FR2914992A1 - Interferometre pour la mesure d'un objet. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un interféromètre pour la mesure optique d'un objet, comprenant une source lumineuse (1), au moins un diviseur de faisceau (2) et au moins un détecteur (12a, 12b), le diviseur de faisceau étant disposé dans le chemin optique de la source lumineuse de façon qu'un faisceau lumineux généré par la source lumineuse soit divisé en un faisceau de mesure (3) et un faisceau de référence (4) et l'interféromètre étant réalisé de façon que le faisceau de mesure atteigne l'objet à mesurer (10) et que le faisceau de mesure au moins partiellement réfléchi par l'objet soit superposé au faisceau de référence sur le détecteur (12a, 12b).Il est essentiel que l'interféromètre présente un modulateur spatial de lumière qui comprend une unité de commande d'hologramme (9) et une unité de reconstitution d'hologramme (8) reliée à celle-ci, l'unité de reconstitution d'hologramme étant disposée dans le chemin optique du faisceau de mesure entre le diviseur de faisceau (2) et l'objet (10), et l'unité de commande d'hologramme (9) commande l'unité de reconstitution d'hologramme (8) de façon que l'unité de reconstitution d'hologramme génère un hologramme spécifiable au choix de façon que le faisceau de mesure soit dévié et/ou divisé au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme.
Description
DESCRIPTION
L'invention concerne un interféromètre pour la mesure optique d'un objet comprenant une source lumineuse, au moins un diviseur de faisceau et au moins un détecteur, le diviseur de faisceau étant disposé dans le chemin optique de la source lumineuse de façon qu'un faisceau lumineux généré par la source lumineuse soit divisé en un faisceau de mesure et un faisceau de référence et l'interféromètre étant réalisé de façon que le faisceau de mesure atteigne l'objet à mesurer et que le faisceau de mesure au moins partiellement réfléchi par l'objet soit superposé au faisceau de référence sur le détecteur.
La structure typique d'un interféromètre pour la mesure optique comprend une source lumineuse, un diviseur de faisceau et un détecteur. Le diviseur de faisceau est utilisé pour diviser un faisceau lumineux de la source lumineuse en un faisceau de mesure et un faisceau de référence. Le faisceau de mesure atteint l'objet à mesurer et est réfléchi au moins partiellement par celui-ci. Le faisceau de mesure (partiellement) réfléchi parvient de nouveau dans le chemin optique de l'interféromètre et y est superposé au faisceau de référence sur le détecteur. Le signal de mesure du détecteur est par conséquent un signal d'interférence des faisceaux superposés.
Un déplacement de l'objet par rapport à l'interféromètre influence la fréquence de faisceau de mesure réfléchi, de sorte qu'une évaluation du signal de détecteur permet de tirer des conclusions sur le déplacement de l'objet et, en particulier, de déterminer sa vitesse de déplacement. De tels dispositifs sont aussi appelés vibromètres laser Doppler . Lors de la mesure optique d'un objet, il est souvent nécessaire de mesurer plusieurs points de mesure sur l'objet. Tel est le cas, par exemple, dans la technique automobile pour détecter des vibrations sur un moteur à combustion. Il est ici nécessaire de mesurer la vibration en plusieurs points du carter moteur ou sur la carrosserie du véhicule, par exemple pour déterminer d'éventuelles vibrations transitoires non reproductibles du moteur. Le but de l'invention est donc d'améliorer l'interféromètre connu évoqué ci-dessus en ce qui concerne la mesure de plusieurs points de -2- mesure sur un objet. L'interféromètre selon l'invention doit, en particulier, se distinguer par une structure simple et robuste. Ce but est atteint par l'invention grâce à un interféromètre du type évoqué en introduction, caractérisé en ce que l'interféromètre présente un modulateur spatial de lumière qui comprend une unité de commande d'hologramme et une unité de reconstitution d'hologramme reliée à celle-ci, l'unité de reconstitution d'hologramme étant disposée dans le chemin optique du faisceau de mesure entre le diviseur de faisceau et l'objet et l'unité de commande d'hologramme commande l'unité de reconstitution d'hologramme de façon que l'unité de reconstitution d'hologramme génère un hologramme prédéterminable ou spécifiable au choix de telle manière que le faisceau de mesure soit dévié et/ou divisé au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme. En accord avec des réalisations avantageuses ou des caractéristiques additionnelles de l'invention, il peut être prévu que : - l'unité de commande d'hologramme est réalisée de telle manière qu'elle génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme en fonction d'un angle de déviation spécifiable au choix, de façon que le faisceau de mesure soit dévié de l'angle spécifié au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme ; -l'unité de commande d'hologramme génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme en fonction d'un point de mesure spécifiable au choix, de façon que le faisceau de mesure atteigne le point de mesure spécifié sur l'objet au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme ; - l'unité de reconstitution d'hologramme est réalisée sous forme d'unité optique réfléchissante, en particulier que l'unité de reconstitution d'hologramme est réalisée sous forme de réseau de miroirs ou de modulateur du type cristaux liquides sur silicium ; - l'unité de reconstitution d'hologramme est réalisée sous forme d'unité optique transparente, en particulier que l'unité de reconstitution d'hologramme est réalisée sous forme d'afficheur à cristaux liquides (LCD) transparent ; - l'unité de reconstitution d'hologramme est réalisée de façon qu'elle 35 influence l'intensité et/ou la phase du faisceau de mesure ; - l'interféromètre est réalisé sous forme d'interféromètre hétérodyne, avec une unité de décalage de fréquence qui est disposée dans le chemin optique -3- du faisceau de mesure et/ou du faisceau de référence et est réalisée de façon qu'elle décale la fréquence du faisceau de mesure ou du faisceau de référence ; -l'interféromètre comprend une seconde unité de reconstitution d'hologramme qui est disposée dans le chemin optique de l'interféromètre entre l'objet et le détecteur de façon que le faisceau de mesure au moins partiellement réfléchi par l'objet soit reproduit par la seconde unité de reconstitution d'hologramme sur le détecteur et y soit superposé au faisceau de référence, la seconde unité de reconstitution d'hologramme étant reliée à l'unité de commande d'hologramme et l'unité de commande d'hologramme étant réalisée de façon qu'elle génère dans la seconde unité de reconstitution d'hologramme un hologramme en fonction de l'hologramme généré dans la première unité de reconstitution d'hologramme de façon que des ordres parasites du faisceau de mesure au moins partiellement réfléchi soient occultés au moyen de la seconde unité de reconstitution d'hologramme ; -l'unité de commande d'hologramme est réalisée de façon qu'elle génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme en fonction d'un nombre spécifié de faisceaux partiels de mesure et d'un angle spécifié pour chaque faisceau partiel de mesure, de façon qu'au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme, le faisceau de mesure soit divisé en le nombre spécifié de faisceaux partiels et que chaque faisceau partiel soit dévié de l'angle spécifié respectif ; - l'unité de commande d'hologramme est réalisée de façon qu'elle génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme en fonction de plusieurs points de mesure spécifiés sur l'objet, de façon qu'au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme, le faisceau de mesure soit divisé en un faisceau partiel de mesure par point de mesure et que ces faisceaux partiels soient déviés de façon qu'un faisceau partiel de mesure atteigne chaque point de mesure ; -l'interféromètre comprend une unité d'évaluation, un multiplicateur de faisceau et, pour chaque faisceau partiel de mesure, un détecteur, le multiplicateur de faisceau étant disposé dans le chemin optique du faisceau de référence et réalisé de façon que le faisceau de référence soit divisé en un faisceau partiel de référence par faisceau partiel de mesure, l'interféromètre multifaisceaux étant réalisé de façon que, sur chaque détecteur, un faisceau partiel de référence soit superposé à un -4-faisceau partiel de mesure et l'unité d'évaluation étant reliée aux détecteurs et réalisée de façon qu'elle évalue simultanément les signaux de mesure des détecteurs ; - l'unité d'évaluation est réalisée de façon qu'elle numérise simultanément 5 les signaux de mesure des détecteurs et/ou qu'elle démodule simultanément les signaux de mesure des détecteurs.
Le but précité est également atteint par l'utilisation d'un modulateur spatial de lumière pour dévier et/ou diviser un faisceau de 10 mesure d'un interféromètre, l'interféromètre et le modulateur spatial de lumière étant réalisés en accord avec ce qui précède. Ainsi, l'interféromètre selon l'invention se caractérise par le fait qu'il présente un modulateur spatial de lumière. Celui-ci comprend une unité de commande d'hologramme et une unité de reconstitution 15 d'hologramme reliée à celle-ci. L'unité de reconstitution d'hologramme est disposée dans le chemin optique du faisceau de mesure entre le diviseur de faisceau et l'objet, de sorte que le faisceau de mesure peut être influencé par l'unité de reconstitution d'hologramme avant qu'il n'atteigne l'objet à mesurer. 20 L'unité de commande d'hologramme est reliée à l'unité de reconstitution d'hologramme et la commande de façon qu'un hologramme spécifiable au choix soit généré dans l'unité de reconstitution d'hologramme. L'hologramme est spécifiable de façon que le faisceau de mesure soit dévié et/ou divisé au moyen de l'unité de reconstitution 25 d'hologramme. Il est par conséquent essentiel que le faisceau de mesure soit influencé au moyen d'un hologramme avant qu'il n'atteigne l'objet à mesurer et que l'hologramme soit spécifiable de façon que le faisceau de mesure puisse être dévié et/ou divisé. 30 La manière d'influencer un faisceau lumineux au moyen d'un hologramme et la génération d'un tel hologramme, par exemple au moyen d'un ordinateur, sont déjà connues et décrites par exemple dans : Haist, T., Schônleber, M., Tiziani, H.J., Computer-generated holograms from 3D-objects written on twisted-nematic liquid crystal displays , Optics 35 Communications, 140 (4-6), p. 299- 308 (1997) et -5- Haist, T., Reicherter, M., Min Wu, Seifert L., Using Graphics Boards to compute holograms , Computing in Science & Engineering û January 2006, p. 8-14. La déviation et/ou la division d'un faisceau lumineux au moyen 5 d'un hologramme sont aussi connues dans les pincettes optiques et décrites par exemple dans : M. Reicherter, T. Haist, E.U. Wagemann, H.J. Tiziani, Optical particle trapping with computer-generated holograms written on a liquid crystal display , Optics Letters, 24 (1999), p. 608-610. 10 L'utilisation d'un hologramme pour influencer le faisceau de mesure apporte une série d'avantages. Il est possible d'influencer le faisceau de mesure au moyen de l'hologramme sans que des pièces mobiles, comme par exemple des miroirs à déplacement mécanique ou des éléments piézoélectriques, soient 15 nécessaires. Cela entraîne une plus grande robustesse de l'interféromètre et un moindre coût de maintenance. En outre, on peut réaliser avec le modulateur spatial de lumière, au moyen de l'hologramme, une déviation ou une division du faisceau lumineux ou à la fois une déviation et une division du faisceau lumineux. Il en résulte une souplesse élevée qui peut 20 être obtenue par une commande différente de l'unité de reconstitution d'hologramme par l'unité de commande d'hologramme. La souplesse est ainsi garantie sans qu'il soit nécessaire de procéder à des modifications d'appareillage, mais simplement en prévoyant dans l'unité de commande d'hologramme des séquences correspondantes pour commander l'unité de 25 reconstitution d'hologramme. De même, une modification de l'hologramme généré dans l'unité de reconstitution d'hologramme est possible en très peu de temps, ce qui permet d'influencer le faisceau lumineux de manière différente en succession rapide dans le temps sans qu'il soit nécessaire de tenir compte ici de limites dues, par exemple, à la masse inerte d'un miroir 30 en mouvement. Dans une forme de réalisation préférée, l'interféromètre selon l'invention est réalisé de façon que l'unité de commande d'hologramme génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme en fonction d'un angle de déviation spécifiable au choix, de sorte que le 35 faisceau de mesure est influencé par l'hologramme de façon à être dévié de l'angle spécifié. -6- Par angle de déviation spécifiable, il faut entendre ici toute spécification qui spécifie une déviation univoque du faisceau de mesure dans l'espace tridimensionnel par rapport au faisceau de mesure non dévié. Ainsi, par exemple, il est possible de choisir un système de coordonnées cartésiennes de façon que le faisceau de mesure non dévié s'étende le long de l'axe X. L'angle de déviation spécifiable peut dans ce cas, par exemple, consister en une prescription d'un angle de déviation dans le plan XZ et d'un angle de déviation dans le plan XY qui y est perpendiculaire, ce qui signifie que l'angle de déviation spécifiable consisterait dans ce cas en une paire de valeurs d'angle. De même, on peut aussi concevoir comme angle de déviation spécifiable toute autre indication qui définit une direction univoque dans l'espace. Dans une autre forme de réalisation avantageuse, l'unité de commande d'hologramme est réalisée de façon qu'il soit possible de spécifier un point de mesure sur l'objet. L'unité de commande d'hologramme génère alors un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme en fonction de cette spécification, de façon que le faisceau de mesure atteigne le point de mesure spécifié sur l'objet du fait de l'influence exercée au moyen de l'hologramme. Le point de mesure peut être spécifié, par exemple, au moyen de coordonnées (X, Y, Z) dans un système de coordonnées cartésiennes. L'unité de reconstitution d'hologramme est de préférence réalisée sous forme d'unité optique réfléchissante. Le faisceau de mesure de l'interféromètre est ainsi réfléchi par l'unité de reconstitution d'hologramme et atteint l'objet à mesurer. Lors de la réflexion par l'unité de reconstitution d'hologramme, le faisceau de mesure est cependant influencé en plus, c'est-à-dire dévié et/ou divisé. L'unité de reconstitution d'hologramme réfléchissante peut, par exemple, être réalisée sous forme de réseau de miroirs. Un tel réseau de miroirs présente une pluralité de micromiroirs commandables individuellement qui sont habituellement disposés en une trame rectangulaire. Chaque micromiroir du réseau de miroirs peut être commandé séparément au moyen de l'unité de commande d'hologramme de façon qu'il réfléchisse ou absorbe, au choix, le faisceau de mesure. De cette manière, il est possible de générer un motif quelconque d'éléments réfléchissants ou non réfléchissants sur le réseau de miroirs et donc aussi, selon le principe d'une plaque de zone de Fresnel, de générer un -7- hologramme sur le réseau de miroirs. Les réseaux de miroirs classiques influencent seulement l'intensité d'un faisceau lumineux incident. On connaît aussi de nouveaux développements de réseaux de miroirs qui sont capables d'influencer la phase d'un faisceau lumineux incident.
De même, il est possible de réaliser l'unité de reconstitution d'hologramme réfléchissante sous forme de modulateur cristaux liquides sur silicium . Dans ce cas, l'unité de reconstitution d'hologramme réfléchissante est donc réalisée sous forme d'afficheur à cristaux liquides (LCD) dans lequel une pluralité de pixels peuvent être commandés chacun individuellement par l'unité de commande d'hologramme. Il est essentiel sur le modulateur cristaux liquides sur silicium que le faisceau de mesure soit réfléchi par le modulateur et qu'à cette occasion aussi bien l'intensité que la phase du faisceau de mesure puissent être influencées. L'unité de commande d'hologramme peut ainsi influencer différentes portions du faisceau de mesure au choix en ce qui concerne l'intensité et/ou la phase. Il en résulte l'avantage que l'utilisation du modulateur cristaux liquides sur silicium permet d'atteindre une plus grande efficacité, c'est-à-dire en particulier une intensité lumineuse plus élevée du faisceau de mesure réfléchi. Dans une autre forme de réalisation avantageuse, l'unité de reconstitution d'hologramme est réalisée sous forme d'unité optique transparente. Dans ce cas, l'unité de reconstitution d'hologramme peut être réalisée, par exemple, sous forme d'afficheur à cristaux liquides (LCD) transparent. La fonction du LCD transparent est identique à celle décrite ci-dessus concernant le modulateur cristaux liquides sur silicium, sauf que le faisceau de mesure n'est pas réfléchi mais traverse l'unité de reconstitution d'hologramme transparente et est influencé à cette occasion en ce qui concerne l'intensité et/ou la phase.
Il est en outre avantageux de réaliser l'interféromètre sous forme d'interféromètre hétérodyne. Dans un interféromètre hétérodyne, les fréquences du faisceau de mesure et du faisceau de référence sont décalées l'une par rapport à l'autre, de sorte que l'on peut déterminer à partir du signal d'interférence non seulement la vitesse de déplacement, mais aussi la direction de déplacement de l'objet. Un interféromètre hétérodyne présente typiquement une unité de décalage de fréquence qui est disposée dans le chemin optique du faisceau de mesure et/ou du faisceau de référence. Les -8- fréquences du faisceau de mesure et du faisceau de référence sont décalées l'une par rapport à l'autre au moyen de l'unité de décalage de fréquence, de sorte qu'il est possible de déterminer la direction de déplacement à partir du signal d'interférence.
L'interféromètre selon l'invention peut être réalisé de façon que le faisceau de mesure au moins partiellement réfléchi par l'objet à mesurer entre de nouveau dans le chemin optique de l'interféromètre via l'unité de reconstitution d'hologramme et ensuite, par exemple au moyen d'un deuxième diviseur de faisceau, soit superposé au faisceau de référence sur le détecteur. Des essais de la déposante ont cependant montre qu'il résulte de l'influence exercée sur le faisceau de mesure au moyen d'un hologramme des ordres parasites, c'est-à-dire des composantes indésirables du faisceau de mesure qui sont également réfléchies par l'objet à mesurer et peuvent être réintroduites dans le chemin optique de l'interféromètre et ainsi conduire à une falsification du résultat de mesurer. Les composantes indésirables sont formées de composantes du faisceau de mesure qui sont déviées d'autres angles que l'angle de déviation spécifié et n'atteignent par conséquent pas le point de mesure souhaité sur l'objet à mesurer. Dans une forme de réalisation avantageuse, l'interféromètre selon l'invention présente par conséquent des diaphragmes qui sont disposés dans le chemin optique de l'interféromètre de façon à occulter les ordres parasites, de sorte que ces composantes du faisceau de mesure ne sont pas superposées au faisceau de référence sur le détecteur. Il est cependant également possible de prévoir une seconde unité de reconstitution d'hologramme. Dans cette forme de réalisation avantageuse de l'interféromètre selon l'invention, le faisceau de mesure atteint d'abord la première unité de reconstitution d'hologramme et y est influencé comme décrit précédemment. Le faisceau de mesure et d'éventuels ordres parasites du faisceau de mesure atteignent ensuite l'objet à mesurer où se produit la réflexion au moins partielle déjà décrite. Il est essentiel, dans cette forme de réalisation avantageuse, que le faisceau de mesure réfléchi entre de nouveau dans le chemin optique de l'interféromètre via la seconde unité de reconstitution d'hologramme. La seconde unité de reconstitution d'hologramme peut être réalisée selon l'une des formes de réalisation -9-décrites précédemment, c'est-à-dire en particulier sous forme d'unité de reconstitution d'hologramme réfléchissante ou transparente. L'unité de commande d'hologramme est également reliée à la seconde unité de reconstitution d'hologramme, de sorte qu'un hologramme 5 spécifiable au choix peut aussi être généré dans la seconde unité de reconstitution d'hologramme. Il est essentiel que l'unité de commande d'hologramme génère dans la seconde unité de reconstitution d'hologramme un hologramme en fonction de l'hologramme généré dans la première unité de reconstitution 10 d'hologramme de façon que des ordres parasites du faisceau de mesure au moins partiellement réfléchi soient occultés au moyen de la seconde unité de reconstitution d'hologramme. De cette manière, il est possible d'éviter des erreurs de mesure dues à des ordres parasites : l'hologramme est généré dans la seconde unité 15 de reconstitution d'hologramme de façon qu'un faisceau de mesure au moins partiellement réfléchi sur le point à mesurer sur l'objet soit dévié dans la seconde unité de reconstitution d'hologramme de façon qu'il atteigne le détecteur optique dans le chemin optique de l'interféromètre, le cas échéant par l'intermédiaire de composants optiques supplémentaires 20 comme des diviseurs de faisceau ou des miroirs. Une composante indésirable du faisceau de mesure résultant d'un ordre parasite peut atteindre un point différent de l'objet à mesurer et y être également réfléchie sur la seconde unité de reconstitution d'hologramme par réflexion (partielle). Cette composante indésirable 25 réfléchie du faisceau de mesure atteint toutefois la seconde unité de reconstitution d'hologramme sous un autre angle que le faisceau de mesure réfléchi par le point à mesurer sur l'objet à mesurer, n'entre donc pas dans le chemin optique de l'interféromètre prévu et n'atteint pas non plus le détecteur. De ce fait, la mesure n'est plus faussée par la composante 30 indésirable du faisceau de mesure. De manière avantageuse, un diaphragme qui occulte les faisceaux qui quittent la seconde unité de reconstitution d'hologramme sous un angle qui n'est pas dirigé vers le détecteur est prévu dans le chemin optique de l'interféromètre entre la seconde unité de reconstitution 35 d'hologramme et le détecteur. Ce diaphragme peut avantageusement être réalisé sous forme de diaphragme à trou. -10- Comme décrit précédemment, l'interféromètre se caractérise en particulier par une souplesse élevée dans la manière d'influencer le faisceau de mesure par l'unité de reconstitution d'hologramme. Dans une forme de réalisation avantageuse, l'unité de commande d'hologramme est par conséquent réalisée de façon qu'elle génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme en fonction d'un nombre spécifié de faisceaux partiels de mesure et d'un angle spécifié pour chaque faisceau partiel de mesure. De cette manière, le faisceau de mesure est divisé en le nombre spécifié de faisceaux partiels et chaque faisceau partiel est dévié de l'angle spécifié pour ce faisceau partiel. L'interféromètre selon l'invention peut ainsi, d'une manière simple, être réalisé sous forme d'interféromètre multifaisceaux qui présente une souplesse élevée. Aussi bien le nombre de faisceaux partiels que l'angle de déviation pour chaque faisceau partiel peuvent être spécifiés au choix. Grâce à cela, il est possible de soumettre des points quelconques sur l'objet à mesurer à des faisceaux de mesure. Ceci est un avantage substantiel par rapport aux procédés de mesure connus dans lesquels un objet à mesurer est éclairé avec une trame de points rectangulaire rigide. Avec l'interféromètre selon l'invention, la trame de points et le nombre de faisceaux de mesure, donc les points de mesure éclairés en même temps, peuvent être adaptés à volonté à l'objet à mesurer. En outre, il est possible de modifier la trame de points pendant la mesure, par exemple pour réaliser une adaptation à un déplacement de l'objet ou à une modification de la surface de l'objet à mesurer. Dans ce cas aussi, l'angle spécifié est à entendre comme décrit précédemment, c'est-à-dire que l'angle spécifié définit une direction univoque dans l'espace pour le faisceau de mesure dévié. De manière avantageuse, l'interféromètre est réalisé de façon que l'unité de commande d'hologramme génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme en fonction de plusieurs points de mesure spécifiés sur l'objet, de sorte que le faisceau de mesure est divisé en un faisceau partiel de mesure par point de mesure et que ces faisceaux partiels sont déviés de façon que chaque point de mesure spécifié soit soumis à un des faisceaux partiels de mesure sur l'hologramme afin que des mesures puissent être effectuées simultanément sur tous les points de mesure spécifiés de l'objet à mesurer. -11- Il est également possible que le faisceau de mesure soit divisé en un nombre spécifié de faisceaux partiels de mesure au moyen d'un multiplicateur de faisceau et que seule la déviation des faisceaux partiels de mesure soit effectuée au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme.
Le multiplicateur de faisceau peut être réalisé, par exemple, par la combinaison d'une lentille pour élargir le faisceau de mesure et d'un diaphragme avec une ouverture pour chaque faisceau partiel de mesure. Pour la mesure et l'évaluation simultanée de plusieurs points de mesure sur l'objet, l'interféromètre selon l'invention est avantageusement réalisé comme ci-dessous. Dans cette forme de réalisation, l'interféromètre comprend une unité d'évaluation, un multiplicateur de faisceau et, pour chaque faisceau partiel de mesure, un détecteur. Dans ce cas, le nombre maximal de faisceaux partiels de mesure est donc spécifié par le nombre de détecteurs.
Le multiplicateur de faisceau est disposé dans le chemin optique du faisceau de référence et réalisé de façon que le faisceau de référence soit divisé en un faisceau partiel de référence par faisceau partiel de mesure. De façon analogue à la réalisation de l'interféromètre à faisceau unique, l'interféromètre multifaisceaux est réalisé de façon que, sur chaque détecteur, un faisceau partiel de référence soit superposé à un faisceau partiel de mesure. Il est ainsi possible de prélever sur chaque détecteur le signal d'interférence pour le point de mesure sur l'objet qui est associé au faisceau de mesure de ce détecteur. L'unité d'évaluation est reliée aux détecteurs et avantageusement réalisée de façon à évaluer simultanément les signaux de mesure des détecteurs. Une évaluation simultanée peut consister en ce que les signaux de mesure des détecteurs sont numérisés simultanément et/ou que les signaux de mesure des détecteurs sont démodulés simultanément. L'unité d'évaluation peut alors être réalisée de façon que, pour les processus d'évaluation à durée critique, une sous-unité d'évaluation soit prévue par détecteur. Il est particulièrement avantageux que l'unité d'évaluation comprenne une unité de démodulation par détecteur afin que les signaux de mesure de tous les détecteurs puissent être démodulés simultanément sans que les unités de démodulation s'influencent mutuellement, de sorte qu'une falsification du résultat de mesure due à des retards de temps dans une unité de démodulation est exclue. - 12 - Les avantages précédemment décrits reposent donc fondamentalement sur le fait que l'on utilise dans un interféromètre un modulateur spatial de lumière pour dévier et/ou diviser le faisceau de mesure de l'interféromètre, le modulateur spatial de lumière influençant le faisceau de mesure au moyen d'un hologramme, comme décrit précédemment. Un exemple de réalisation d'un interféromètre selon l'invention est décrit ci-après à l'aide des figures qui montrent : figure 1 un exemple de réalisation de l'interféromètre selon l'invention 10 sous forme d'interféromètre multifaisceaux avec une unité de reconstitution d'hologramme transparente, figure 2 un exemple de réalisation de l'interféromètre selon l'invention sous forme d'interféromètre à faisceau unique dans lequel des ordres parasites du faisceau de mesure sont occultés par un 15 diaphragme ; figure 3 une représentation schématique de la zone occultée par le diaphragme sur la figure 2 et figure 4 un exemple de réalisation de l'interféromètre selon l'invention sous forme d'interféromètre à faisceau unique dans lequel une 20 seconde unité de reconstitution d'hologramme permet d'éviter que des ordres parasites du faisceau de mesure n'atteignent le détecteur. La figure 1 représente un interféromètre selon l'invention dans lequel la source lumineuse 1 estréalisée sous forme de laser. Le faisceau 25 lumineux généré par la source lumineuse est divisé au moyen d'un premier diviseur de faisceau 2 en un faisceau de mesure 3 et un faisceau de référence 4. Le faisceau de mesure 3 est divisé au moyen du premier multiplicateur de faisceau 5 en une pluralité de faisceaux partiels de mesure 30 dont seulement deux faisceaux partiels de mesure 3a et 3b sont représentés. Les faisceaux partiels de mesure traversent un deuxième diviseur de faisceau 6 ainsi qu'une lame ?J4 7 et atteignent l'unité de reconstitution d'hologramme transparente 8 qui est réalisée sous forme de LCD. L'unité de reconstitution d'hologramme transparente est reliée 35 à une unité de commande d'hologramme 9 qui génère en fonction d'angles spécifiés pour chaque faisceau partiel de mesure (3a, 3b) un hologramme - 13 - dans l'unité de reconstitution d'hologramme 8, de sorte que chaque faisceau partiel de mesure est dévié selon l'angle spécifié. Les angles de déviation des faisceaux partiels de mesure sont choisis de façon que chaque faisceau partiel de mesure atteigne un point de 5 mesure (10a, 10b) spécifié sur un objet à mesurer 10. Les faisceaux partiels de mesure au moins partiellement réfléchis par l'objet 10 entrent de nouveau dans le chemin optique de l'interféromètre via l'unité de reconstitution d'hologramme 8, chaque faisceau partiel de mesure atteignant un détecteur (12a, 12b) respectif via la 10 lame 2J4 7, le deuxième diviseur de faisceau 6 et un troisième diviseur de faisceau 11. Le faisceau de référence 4 est guidé par un miroir 13 vers une unité de décalage de fréquence 14 qui est réalisée sous forme de cellule de Bragg. La cellule de Bragg modifie la fréquence du faisceau de référence 4 15 afin que la fréquence du faisceau de mesure 3 et du faisceau de référence 4 soient décalées l'une par rapport à l'autre, c'est-à-dire que l'interféromètre représenté sur la figure 1 est réalisé sous forme d'interféromètre hétérodyne. Le faisceau de mesure 4 est ensuite divisé par le deuxième 20 multiplicateur de faisceau 15 en une pluralité de faisceaux partiels de référence, de sorte qu'il existe un nombre identique de faisceaux partiels de mesure et de référence. Sur la figure 1, seulement deux faisceaux partiels de référence 4a et 4b sont représentés. Les faisceaux partiels de référence 4a et 4b sont également 25 guidés via le troisième diviseur de faisceau 11 sur les détecteurs 12a et 12b, de sorte que le premier faisceau partiel de mesure 3a (au moins partiellement réfléchi) est superposé sur le premier détecteur 12a au premier faisceau partiel de référence 4a et, de manière correspondante, le faisceau partiel de mesure 3b et le faisceau partiel de référence 4b sont superposés 30 sur le deuxième détecteur 12b. La source lumineuse 1 génère une lumière polarisée et les diviseurs de faisceau 2, 6 et 11 sont réalisés sous forme de diviseurs de faisceau à polarisation. En coopération avec la lame X/4 7, une déviation des faisceaux lumineux sans perte notable d'intensité est ainsi possible. 35 L'interféromètre représenté sur la figure 1 comprend en outre une unité d'évaluation (non représentée) qui est reliée aux détecteurs (12a, 12b). L'unité d'évaluation comprend une unité de démodulation pour - 14 - chaque détecteur, de sorte que les signaux de mesure des détecteurs sont démodulés simultanément. L'interféromètre représenté sur la figure 1 permet par conséquent de mesurer en même temps une pluralité de points de mesure sur l'objet 10. Il est essentiel que la disposition des points de mesure sur l'objet 10 puisse être spécifiée librement et que l'unité de commande d'hologramme 9 génère, en fonction des points de mesure spécifiés, un hologramme correspondant dans l'unité de reconstitution d'hologramme 8 afin que les faisceaux partiels de mesure (3a, 3b) soient déviés sur les points de mesure spécifiés. La figure 2 représente un exemple de réalisation dans lequel l'interféromètre selon l'invention est réalisé sous forme d'interféromètre à faisceau unique. La structure correspond fondamentalement à celle représentée sur la figure 1 et les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références numériques. En raison de sa réalisation comme interféromètre à faisceau unique, l'interféromètre représenté sur la figure 2 ne comprend qu'un seul détecteur 12. Dans cet exemple de réalisation, le faisceau de mesure 3 n'est pas divisé et traverse le deuxième diviseur de faisceau 6, la lame X/4 7, l'unité de reconstitution d'hologramme 8 et atteint l'objet à mesurer 10 en un point de mesure l0a spécifié. Il est essentiel, dans cet exemple de réalisation, qu'un diaphragme 20 soit disposé dans le chemin optique du faisceau de mesure entre l'unité de reconstitution d'hologramme 8 et l'objet 10 pour occulter des ordres parasites du faisceau de mesure. Le diaphragme est réalisé de façon qu'environ 75 % de la plage de déviation possible du faisceau de mesure 3 soient occultés par le diaphragme. Ceci est expliqué sur la figure 3. La figure 3 représente par le cercle 30 la plage de déviation du faisceau de mesure telle qu'elle est possible sur la figure 2 à la position du diaphragme 20, perpendiculairement au plan du dessin de la figure 2. Un faisceau de mesure 3 non dévié passera par l'origine du système de coordonnées représenté sur la figure 3 au point désigné par la lettre de référence U et atteindra ensuite l'objet à mesurer 10.
Grâce à l'unité de reconstitution d'hologramme 8, le faisceau de mesure peut être dirigé sur des points quelconques à l'intérieur d'un certain angle solide, c'est-à-dire qu'il est possible de spécifier une direction dans l'espace quelconque à l'intérieur de cet angle solide. La limite extérieure de l'angle solide est représentée par le cercle 30 sur la figure 3. Le diaphragme 20 est réalisé de façon à ne laisser passer le faisceau de mesure que dans un quadrant et à occulter les trois autres quadrants. Le diaphragme 20 peut, par exemple, être réalisé de façon que le faisceau de mesure ne puisse traverser le diaphragme 20 que dans le quadrant désigné par la lettre de référence A sur la figure 3. Cela diminue certes la région à l'intérieur de laquelle l'objet 10 peut être soumis à des points de mesure, mais il est avantageux que des ordres parasites d'un faisceau de mesure dévié à l'intérieur de la région A se situent typiquement dans un des autres quadrants, c'est-à-dire dans une des régions B, C ou D et soient occultés par le diaphragme 20. De cette manière, il est possible d'éviter une falsification du résultat de mesure par des ordres parasites du faisceau de mesure.
La figure 4 représente un autre exemple de réalisation dans lequel l'interféromètre est également réalisé sous forme d'interféromètre à faisceau unique. Ici aussi, la structure correspond essentiellement à celle de la figure 1 et de la figure 2 et les mêmes éléments sont désignés par les mêmes 20 références numériques. Il est essentiel sur la figure 4 que l'interféromètre comprenne une seconde unité de reconstitution d'hologramme 8' qui est également reliée à l'unité de commande d'hologramme 9, de sorte que l'unité de commande d'hologramme 9 peut générer un hologramme dans chacune des 25 deux unités de reconstitution d'hologramme (8, 8'). Si un faisceau de mesure 3 traverse la première unité de reconstitution d'hologramme 8, il est influencé comme décrit précédemment par l'hologramme représenté dans l'unité de reconstitution d'hologramme 8, de sorte qu'il est dévié sur un point de mesure 10a 30 spécifié sur l'objet à mesurer 10. La figure 4 représente de plus par une ligne en trait discontinu un possible ordre parasite, c'est-à-dire une composante du faisceau de mesure 3 qui est déviée d'un autre angle que celui spécifié. Cette partie indésirable du faisceau de mesure peut atteindre un point 10a' différent du 35 point 10a sur l'objet 10 et y être également partiellement réfléchie. Il est essentiel, dans l'exemple de réalisation de la figure 4, que le faisceau de mesure 3 entre de nouveau dans le chemin optique de - 16 - l'interféromètre via la seconde unité de reconstitution d'hologramme 8' et soit finalement superposé au faisceau de référence 4 sur le détecteur 12. Dans cet exemple de réalisation, le diviseur de faisceau 6 est remplacé par un miroir 6'.
La partie indésirable du faisceau de mesure atteint certes également la seconde unité de reconstitution d'hologramme 8', mais sous un autre angle que le faisceau de mesure 3 réfléchi. L'unité de commande 9 génère dans la seconde unité de reconstitution d'hologramme un hologramme qui est réalisé de façon que, partant du point de mesure l0a spécifié, le faisceau de mesure 3 au moins partiellement réfléchi soit dévié par la seconde unité de reconstitution d'hologramme 8' de façon à ce qu'il atteigne le détecteur 12. Etant donné que la partie indésirable du faisceau de mesure atteint la seconde unité de reconstitution d'hologramme 8' sous un autre angle, elle est aussi déviée par celle-ci d'un autre angle, en particulier pas dans la direction du chemin optique prévu vers le détecteur 12. Cela permet d'éviter une falsification du résultat de mesure par un ordre parasite du faisceau de mesure, comme par exemple la partie indésirable du faisceau de mesure sur la figure 4.
Il est en outre avantageux, pour empêcher des réflexions parasites à l'intérieur de l'interféromètre par la partie indésirable du faisceau de mesure, de disposer un diaphragme à trou 21 dans le chemin optique de l'interféromètre entre la seconde unité de reconstitution d'hologramme 8' et le détecteur 12, lequel laisse libre le chemin optique prévu du faisceau de mesure 3 mais occulte des ordres parasites comme par exemple la partie indésirable du faisceau de mesure représentée en trait discontinu. Les dispositifs représentés sur la figure 2 et la figure 4 sont représentés sous forme d'interféromètres à faisceau unique pour des raisons de simplicité de représentation. Bien entendu, il est possible d'éviter des ordres parasites aussi sur des interféromètres multifaisceaux, en particulier la suppression, représentée sur la figure 4, d'ordres parasites par une seconde unité de reconstitution d'hologramme 8' est avantageuse en combinaison avec la génération de plusieurs faisceaux partiels de mesure.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers -17- éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
Claims (13)
1. Interféromètre pour la mesure optique d'un objet, comprenant une source lumineuse (1), au moins un diviseur de faisceau (2) et au moins un détecteur (12, 12a, 12b), le diviseur de faisceau (2) étant disposé dans le chemin optique de la source lumineuse (1) de façon qu'un faisceau lumineux généré par la source lumineuse (1) soit divisé en un faisceau de mesure (3, 3a, 3b) et un faisceau de référence (4, 4a, 4b) et l'interféromètre étant réalisé de façon que le faisceau de mesure (3, 3a, 3b) atteigne l'objet à mesurer (10) et que le faisceau de mesure (3, 3a, 3b) au moins partiellement réfléchi par l'objet (10) soit superposé au faisceau de référence (4, 4a, 4b) sur le détecteur, caractérisé en ce que l'interféromètre présente un modulateur spatial de lumière qui comprend une unité de commande d'hologramme (9) et une unité de reconstitution d'hologramme (8) reliée à celle-ci, l'unité de reconstitution d'hologramme (8) étant disposée dans le chemin optique du faisceau de mesure (3, 3a, 3b) entre le diviseur de faisceau (2) et l'objet (10) et l'unité de commande d'hologramme (9) commande l'unité de reconstitution d'hologramme (8) de façon que l'unité de reconstitution d'hologramme génère un hologramme prédéterminable ou spécifiable au choix de telle manière que le faisceau de mesure (3, 3a, 3b) soit dévié et/ou divisé au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme (8).
2. Interféromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de commande d'hologramme (9) est réalisée de telle manière qu'elle génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme (8) en fonction d'un angle de déviation spécifiable au choix, de façon que le faisceau de mesure soit dévié de l'angle spécifié au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme (8).
3. Interféromètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de commande d'hologramme (9) génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme (8) en fonction d'un point de mesure (10a, 10b) spécifiable au choix, de façon que le faisceau de mesure- 19 - (3, 3a, 3b) atteigne le point de mesure spécifié sur l'objet au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme.
4. Interféromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de reconstitution d'hologramme (8) est réalisée sous forme d'unité optique réfléchissante, en particulier que l'unité de reconstitution d'hologramme est réalisée sous forme de réseau de miroirs ou de modulateur du type cristaux liquides sur silicium.
5. Interféromètre selon l'une des revendications 1 à 3 précédentes, caractérisé en ce que l'unité de reconstitution d'hologramme (8) est réalisée sous forme d'unité optique transparente, en particulier que l'unité de reconstitution d'hologramme est réalisée sous forme d'afficheur à cristaux liquides (LCD) transparent.
6. Interféromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de reconstitution d'hologramme (8) est réalisée de façon qu'elle influence l'intensité et/ou la phase du faisceau de mesure.
7. Interféromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'interféromètre est réalisé sous forme d'interféromètre hétérodyne, avec une unité de décalage de fréquence (14) qui est disposée dans le chemin optique du faisceau de mesure et/ou du faisceau de référence et est réalisée de façon qu'elle décale la fréquence du faisceau de mesure ou du faisceau de référence.
8. Interféromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'interféromètre comprend une seconde unité de reconstitution d'hologramme (8') qui est disposée dans le chemin optique de l'interféromètre entre l'objet (10) et le détecteur (12) de façon que le faisceau de mesure (3) au moins partiellement réfléchi par l'objet (10) soit- 20 reproduit par la seconde unité de reconstitution d'hologramme (8') sur le détecteur (12) et y soit superposé au faisceau de référence (4), la seconde unité de reconstitution d'hologramme (8') étant reliée à l'unité de commande d'hologramme (9) et l'unité de commande d'hologramme étant réalisée de façon qu'elle génère dans la seconde unité de reconstitution d'hologramme (8') un hologramme en fonction de l'hologramme généré dans la première unité de reconstitution d'hologramme (8) de façon que des ordres parasites du faisceau de mesure au moins partiellement réfléchi soient occultés au moyen de la seconde unité de reconstitution d'hologramme.
9. Interféromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande d'hologramme (9) est réalisée de façon qu'elle génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme (8) en fonction d'un nombre spécifié de faisceaux partiels de mesure et d'un angle spécifié pour chaque faisceau partiel de mesure, de façon qu'au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme, le faisceau de mesure soit divisé en le nombre spécifié de faisceaux partiels et que chaque faisceau partiel soit dévié de l'angle spécifié respectif.
10. Interféromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande d'hologramme (9) est réalisée de façon qu'elle génère un hologramme dans l'unité de reconstitution d'hologramme (8) en fonction de plusieurs points de mesure (10a, 10b) spécifiés sur l'objet, de façon qu'au moyen de l'unité de reconstitution d'hologramme (8), le faisceau de mesure soit divisé en un faisceau partiel de mesure par point de mesure et que ces faisceaux partiels soient déviés de façon qu'un faisceau partiel de mesure atteigne chaque point de mesure.
11. Interféromètre selon l'une des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que l'interféromètre comprend une unité d'évaluation, un multiplicateur de faisceau (15) et, pour chaque faisceau partiel de mesure (3a, 3b), un détecteur (12a, 12b), le multiplicateur de faisceau étant disposé dans le chemin optique du faisceau de référence (4) et réalisé de façon que le- 21 - faisceau de référence (4) soit divisé en un faisceau partiel de référence (4a, 4b) par faisceau partiel de mesure, l'interféromètre multifaisceaux étant réalisé de façon que, sur chaque détecteur (12a, 12b), un faisceau partiel de référence soit superposé à un faisceau partiel de mesure et l'unité d'évaluation étant reliée aux détecteurs (12a, 12b) et réalisée de façon qu'elle évalue simultanément les signaux de mesure des détecteurs.
12. Interféromètre selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'unité d'évaluation est réalisée de façon qu'elle numérise simultanément les signaux de mesure des détecteurs (12a, 12b) et/ou qu'elle démodule simultanément les signaux de mesure des détecteurs.
13. Utilisation d'un modulateur spatial de lumière pour dévier et/ou diviser un faisceau de mesure d'un interféromètre, caractérisé en ce que l'interféromètre et le modulateur spatial de lumière étant réalisés selon l'une des revendications précédentes.
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Effective date: 20231005 |