatique, et débouchent en regard de la face 248 du prisme.De plus, une rondelle élastique 73 est interposée entre le fond 70 du corps 68 et le patin 62 de façon que celui-ci soit convenablement positionné.

Lorsqu'une pression fluidique est délivrée par les moyens de commande 246, en l'occurrence par la commande pneumatique, celle-ci se répartit, par les orifices 64 et 69 respectivement des patins 61 et 62, sous forme de coussins d'airs 75, entre le prisme 49 et les patins 61 et 62, ledit prisme étant alors monté flottant dans le palier 60.

Ainsi, pdur faire tourner le prisme 2424 autour de l'axe optique 9, on applique par l'intermédiaire de la commande pneumatique une pression appropriée, dans au moins l'un des orifices 64 du patin 61.

Sur la figure 9, on a représenté, en perspective, le dispositif autofocus décrit en regard de la figure 1 et qui est destiné dans une application particulièrement avantageuse à équiper un microscope optique. Ce dispositif autofocus est particulièrement approprié pour l'observation et le contrôle d'objets présentant une surface sensiblement plane. On distingue nettement la position de l'écran opaque 22 par rapport à l'axe optique 9.

La source lumineuse 1 peut être une diode laser alors que les éléments photosensibles 26,27 peuvent être des photodiodes.

Ourla figure 10, on a représenté, en perspective, le dispositif autofocus décrit en regard de la figure 3, dispositif également destiné plus particulièrement à équiper un microscope optique, et spécifiquement approprié à l'observation d'objets présentant des reliefs.

Enfin, la figure 11 illustre l'adaptation du dispositif autofocus de l'invention dans un microscope. Dans ce cas, la lentille 10 est formée par ltobjectif dudit microscope et le couplage optique s'effectue par un miroir semi-transparent 82, disposé entre l'objectif 10 et l'oculaire 83 dudit microscope. Sur la figure 11, on a représenté également le dispositif d'éclairage 84 dudit microscope.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif optique pour la mise au point automatique sur le plan d'un objet à observer, du type comprenant une source lumineuse (1) émettant un faisceau lumineux (2) en direction dudit objet (16) à travers un système optique (24), ledit faisceau étant ensuite réfléchi par ledit objet en direction de moyens de détection différentielle (25) comprenant au moins deux éléments photosensibles (26,27) susceptibles de délivrer des signaux identiques quand l'objet se trouve dans une position de mise au point correcte, tandis que, lorsque les signaux délivrés sont différents, des moyens moteurs (33) permettent un déplacement relatif entre ledit objet (16) et ledit système optique (4) pour obtenir la mise au point souhaitée, caractérisé en ce que ledit système optique comporte - un premier moyen (5) pour former un faisceau lumineux parallèle (2) à partir du faisceau émis par ladite source ( 1) - un miroir semi-réfléchissant (7) interposé sur le trajet dudit faisceau parallèle - un second moyen optiquement convergent (10) recevant ledit faisceau lumineux parallèle provenant dudit miroir, ledit objet (16) étant disposé au moins approximativement au voisinage du foyer (11) dudit second moyen (10), et étant susceptible de réfléchir la lumière en direction dudit second moyen, de sorte que celui-ci forme un faisceau réfléchi (2') qui atteint ledit miroir semi-réfléchissant (7 > - un troisième moyen optiquement convergent (18) recevant ledit faisceau réfléchi (2') -provenant dudit miroir ; et - un écran (22) disposé dans le plan focal (20), du foyer dudit troisième moyen (18), et comportant une arête (23) affleurant l'axe optique (9) de ce dernier et perpendicu-laire audit axe optique, les deux éléments photosensibles (26,27) étant disposés au-delà dudit plan focal (20) du troisième moyen, dans un plan perpendiculaire à l'axe optique et symétriquement de part et d'autre du plan formé par l'arête de l'écran et l'axe optique.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre lesdits moyens de détection différentielle (25) et lesdits moyens moteurs (33), sont prévus des moyens électroniques de traitement des signaux (31) délivrés par les moyens de détection (25), et qui, pour chaque valeur de la différence des signaux (30) délivree par ces derniers, élaborent puis délivrent un signal (32) aux moyens moteurs pour que ceux-ci déplacent axialement, suivant ledit axe optique (9) et dans le sens sou-halté1 ledit objet (16) de façon que le plan (15) à observer soit amené puis confondu avec le plan focal (12) du second moyen optiquement convergent (10).

3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit système optique (4) comprend des moyens de balayage (43) dudit objet à observer, disposés entre ledit miroir semi-réfléchissant (7) et ledit second moyen optiquement convergent (10),' transversalement audit axe optique (9).

4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de balayage (43) comportent un prisme (pli) susceptible de pivoter autour d'un axe parallèle (45) à son arête (47).

5 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de balayage (43) comportent un prisme (44) susceptible de tourner autour de l'axe optique (9) dudit dispositif.

6 - Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (46) pour la commande de la rotation dudit prisme (44) sont reliés à une mémoire électronique (51) elle-même reliée aux moyens électroniques de traitement des signaux (31), ladite mémoire électronique mémorisant pour chaque valeur angulaire occupée par le prisme, la valeur correspondante du signal délivré par lesdits moyens de détection différentielle (25).

7 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit prisme tournant (44) est disposé dans un palier à air (60) relié aux moyens (46) pour la commande de la rotation dudit prisme.

8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit palier à air (60) est constitué d'une part, d'un premier patin (61) dans lequel est ménagée une cuvette sensiblement sphérique (63) recevant ledit prisme (2424), des orifices d'alimentation (64) destinés à être raccordés aux moyens de commande (46) étant prévus dans ledit patin pour déboucher dans ladite cuvette en regard d'une (49) des faces du prisme, et d'autre part, d'un second patin (62) fixé au premier et venant positionner ledit prisme (44) contre ladite cuvette (63), des orifices d'alimentation (69) destinés à être raccordés aux moyens de commande (246) étant également prévus dans ce second patin pour déboucher en regard de l'autre face (48) dudit prisme.

9 - Appareil optique, et notamment microscope, comportant le dispositif de mise au point automatique spécifié sous la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second moyen optiquement convergent (10) est constitué par l'objectif dudit appareil optique et en ce que des moyens (82) de couplage optique audit dispositif sont prévus entre l'objectif (10) et l'oculaire (83) dudit appareil.

10 - Appareil optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif de mise au point automatique comporte les particularités spécifiées selon l'une quelconque des revendications 2 à 8.