FR2903785A1 - Procede et dispositif de deflexion d'un faisceau lumineux pour balayer une surface cible - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de déflexion d'un faisceau lumineux (11) perpendiculairement à une surface cible (5), comprenant : un premier miroir concave (4), pour dévier un premier faisceau lumineux (11), un second miroir concave de focalisation (1) pour dévier le premier faisceau lumineux après réflexion sur le premier miroir concave, le second miroir étant disposé de manière à réfléchir le premier faisceau lumineux parallèlement à une direction de réflexion (D1) du second miroir concave, et à le focaliser sur la surface cible (5), et un miroir plan (2, 3) pour dévier le premier faisceau lumineux (11) avant et/ou entre les premier et second miroirs concaves.

Description

1 PROCEDE ET DISPOSITIF DE DEFLEXION D'UN FAISCEAU LUMINEUX POUR BALAYER

UNE SURFACE CIBLE La présente invention concerne les dispositifs de déflexion de faisceaux d'ondes lumineuses, et en particulier de faisceaux laser. La présente invention s'applique notamment, mais non exclusivement à la photolithographie, à la gravure et à l'impression de surfaces, ainsi qu'à l'analyse physique ou photosensible des comportements des volumes et des surfaces soumises à une irradiation laser. Elle s'applique en particulier au contrôle et au test de pistes de circuits électroniques par effet photoélectrique. Dans ces applications, un ou plusieurs faisceaux lumineux doivent pouvoir être déplacés suivant deux directions perpendiculaires, de manière à balayer toute une surface cible plane, tout en conservant un même angle d'incidence par rapport à la surface cible. Il est donc nécessaire d'utiliser un dispositif de déflexion optique télécentrique. Par ailleurs, dans certaines applications comme le contrôle de pistes de circuits électroniques, deux impulsions de faisceaux lasers sont appliquées en deux endroits distincts sur la surface cible analysée. Les deux impulsions doivent atteindre la surface cible à des instants espacés d'un intervalle de temps qui doit pouvoir être ajusté avec précision. L'intervalle de temps entre les instants d'impacts des deux impulsions de faisceaux laser sur la surface cible doit donc être sensiblement identique à l'intervalle de temps entre les instants d'émission des deux faisceaux laser, et ne doit pas dépendre des localisations respectives de chaque impact de faisceau laser sur la surface cible. Il en 2903785 2 résulte que le chemin optique de chaque faisceau laser de la source jusqu'à la cible doit avoir la même longueur quel que soit le point visé de la surface cible lorsque celle-ci est perpendiculaire aux faisceaux laser 5 incidents. La présente invention a donc pour objet un dispositif de déflexion optique qui soit télécentrique et dans lequel la longueur du chemin optique du faisceau lumineux est constante quelle que soit la déflexion 10 appliquée au faisceau lumineux. Le dispositif de déflexion doit également pouvoir fonctionner dans une large plage de longueurs d'onde, de l'ultraviolet (210 nm) à l'infrarouge (1000 nm). Ainsi, le dispositif de déflexion ne doit pas introduire de 15 variation de déflexion en fonction de la longueur d'onde du faisceau lumineux. Le dispositif de déflexion doit donc être achromatique. Cette propriété est importante notamment lorsqu'on souhaite visualiser la position du point d'impact du faisceau laser sur la surface cible 20 insérée dans le chemin optique du faisceau laser au moyen d'un miroir semi-réfléchissant. En effet, si le dispositif de déflexion n'est pas achromatique, le point d'impact du faisceau laser risque de se trouver en dehors du champ de la caméra.

25 Le brevet US6 653 851 décrit un dispositif de déflexion à base de lentille comportant des moyens de correction par compensation des aberrations chromatiques. Or, la réalisation d'un dispositif de déflexion dans le domaine des ultraviolets, basé sur la réfraction 30 de la lumière, c'est-à-dire l'usage de lentilles, s'avère problématique. En effet, la réalisation de lentilles homogènes et transparentes aux longueurs d'ondes ultraviolettes nécessite l'emploi de matériaux spéciaux tels que des silices synthétiques ou des fluorines, qui sont coûteux.

2903785 3 Par ailleurs, l'usage de lentilles introduit des effets de chromatisme liés à la dispersion de la lumière dans les matériaux constituant les lentilles. La suppression ou l'atténuation des effets de chromatisme 5 nécessite de combiner plusieurs éléments d'indices et de dispersions différents, qui introduisent des coûts supplémentaires importants. L'usage de lentilles s'avère donc inapproprié. L'emploi exclusif de miroirs permet de s'affranchir 10 totalement des effets de chromatisme. Par ailleurs, les traitements réfléchissants (aluminures protégées) utilisés pour la fabrication des miroirs couvrent généralement un spectre très large allant des ultraviolets à l'infrarouge et au delà.

15 Toutefois, la conception d'un dispositif de déflexion optique télécentrique, comportant exclusivement des miroirs s'avère extrêmement complexe. Généralement, la réalisation d'un tel dispositif fait intervenir des miroirs asphériques qui sont très coûteux.

20 Un autre objectif de la présente invention est de déplacer un faisceau lumineux perpendiculairement à une surface cible, sans faire intervenir ni lentilles, ni miroirs asphériques. Ces objectifs sont atteints par la prévision d'un 25 procédé de déflexion d'un faisceau lumineux sensiblement perpendiculairement à une surface cible. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend des étapes consistant à : ù émettre un premier faisceau lumineux pour qu'il soit 30 dévié par un premier miroir concave, ù dévier le premier faisceau lumineux après réflexion sur le premier miroir concave, au moyen d'un second miroir concave de focalisation disposé de manière à réfléchir le premier faisceau lumineux parallèlement à une 2903785 4 direction de réflexion du second miroir concave, et à le focaliser sur la surface cible, et dévier le premier faisceau lumineux avant et/ou entre les premier et second miroirs concaves au moyen d'un 5 miroir plan. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape de déplacement de la surface cible dans son plan pour ajuster le point d'impact du premier faisceau lumineux sur la surface cible.

10 Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend des étapes consistant à : dévier le premier faisceau lumineux avant réflexion sur le premier miroir concave au moyen d'un premier miroir plan, 15 dévier le premier faisceau lumineux après réflexion sur le premier miroir concave, au moyen d'un second miroir plan, le premier miroir concave étant disposé par rapport aux premier et second miroirs plans de manière à conjuguer les centres des premier et second miroirs 20 plans. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape de déviation du premier faisceau lumineux avant qu'il arrive sur le second miroir concave, au moyen d'un troisième miroir concave qui 25 réfléchit le premier faisceau lumineux vers un miroir convexe de correction, le centre du second miroir plan étant disposé au voisinage du centre de courbure du troisième miroir concave, le miroir convexe réfléchissant le faisceau lumineux vers le second miroir concave, le 30 centre du miroir convexe étant disposé au voisinage d'un foyer du second miroir concave, et étant le conjugué du centre du second miroir plan par le troisième miroir concave, le miroir convexe étant décentré de manière à corriger les aberrations optiques d'astigmatisme et de 35 courbure de champ.

2903785 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, le troisième miroir concave et le miroir convexe sont sphériques. Selon un mode de réalisation de l'invention, le 5 premier faisceau lumineux après réflexion sur le premier miroir plan est réfléchi vers le premier miroir concave au moyen d'un troisième miroir plan. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend des étapes consistant à ajuster la 10 position angulaire du premier miroir plan autour d'un premier axe, pour ajuster la position du point d'impact dù premier faisceau lumineux sur la surface cible suivant une première direction de déflexion. Selon un mode de réalisation de l'invention, le 15 procédé comprend des étapes consistant à ajuster la position angulaire du second miroir plan autour d'un second axe, pour ajuster la position du point d'impact du premier faisceau lumineux sur la surface cible suivant une seconde direction de déflexion.

20 Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier et/ou le second miroir plan est une face latérale d'un miroir polygonal à plusieurs faces latérales, monté rotatif autour de son axe de symétrie de révolution. Selon un mode de réalisation de l'invention, les 25 premier et second miroirs concaves sont sphériques. Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier faisceau lumineux est un faisceau laser. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend des étapes consistant à : 30 ù dévier un second faisceau lumineux vers le premier miroir concave au moyen d'un quatrième miroir plan, et ù dévier le second faisceau lumineux réfléchi par le premier miroir concave vers le second miroir concave au moyen d'un cinquième miroir plan, de manière à obtenir 35 un second faisceau lumineux focalisé sur la surface 2903785 6 cible parallèlement à la direction de réflexion du second miroir concave. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape de déviation du second 5 faisceau lumineux avant qu'il arrive sur le second miroir concave, au moyen d'un troisième miroir concave qui réfléchit le faisceau lumineux vers un miroir convexe de correction, le centre du cinquième miroir plan étant disposé au voisinage du centre de courbure du troisième 10 miroir concave, le miroir convexe réfléchissant le second faisceau lumineux vers le second miroir concave, le centre du miroir convexe étant disposé au voisinage d'un foyer du second miroir concave, et étant le conjugué du centre du cinquième miroir plan par le troisième miroir 15 concave, le miroir convexe étant décentré de manière à corriger les aberrations optiques d'astigmatisme et de courbure de champ. Selon un mode de réalisation de l'invention, le second faisceau lumineux provenant du quatrième miroir 20 plan est réfléchi vers le premier miroir concave au moyen d'un miroir plan. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend des étapes consistant à ajuster la position angulaire du quatrième miroir plan autour d'un 25 troisième axe, pour ajuster la position du point d'impact du second faisceau lumineux sur la surface cible suivant une première direction de déflexion. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend des étapes consistant à ajuster la 30 position angulaire du cinquième miroir plan autour d'un quatrième axe, pour ajuster la position du point d'impact du second faisceau lumineux sur la surface cible suivant une seconde direction de déflexion. Selon un mode de réalisation de l'invention, le 35 quatrième et/ou le cinquième miroir plan est une face 2903785 7 latérale d'un miroir polygonal à plusieurs faces latérales, monté rotatif autour de son axe de symétrie de révolution. Selon un mode de réalisation de l'invention, le 5 second faisceau lumineux est un faisceau laser. L'invention concerne également un dispositif de déflexion d'un faisceau lumineux sensiblement perpendiculairement à une surface cible. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend : 10 ù un premier miroir concave, pour dévier un premier faisceau lumineux, ù un second miroir concave de focalisation pour dévier le premier faisceau lumineux après réflexion sur le premier miroir concave, le second miroir étant disposé 15 de manière à réfléchir le premier faisceau lumineux parallèlement à une direction de réflexion du second miroir concave, et à le focaliser sur la surface cible, et ù un miroir plan pour dévier le premier faisceau lumineux 20 avant et/ou entre les premier et second miroirs concaves. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens pour déplacer la surface cible dans son plan pour ajuster le point d'impact du 25 premier faisceau lumineux sur la surface cible. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend : ù un premier miroir plan pour dévier le premier faisceau lumineux avant réflexion sur le premier miroir concave, 30 ù un second miroir plan pour dévier le premier faisceau lumineux après réflexion sur le premier miroir concave, le premier miroir concave étant disposé par rapport aux premier et second miroirs plans de manière à conjuguer les centres des premier et second miroirs plans.

2903785 8 Selon un mode .de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens de correction comprenant un troisième miroir concave pour réfléchir le premier faisceau lumineux avant qu'il arrive sur le second miroir 5 concave, vers un miroir convexe de correction, le centre du second miroir plan étant disposé au voisinage du centre de courbure du troisième miroir concave, le miroir convexe réfléchissant le faisceau lumineux vers le second miroir concave, le centre du miroir convexe étant disposé 10 au voisinage d'un foyer du second miroir concave, et étant le conjugué du centre du second miroir plan par le troisième miroir concave, le miroir convexe étant décentré de manière à corriger les aberrations optiques d'astigmatisme et de courbure de champ.

15 Selon un mode de réalisation de l'invention, le troisième miroir concave et le miroir convexe sont sphériques. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un troisième miroir plan pour dévier 20 le premier faisceau lumineux réfléchi par le premier miroir plan vers le premier miroir concave. Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier miroir plan est mobile en rotation autour d'un premier axe, la position angulaire du premier miroir 25 autour du premier axe étant ajustée à l'aide d'un signal de commande, pour ajuster la position du point d'impact du premier faisceau lumineux sur la surface cible suivant une première direction de déflexion. Selon un mode de réalisation de l'invention, le 30 second miroir plan est mobile en rotation autour d'un second axe ayant une direction, la position angulaire du troisième miroir autour du second axe étant ajustée à l'aide d'un signal de commande, pour ajuster la position du point d'impact du premier faisceau lumineux sur la 35 surface cible suivant une seconde direction de déflexion.

2903785 9 Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier et/ou le second miroir plan est une face latérale d'un miroir polygonal à plusieurs faces latérales, monté rotatif autour de son axe de symétrie de révolution.

5 Selon un mode de réalisation de l'invention, les premier et second miroirs concaves sont sphériques. Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier faisceau lumineux est un faisceau laser. Selon un mode de réalisation de l'invention, le 10 dispositif comprend : ù un quatrième miroir plan pour dévier un second faisceau lumineux vers le premier miroir concave, ù un cinquième miroir plan pour dévier le second faisceau lumineux réfléchi par le premier miroir concave, vers 15 le second miroir concave, de manière à ce que le second faisceau lumineux soit focalisé sur la surface cible parallèlement à la direction de réflexion du second miroir concave. Selon un mode de réalisation de l'invention, le 20 dispositif comprend des moyens de correction comprenant un troisième miroir concave pour réfléchir le second faisceau lumineux avant qu'il arrive sur le second miroir concave, vers un miroir convexe de correction, le centre du cinquième miroir plan étant disposé au voisinage du 25 centre de courbure du troisième miroir concave, le miroir convexe réfléchissant le faisceau lumineux vers le second miroir concave, le centre du miroir convexe étant disposé au voisinage d'un foyer du second miroir concave, et étant le conjugué du centre du cinquième miroir plan par 30 le troisième miroir concave, le miroir convexe étant décentré de manière à corriger les aberrations optiques d'astigmatisme et de courbure de champ. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un miroir plan pour dévier le second 2903785 10 faisceau lumineux réfléchi par le quatrième miroir plan vers le premier miroir concave. Selon un mode de réalisation de l'invention, le quatrième miroir plan est mobile en rotation autour d'un 5 troisième axe, la position angulaire du huitième miroir autour du troisième axe étant ajustée à l'aide d'un signal de commande, pour ajuster la position du point d'impact du second faisceau lumineux sur la surface cible suivant une première direction de déflexion.

10 Selon un mode de réalisation de l'invention, le cinquième miroir plan est mobile en rotation autour d'un quatrième axe, la position angulaire du neuvième miroir autour du quatrième axe étant ajustée à l'aide d'un signal de commande, pour ajuster la position du point 15 d'impact du second faisceau lumineux sur la surface cible suivant une seconde direction de déflexion. Selon un mode de réalisation de l'invention, le quatrième et/ou le cinquième miroir plan est une face latérale d'un miroir polygonal à plusieurs faces 20 latérales, monté rotatif autour de son axe de symétrie de révolution. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en 25 détail dans la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : - la figure 1 représente en perspective un premier mode de réalisation d'un dispositif de déflexion selon 30 l'invention, recevant en entrée un unique faisceau laser, - la figure 1A représente en perspective un détail de la figure 1, - la figure 2 représente en perspective un second mode de réalisation d'un dispositif de déflexion selon 35 l'invention, recevant en entrée deux faisceaux laser, 2903785 11 - la figure 2A représente en perspective un détail de la figure 2, - les figures 3A et 3B représentent en perspective et en vue de profil un troisième mode de réalisation d'un 5 dispositif de déflexion selon l'invention, recevant en entrée un faisceau laser, - la figure 3C représente en perspective un détail des figures 3A et 3B, - la figure 4 représente en perspective un quatrième mode 10 de réalisation d'un dispositif de déflexion selon l'invention, recevant en entrée deux faisceaux laser, - la figure 4A représente en perspective un détail de la figure 4, La figure 5 représente un miroir polygonal.

15 La figure 1 représente un dispositif de déflexion selon l'invention. Sur la figure 1, le dispositif de déflexion DFL1 comprend : - une source 10 émettant un faisceau laser 11, - un premier galvanomètre G2 à miroir plan, 20 - un second galvanomètre G3 à miroir plan, - un premier miroir sphérique concave 4, et - un second miroir sphérique concave de focalisation 1. Le terme "galvanomètre" désigne dans la présente description un moteur tournant dont la position angulaire 25 est ajustable par un signal de commande appliqué au moteur. Les galvanomètres G2, G3 comprennent chacun un miroir 2, 3 représenté en détail sur la figure 1A. Chaque miroir 2, 3 est mobile en rotation autour d'un axe A2, A3. La position angulaire de chacun des miroirs 2, 3 est 30 ajustée par le galvanomètre G2, G3. Le miroir 2 est placé sur le trajet du faisceau laser 11 dans l'axe de la sortie de la source 10. Le faisceau laser 11 est réfléchi par le miroir 2 en direction du miroir 4. L'axe de rotation A2 du miroir 2 est perpendiculaire à un plan de 2903785 12 symétrie du miroir sphérique 4 contenant le centre de courbure du miroir 4. Le miroir 4 réfléchit le faisceau laser 11 provenant du miroir 2 en direction du miroir 3. L'axe de 5 rotation A3 du miroir 3 est perpendiculaire à l'axe de rotation A2 du miroir 2. Les miroirs 2 et 3 sont disposés par rapport au miroir 4 de manière à ce que les centres des miroirs 2 et 3 soient conjugués par le miroir 4 (le centre du miroir 2 est réfléchi par le miroir 4 au centre 10 du miroir 3). Le miroir 3 réfléchit le faisceau laser 11 provenant du miroir 4 en direction du miroir 1. Le miroir 1 focalise le faisceau laser 11 réfléchi par le miroir 3 sur une surface cible 5 disposée perpendiculairement au 15 faisceau laser dans une direction de réflexion Dl. L'entraînement en rotation des miroirs 2, 3 permet de déplacer la tâche lumineuse produite par le faisceau laser 11 sur la surface cible, dans deux directions de déflexion x, y perpendiculaires à la direction de 20 réflexion D1. Le dispositif de déflexion DFL1 constitue un objectif de déflexion télécentrique. Autrement dit, quelle que soit la position angulaire des miroirs tournants 2, 3, c'est-à-dire quelle que soit la position 25 du point d'impact du faisceau laser 11 sur la surface cible 5, l'angle d'incidence du faisceau laser sur la surface cible est constant. Si la surface cible est disposée perpendiculairement au faisceau laser dans une certaine position angulaire des miroirs 2, 3, le faisceau 30 laser reste perpendiculaire à la surface cible quelle que soit la déflexion appliquée par le dispositif. Exclusivement réalisé à l'aide de miroirs (sans éléments dioptriques tels que des lentilles), le dispositif de déflexion DFL1 applique au faisceau laser 35 une déflexion indépendante de la longueur d'onde du 2903785 13 faisceau laser. La capacité du dispositif à traiter des longueurs d'ondes différentes n'est liée qu'à la nature du traitement réfléchissant utilisé pour réaliser les miroirs. Les traitements réfléchissants standards 5 (aluminures protégés) couvrent un spectre de longueur d'onde très large (de 210 nm à 1000nm). Exclusivement réalisé à l'aide de miroirs plans ou sphériques (sans miroir asphérique), le dispositif de déflexion DFL1 est relativement peu coûteux. Cette 10 caractéristique rend le dispositif déflexion facilement adaptable aux dimensions de la surface cible à balayer. En effet, si l'on souhaite augmenter la surface cible balayée, seules les dimensions du miroir de focalisation 1 doivent être augmentées en conséquence. Les autres 15 miroirs sphériques doivent simplement être simplement adaptés en rayon de courbure et en position par rapport au miroir 1. Les positions des miroirs plans doivent également être ajustées. Le dispositif selon l'invention peut ainsi être dimensionné pour balayer une surface qui 20 peut être supérieure à 1 m2. Cette possibilité n'est envisageable avec un dispositif à lentilles qu'à un coût bien supérieur. La figure 2 représente un autre mode de réalisation du dispositif de déflexion selon l'invention. Le 25 dispositif de déflexion DFL2 représenté sur la figure 2 permet d'appliquer deux faisceaux 11, 11' sur la surface cible 5. Sur les figures 1 et 2, les éléments du dispositif DFL2 qui sont identiques aux éléments du dispositif DFL1 portent les mêmes références.

30 Par rapport au dispositif de déflexion DFL1, le dispositif de déflexion DFL2 comprend deux galvanomètres à miroirs G2', G3' supplémentaires. Les galvanomètres G2', G3' comprennent chacun un miroir 2', 3' représenté en détail sur la figure 2A. Chaque miroir 2', 3' est 35 mobile en rotation autour d'un axe A2', A3'. Les axes A2 2903785 14 et A2' sont parallèles. Il en est de même des axes A3 et A3'. Dans l'exemple de la figure 2A, les axes A3 et A3' sont confondus. La position angulaire de chacun des miroirs 2', 3' autour de l'axe A2', A3' est ajustée par 5 le galvanomètre G2', G3'. Le miroir 2' est placé sur le trajet du faisceau laser 11'. Le faisceau laser 11' est réfléchi par le miroir 2' en direction du miroir 4. L'axe de rotation A2' du miroir 2' est perpendiculaire à un plan de symétrie du miroir 4 contenant le centre de 10 courbure du miroir 4. Le miroir 4 réfléchit le faisceau laser 11' provenant du miroir 2' en direction du miroir 3'. L'axe de rotation A3' du miroir 3' est perpendiculaire à l'axe de rotation A2' du miroir 2'. Les miroirs 2' et 3' sont 15 disposés par rapport au miroir 4 de manière à ce que les centres des miroirs 2' et 3' soient conjugués par le miroir 4 (le centre du miroir 2' est réfléchi par le miroir 4 au centre du miroir 3'). Le miroir 3' réfléchit le faisceau laser 11' 20 provenant du miroir 4 en direction du miroir 1. Le miroir 1 focalise le faisceau laser 11' réfléchi par le miroir 3' sur la surface cible 5. A l'instar des miroirs 2, 3, les miroirs 2', 3' permettent de déplacer la tâche lumineuse produite par le faisceau laser 11' sur la 25 surface cible 5, dans les deux directions de déflexion x, y• Les figures 3A et 3B représentent un autre mode de réalisation du dispositif de déflexion selon l'invention. Le dispositif de déflexion DFL3 représenté sur les 30 figures 3A, 3B applique un unique faisceau laser sur la surface cible 5. Sur les figures 3A, 3B, le dispositif de déflexion DFL3 comprend tous les éléments du dispositif DFL1, ces éléments portant les mêmes références que sur la figure 1. Le dispositif DFL3 comprend des moyens de 35 correction pour corriger des aberrations optiques 2903785 15 d'astigmatisme et de courbure de champ. Les moyens de correction comprennent un troisième miroir sphérique concave de conjugaison 6 et un quatrième miroir sphérique convexe de correction 7, les deux miroirs 6, 7 étant 5 interposés sur le chemin du faisceau laser 11 entre le miroir 3 et le miroir 1. Le miroir 6 est disposé de manière à ce que son centre de courbure soit situé à proximité du centre du miroir 3 et du centre du miroir 7. Le miroir 6 reçoit le 10 faisceau laser 11 après être réfléchi sur le miroir 3, et renvoie le faisceau laser vers le miroir 7. Autrement dit, le miroir 6 conjugue le centre du miroir 3 avec le centre du miroir 7. Le centre du miroir 7 est disposé au voisinage du foyer du miroir 1 et est sensiblement le 15 conjugué du centre du miroir 3 par le miroir 6. Le miroir 7 est par ailleurs légèrement décentré pour corriger les aberrations optiques d'astigmatisme et de courbure de champ. Tel que représenté en détail sur la figure 3C, le 20 miroir 7 est disposé parallèlement à l'axe A3 de rotation du miroir 3, et est utilisé en incidence rasante. Le miroir 7 réfléchit le faisceau laser vers le miroir 1. Le miroir 7 applique au faisceau laser une aberration inverse à celle introduite par le dispositif sans 25 correction (représenté sur la figure 1). Lorsque l'on actionne les miroirs 2, 3, le faisceau laser sur la surface cible 5 est déplacé dans les deux directions de déflexion perpendiculaires x, y, de manière à balayer une zone 5a de la surface cible. En 30 particulier, un actionnement du miroir 2 entraîne un déplacement du point d'impact du faisceau laser suivant la direction x. Un actionnement du miroir 3 entraîne un déplacement du point d'impact du faisceau laser suivant la direction y.

2903785 16 Tel que représenté en particulier sur la figure 1A, les miroirs 2 et 3 sont très proches l'un de l'autre. Le dispositif de déflexion DFL3 représenté sur les figures 3A, 3B, comprend avantageusement un miroir plan 5 supplémentaire 8 permettant d'espacer les miroirs tournants 2, 3. Le miroir 8 est disposé sur le trajet du faisceau laser 11 entre les miroirs 2 et 4. La figure 4 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif de déflexion selon l'invention. Le 10 dispositif de déflexion DFL4 représenté sur la figure 4 comprend tous les éléments du dispositif DFL3 représenté sur les figures 3A, 3B, ces éléments portant les mêmes numéros de référence que sur les figures 3A, 3B. Le dispositif de déflexion DFL4 est adapté pour appliquer 15 deux faisceaux laser sur la surface cible 5. A cet effet, et de la manière illustrée sur la figure 2, le dispositif de déflexion représenté sur la figure 5 comprend un autre miroir tournant 2' recevant un faisceau laser 11' provenant directement d'une seconde source laser 10', et 20 un autre miroir tournant 3' recevant le faisceau laser 11' réfléchi par le miroir 4. Comme sur la figure 2, le miroir 4 conjugue les centres des miroirs 2' et 3' (par l'intermédiaire du miroir 8). Les axes de rotation des miroirs 2, 2' sont parallèles et perpendiculaires aux 25 axes de rotation des miroirs 3, 3'. Tel que représenté en détail sur la figure 4A, les axes A3, A3' des miroirs 3, 3' sont de préférence confondus. En agissant sur la position angulaire des miroirs 2', 3', la tâche lumineuse produite par le faisceau laser 11' est déplacée sur la 30 surface cible 5,dans les deux directions de déflexion x, Y• La correction appliquée aux faisceaux 11, 11' par les miroirs 6 et 7 permet de conserver un décalage temporel sensiblement constant entre les instants 35 d'émission des deux faisceaux laser et les instants 2903785 17 d'impact de ces faisceaux laser sur la surface cible 5, et ce quelle que soit la déflexion appliquée aux faisceaux laser par les miroirs 2, 2' et 3, 3'. Cette propriété résulte du fait que les centres des miroirs 2, 5 2' sont conjugués respectivement avec les centres des miroirs 3, 3'. Par conséquent les chemins optiques des faisceaux laser 11, 11' dans le dispositif de déflexion DFL4 sont sensiblement constants et indépendants des positions angulaires respectives des miroirs 2, 3, 2', 10 3'. Le dispositif de déflexion DFL4 représenté sur la figure 4 permet d'appliquer deux impulsions de faisceaux laser 11, 11' sur la surface cible 5 en des points ajustés avec précision et avec un décalage temporel qui 15 est sensiblement identique au décalage temporel entre les instants d'émission des deux faisceaux laser. Cela suppose bien entendu que les chemins optiques des deux faisceaux laser sont sensiblement de même longueur et donc que la surface cible est disposée sensiblement 20 perpendiculairement à la direction des faisceaux incidents. Dans un exemple de réalisation du dispositif DFL4 représenté sur la figure 4, tous les miroirs sont de forme rectangulaire. Le tableau 1 ci-après résume les 25 caractéristiques (rayon de courbure R, longueur L, largeur 1) et les coordonnées respectives (xo, yo, zo) des centres et (xc, yc, zc) des centres de courbure des miroirs de cet exemple de réalisation. Les coordonnées des centres et des centres de courbure sont exprimées 30 dans un repère centré sur un point central 0 de la surface cible, l'axe Oz étant inverse à la direction des faisceaux arrivant sur la surface cible, les axes Ox et Oy étant situés dans le plan de la surface cible.

35 2903785 18 TABLEAU 1 Ref. 1 2/ 2' 3/ 3' 4 6 7 8 miroir R 400 / / 400 400 400 / L 130 10.2 10.2 250 260 30 144 1 140 8.6 8.6 10 230 20 12 Xo 0 +/-4.5 -/+4.5 0 0 0 0 Yo 32.1 -493.8 -56.3 -457.8 -227.9 -70.1 -276.0 zo 403 251.4 225.8 243.2 579.7 218.8 250.7 xc 0 / / 0 0 0 / yc -80.3 / / -57.8 -60.3 -87 / zc 0 / / 0 0 0 / Il est à noter dans cet exemple que tous les miroirs sphériques ont leur centre de courbure situé sur l'axe Oy, et que le plan Oyz constitue un plan de 5 symétrie de l'ensemble des miroirs. Dans les modes de réalisation précédemment décrits, les miroirs galavanométriques 2, 2' 3, 3' peuvent être remplacés partiellement ou totalement par des miroirs de type polygonal permettant d'effectuer un balayage de type 10 "raster" suivant un axe, tandis qu'un déplacement pas à pas est effectué suivant l'autre axe soit par un déplacement motorisé de la surface de travail, soit par rotation de l'autre miroir. Chaque miroir polygonal peut également être actionné en rotation par un galvanomètre.

15 Un exemple de miroir polygonal est représenté sur la figure 5. Sur la figure 5, le miroir polygonal 20 présente une forme cylindrique à section droite octogonale comportant huit faces latérales planes réfléchissantes 21. Le miroir 20 est monté mobile en 20 rotation autour de son axe de symétrie de révolution 22. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présente invention est susceptible de diverses variantes de réalisation et applications. Notamment, dans certaines applications, un simple faisceau lumineux appliqué en 2903785 19 entrée du dispositif de déflexion selon l'invention peut être suffisant. Dans certaines applications, les miroirs de correction peuvent s'avérer superflus. C'est le cas 5 notamment lorsqu'il n'est pas nécessaire que la forme du point d'impact sur la surface cible soit parfaitement circulaire, ou lorsque de faibles amplitudes de déflexion sont suffisantes. Il n'est pas non plus indispensable que les miroirs 10 2, 3, 2' soient tournants et actionnés par un galvanomètre. Suivant l'application envisagée seuls un ou plusieurs de ces miroirs peuvent être tournants. On peut en effet envisager qu'un faisceau laser soit fixe par rapport à la surface cible et que l'autre soit déplaçable 15 sur la surface cible suivant une seule ou deux directions. On peut également envisager que la position de la surface de cible dans son plan puisse être ajustée par une motorisation. L'un des faisceaux laser peut donc être fixe, tandis que l'autre est déplaçable sur la 20 surface au moyen d'un ou deux miroirs tournants. Un déplacement motorisé de la surface de travail dans son plan est également envisageable dans une ou deux directions, tandis que l'un des faisceaux laser est fixe. Les miroirs galvanométriques sont prévus uniquement 25 pour déplacer les faisceaux laser sur la surface cible. Par conséquent, si la surface de travail est mobile dans son plan, l'un ou l'autre des miroirs 2 (2'), 3 (3') peut être supprimé. Si le miroir 2 ou 2' est supprimé, le faisceau laser est émis directement en direction du 30 miroir 4 ou 8. Si le miroir 3 ou 3' est supprimé, le faisceau laser est directement réfléchi par le miroir 4 vers le miroir 1 ou 7 (dispositif avec correction). Il n'est pas non plus nécessaire que les deux directions de déflexion x, y soient perpendiculaires. Il 2903785 20 en résulte que les axes A2 et A3 (ou A2' et A3') ne sont pas nécessairement perpendiculaires. Par ailleurs, le miroir plan 8 peut être prévu dans les dispositifs de déflexion illustrés sur les figures 1 5 et 2, afin de permettre un positionnement des galvanomètres 2 et 3, ou 2, 2', d'une part et d'autre part, 3, 3', de part et d'autre du miroir 8, comme illustré par les figures 3A, 3B et 4. Il est à noter que le dispositif de déflexion selon 10 l'invention peut également être utilisé avec de simples faisceaux lumineux. Il n'est donc pas nécessaire que ces faisceaux soient émis par une ou plusieurs sources laser. La surface cible n'est pas nécessairement disposée perpendiculairement aux faisceaux incidents. En effet, on 15 peut prévoir d'orienter la surface cible de manière à ce que les faisceaux laser incidents forment un angle de l'ordre de 5 à 8 avec la perpendiculaire à la surface cible. Cette disposition permet notamment d'éviter que le faisceau ne soit réfléchi suivant le chemin optique 20 inverse. En particulier, si l'on utilise une caméra pour visualiser la position du point d'impact du faisceau laser sur la surface cible, la caméra utilisant à cet effet une partie du chemin optique du faisceau laser, on évite ainsi que le faisceau laser soit renvoyé vers la 25 caméra.

Claims (36)

REVENDICATIONS

1. Procédé de déflexion d'un faisceau lumineux (11) sensiblement perpendiculairement à une surface cible (5), caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant à : ù émettre un premier faisceau lumineux pour qu'il soit dévié par un premier miroir concave (4), ù dévier le premier faisceau lumineux après réflexion sur le premier miroir concave, au moyen d'un second miroir concave de focalisation (1) disposé de manière à réfléchir le premier faisceau lumineux parallèlement à une direction de réflexion (Dl) du second miroir concave, et à le focaliser sur la surface cible (5), et ù dévier le premier faisceau lumineux (11) avant et/ou entre les premier et second miroirs concaves au moyen d'un miroir plan (2, 3).

2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape de déplacement de la surface cible (5) dans son plan pour ajuster le point d'impact du premier faisceau 20 lumineux (11) sur la surface cible.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant des étapes consistant à : ù dévier le premier faisceau lumineux (11) avant 25 réflexion sur le premier miroir concave (4) au moyen d'un premier miroir plan (2), ù dévier le premier faisceau lumineux après réflexion sur le premier miroir concave, au moyen d'un second miroir plan (3), le premier miroir concave étant disposé par 30 rapport aux premier et second miroirs plans de manière à conjuguer les centres des premier et second miroirs plans. 21 2903785 22

4. Procédé selon la revendication 3, comprenant une étape de déviation du premier faisceau lumineux (11) avant qu'il arrive sur le second miroir concave (1), au moyen d'un troisième miroir concave (6) qui réfléchit le 5 premier faisceau lumineux vers un miroir convexe de correction (7), le centre du second miroir plan (3) étant disposé au voisinage du centre de courbure du troisième miroir concave, le miroir convexe réfléchissant le faisceau lumineux vers le second miroir concave, le 10 centre du miroir convexe étant disposé au voisinage d'un foyer du second miroir concave, et étant le conjugué du centre du second miroir plan par le troisième miroir concave, le miroir convexe étant décentré de manière à corriger les aberrations optiques d'astigmatisme et de 15 courbure de champ.

5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le troisième miroir concave (6) et le miroir convexe (7) sont sphériques.

6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le premier faisceau lumineux (11) après réflexion sur le premier miroir plan (2) est réfléchi vers le premier miroir concave (4) au moyen d'un troisième miroir plan (8).

7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, comprenant des étapes consistant à ajuster la position angulaire du premier miroir plan (2) autour d'un premier axe (A2), pour ajuster la position du point d'impact du premier faisceau lumineux (11) sur la surface cible (5) suivant une première direction de déflexion (x).

8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, 35 comprenant des étapes consistant à ajuster la position 15 2903785 23 angulaire du second miroir plan (3) autour d'un second axe (A3), pour ajuster la position du point d'impact du premier faisceau lumineux {11) sur la surface cible (5) suivant une seconde direction de déflexion (y). 5

9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 8, dans lequel le premier et/ou le second miroir plan (2, 3) est une face latérale (21) d'un miroir polygonal (20) à plusieurs faces latérales, monté rotatif autour de son 10 axe de symétrie de révolution.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel les premier et second miroirs concaves (4, 1) sont sphériques.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le premier faisceau lumineux (11) est un faisceau laser. 20

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, comprenant des étapes consistant à : dévier un second faisceau lumineux (11') vers le premier miroir concave (4) au moyen d'un quatrième miroir plan (2'), et 25 dévier le second faisceau lumineux réfléchi par le premier miroir concave vers le second miroir concave (1) au moyen d'un cinquième miroir plan (3'), de manière à obtenir un second faisceau lumineux focalisé sur la surface cible (5) parallèlement à la direction 30 de réflexion (Dl) du second miroir concave.

13. Procédé selon la revendication 12, comprenant une étape de déviation du second faisceau lumineux (11') avant qu'il arrive sur le second miroir concave (1), au moyen d'un troisième miroir concave (6) qui réfléchit le 2903785 24 faisceau lumineux vers un miroir convexe de correction (7), le centre du cinquième miroir plan (3') étant disposé au voisinage du centre de courbure du troisième miroir concave, le miroir convexe réfléchissant le second 5 faisceau lumineux vers le second miroir concave, le centre du miroir convexe étant disposé au voisinage d'un foyer du second miroir concave, et étant le conjugué du centre du cinquième miroir plan par le troisième miroir concave, le miroir convexe étant décentré de manière à 10 corriger les aberrations optiques d'astigmatisme et de courbure de champ.

14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le second faisceau lumineux (11') provenant du 15 quatrième miroir plan (2') est réfléchi vers le premier miroir concave (4) au moyen d'un miroir plan (8).

15. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, comprenant des étapes consistant à ajuster la position 20 angulaire du quatrième miroir plan (2') autour d'un troisième axe (A2'), pour ajuster la position du point d'impact du second faisceau lumineux (11') sur la surface cible (5) suivant une première direction de déflexion (x). 25

16. Procédé selon l'une des revendications 12 à 15, comprenant des étapes consistant à ajuster la position angulaire du cinquième miroir plan (3') autour d'un quatrième axe (A3'), pour ajuster la position du point 30 d'impact du second faisceau lumineux (11') sur la surface cible (5) suivant une seconde direction de déflexion (y).

17. Procédé selon l'une des revendications 12 à 16, dans lequel le quatrième et/ou le cinquième miroir plan 35 (2', 3') est une face latérale (21) d'un miroir polygonal 2903785 25 (20) à plusieurs faces latérales, monté rotatif autour de son axe de symétrie de révolution.

18. Procédé selon l'une des revendications 12 à 17, 5 dans lequel le second faisceau lumineux (11') est un faisceau laser.

19. Dispositif de déflexion (DFL1) d'un faisceau lumineux (11) sensiblement perpendiculairement à une 10 surface cible (5), caractérisé en ce qu'il comprend : ù un premier miroir concave (4), pour dévier un premier faisceau lumineux (11), ù un second miroir concave de focalisation (1) pour 15 dévier le premier faisceau lumineux après réflexion sur le premier miroir concave, le second miroir étant disposé de manière à réfléchir le premier faisceau lumineux parallèlement à une direction de réflexion (D1) du second miroir concave, et à le focaliser sur la 20 surface cible (5), et ù un miroir plan (2, 3) pour dévier le premier faisceau lumineux (11) avant et/ou entre les premier et second miroirs concaves. 25

20. Dispositif (DFL3) selon la revendication 19, comprenant des moyens pour déplacer la surface cible (5) dans son plan pour ajuster le point d'impact du premier faisceau lumineux (11) sur la surface cible. 30

21. Dispositif (DFL3) selon la revendication 19 ou 20, comprenant : ù un premier miroir plan (2) pour dévier le premier faisceau lumineux (11) avant réflexion sur le premier miroir concave (4), 2903785 26 ù un second miroir plan (3) pour dévier le premier faisceau lumineux après réflexion sur le premier miroir concave, le premier miroir concave étant disposé par rapport aux premier et second miroirs plans de manière 5 à conjuguer les centres des premier et second miroirs plans.

22. Dispositif (DFL3) selon la revendication 21, comportant des moyens de correction comprenant un 10 troisième miroir concave (6) pour réfléchir le premier faisceau lumineux avant qu'il arrive sur le second miroir concave (1), vers un miroir convexe de correction (7), le centre du second miroir plan (3) étant disposé au voisinage du centre de courbure du troisième miroir 15 concave, le miroir convexe réfléchissant le faisceau lumineux vers le second miroir concave, le centre du miroir convexe étant disposé au voisinage d'un foyer du second miroir concave, et étant le conjugué du centre du second miroir plan par le troisième miroir concave, le 20 miroir convexe étant décentré de manière à corriger les aberrations optiques d'astigmatisme et de courbure de champ.

23. Dispositif (DFL3) selon la revendication 22, 25 dans lequel le troisième miroir concave (6) et le miroir convexe (7) sont sphériques.

24. Dispositif (DFL3) selon l'une des revendications 21 à 23, comprenant un troisième miroir 30 plan (8) pour dévier le premier faisceau lumineux (11) réfléchi par le premier miroir plan (2) vers le premier miroir concave (4).

25. Dispositif (DFL1) selon l'une des 35 revendications 21 à 24, dans lequel le premier miroir 2903785 27 plan (2) est mobile en rotation autour d'un premier axe (A2), la position angulaire du premier miroir autour du premier axe étant ajustée à l'aide d'un signal de commande, pour ajuster la position du point d'impact du 5 premier faisceau lumineux (11) sur la surface cible (5) suivant une première direction de déflexion (x).

26. Dispositif (DFL1) selon l'une des revendications 21 à 25, dans lequel le second miroir plan 10 (3) est mobile en rotation autour d'un second axe (A3) ayant une direction, la position angulaire du troisième miroir autour du second axe étant ajustée à l'aide d'un signal de commande, pour ajuster la position du point d'impact du premier faisceau lumineux (11) sur la surface 15 cible (5) suivant une seconde direction de déflexion (y).

27. Dispositif selon l'une des revendications 21 à 26, dans lequel le premier et/ou le second miroir plan (2, 3) est une face latérale (21) d'un miroir polygonal 20 (20) à plusieurs faces latérales, monté rotatif autour de son axe de symétrie de révolution.

28. Dispositif (DFL1) selon l'une des revendications 19 à 27, dans lequel les premier et second 25 miroirs concaves (4, 1) sont sphériques.

29. Dispositif (DFL1, DFL3) selon l'une des revendications 19 à 28, dans lequel le premier faisceau lumineux (11) est un faisceau laser. 30

30. Dispositif (DFL2, DFL4) selon l'une des revendications 19 à 29, comprenant : ù un quatrième miroir plan (2') pour dévier un second faisceau lumineux (11') vers le premier miroir concave 35 (4), 2903785 28 un cinquième miroir plan (3') pour dévier le second faisceau lumineux réfléchi par le premier miroir concave, vers le second miroir concave (1), de manière à ce que le second faisceau lumineux soit focalisé sur 5 la surface cible (5) parallèlement à la direction de réflexion (Dl) du second miroir concave.

31. Dispositif (DFL2, DFL4) selon la revendication 30, comportant des moyens de correction comprenant un 10 troisième miroir concave (6) pour réfléchir le second faisceau lumineux (11') avant qu'il arrive sur le second miroir concave (1), vers un miroir convexe de correction (7), le centre du cinquième miroir plan (3') étant disposé au voisinage du centre de courbure du troisième 15 miroir concave, le miroir convexe réfléchissant le faisceau lumineux vers le second miroir concave, le centre du miroir convexe étant disposé au voisinage d'un foyer du second miroir concave, et étant le conjugué du centre du cinquième miroir plan par le troisième miroir 20 concave, le miroir convexe étant décentré de manière à corriger les aberrations optiques d'astigmatisme et de courbure de champ.

32. Dispositif (DFL2) selon la revendication 30 ou 25 31, comprenant un miroir plan (8) pour dévier le second faisceau lumineux (11') réfléchi par le quatrième miroir plan (2') vers le premier miroir concave (4).

33. Dispositif (DFL2) selon l'une des 30 revendications 30 à 32, dans lequel le quatrième miroir plan (2') est mobile en rotation autour d'un troisième axe (A2'), la position angulaire du huitième miroir autour du troisième axe étant ajustée à l'aide d'un signal de commande, pour ajuster la position du point 35 d'impact du second faisceau lumineux (11') sur la surface 2903785 29 cible (5) suivant une première direction de déflexion (x).

34. Dispositif (DFL2) selon l'une des 5 revendications 30 à 33, dans lequel le cinquième miroir plan (3') est mobile en rotation autour d'un quatrième axe (A3'), la position angulaire du neuvième miroir autour du quatrième axe étant ajustée à l'aide d'un signal de commande, pour ajuster la position du point 10 d'impact du second faisceau lumineux (11') sur la surface cible (5) suivant une seconde direction de déflexion (y).

35. Dispositif (DFL2) selon l'une des revendications 30 à 34, dans lequel le quatrième et/ou le 15 cinquième miroir plan (2', 3') est une face latérale (21) d'un miroir polygonal (20) à plusieurs faces latérales, monté rotatif autour de son axe de symétrie de révolution. 20

36. Dispositif selon l'une des revendications 30 à 35, dans lequel le second faisceau lumineux (11') est un faisceau laser.