FR2950430A1 - METHOD AND SYSTEM FOR INSPECTING THE SURFACE CONDITION OF AN OPTICAL SURFACE - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne selon un premier aspect un procédé d'inspection de l'état d'une surface optique réfléchissante mis en oeuvre à l'aide d'un appareil de prise de vue positionné à distance de la surface, caractérisé par une étape de calibrage de l'appareil au cours de laquelle la mise au point de l'appareil est établie au niveau de défauts présents sur la surface optique alors que la surface est éclairée par une source de lumière collimatée. Selon un second aspect, l'invention concerne un système comprenant une source collimatée et un appareil de prise de vue calibré avec une mise au point établie au niveau de défauts présents sur la surface éclairée par la source de lumière collimatée.According to a first aspect, the invention relates to a method for inspecting the state of a reflective optical surface implemented using a camera positioned at a distance from the surface, characterized by a step of calibration of the apparatus during which the focusing of the apparatus is established at the level of defects present on the optical surface while the surface is illuminated by a collimated light source. According to a second aspect, the invention relates to a system comprising a collimated source and a calibrated camera with an established focus at defects present on the surface illuminated by the collimated light source.

Description

1 1

Le domaine de l'invention est celui de l'inspection de l'état de surface d'une surface optique réfléchissante. L'invention concerne plus précisément un procédé et un système d'inspection à distance de l'état de surface d'une surface optique réfléchissante (telle qu'un miroir ou un filtre différentiel) intégrée ou destinée à être intégrée au sein d'un satellite. On cherche d'une manière générale à réaliser une inspection qualitative et quantitative de l'état de surface d'une surface optique. Il s'agit notamment de pouvoir observer la présence éventuelle de pollutions ou de rayures sur la surface. On connaît du document JP7190942 une technique consistant à éclairer une surface optique à l'aide d'un laser et à mesurer la puissance de la lumière réfléchie à l'aide d'un photodétecteur afin d'identifier la présence de particules sur la surface. Cette technique n'est cependant pas satisfaisante dans la mesure où elle dresse une sorte de topographie de la surface et ne permet donc pas de distinguer entre une particule présente en surface de la couche de protection disposée sur la surface optique et une poussière incluse entre la couche de protection et la surface optique. On connaît par ailleurs une technique consistant à utiliser un microscope pour réaliser une inspection de l'état de surface. Cette technique n'est toutefois pas satisfaisante dans la mesure où elle est globalement invasive (le microscope doit être placé à proximité immédiate de la surface optique), complexe et peu rapide (le faible champ de vue du microscope impliquant notamment l'acquisition de multiples images pour balayer l'intégralité de la surface). Or il existe un besoin, notamment pour des surfaces optiques déjà intégrées sur satellite, pour une technique permettant de faire un bilan de l'état de surface sans s'en approcher, avec un délai d'intervention rapide. Afin de répondre à ce besoin, l'invention propose selon un premier 3o aspect un procédé d'inspection de l'état d'une surface optique réfléchissante mis en oeuvre à l'aide d'un appareil de prise de vue positionné à distance de la surface, caractérisé par une étape de calibrage de l'appareil au cours de laquelle la mise au point de l'appareil est établie au niveau de défauts présents sur la surface optique alors que la surface est éclairée par une source de lumière collimatée. The field of the invention is that of the inspection of the surface state of a reflective optical surface. More specifically, the invention relates to a method and a system for remote inspection of the surface state of a reflective optical surface (such as a mirror or a differential filter) integrated or intended to be integrated within a satellite. In general, a qualitative and quantitative inspection of the surface condition of an optical surface is sought. This includes being able to observe the possible presence of pollution or scratches on the surface. Document JP7190942 discloses a technique of illuminating an optical surface with a laser and measuring the power of light reflected with a photodetector to identify the presence of particles on the surface. This technique is however not satisfactory insofar as it draws up a kind of topography of the surface and therefore does not make it possible to distinguish between a particle present on the surface of the protective layer disposed on the optical surface and a dust included between the protective layer and the optical surface. Also known is a technique of using a microscope to perform a surface condition inspection. This technique is however not satisfactory insofar as it is globally invasive (the microscope must be placed in the immediate vicinity of the optical surface), complex and slow (the microscope's weak field of view, in particular involving the acquisition of multiple images to scan the entire surface). However, there is a need, especially for optical surfaces already integrated on satellite, for a technique to make a balance sheet of the surface without approaching it, with a rapid response time. In order to meet this need, the invention proposes, according to a first aspect, a method for inspecting the state of a reflective optical surface implemented using a camera positioned at a distance from the camera. the surface, characterized by a step of calibrating the apparatus during which the focusing of the apparatus is established at the level of defects present on the optical surface while the surface is illuminated by a collimated light source.

Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce procédé sont les suivants : - la surface optique est un miroir, la source de lumière collimatée est agencée de manière à ce que la ligne reliant la surface à la source lumineuse et la ligne normale à la surface présentent un écart 1 o angulaire, et l'appareil est agencé de manière à récupérer la lumière issue de la source qui est réfléchie spéculairement par la surface ; - la surface optique est un filtre interférentiel, la source de lumière collimatée vient éclairer la surface selon la normale à la surface, et la source et l'appareil sont agencés de part et d'autre de la surface ; 15 - la source de lumière collimatée comprend une source de lumière blanche et un collimateur ; - la source blanche est une lampe au Xénon ; - l'étape de calibrage de l'appareil comprend une opération de mise au point grossière suivie d'une opération de mise au point fine, la mise au 20 point grossière étant réalisée par un opérateur de l'appareil pour réaliser une mise au point approximative au niveau d'éléments non réfléchissants tandis que la mise au point fine est réalisée depuis la mise au point approximative à l'aide d'un logiciel contrôlant pas à pas la mise au point de l'appareil ; 25 - le procédé comprend en outre la réalisation de prises de vue de la surface optique en utilisant la mise au point établie lors de l'étape de calibrage ; - la source de lumière collimatée utilisée lors de l'étape de calibrage est également utilisée lors de la réalisation des prises de vues ; - une source de lumière différente de la source de lumière collimatée utilisée lors de l'étape de calibrage est utilisée lors de la réalisation des prises de vues ; et - la source de lumière utilisée lors de la réalisation des prises de vues est une source non collimatée venant éclairer un écran lambertien lequel réfléchit la lumière vers la surface avec une intensité lumineuse apparente uniforme dans toutes les directions. Selon un second aspect, l'invention propose système d'inspection de l'état d'une surface optique réfléchissante, comprenant : - une source de lumière collimatée venant éclairer la surface ; - un appareil de prise de vue positionné à distance de la surface, et calibré avec une mise au point établie au niveau de défauts présents sur la surface éclairée par la source de lumière collimatée. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant le montage d'un mode de réalisation possible du système selon le second aspect de l'invention ; - les figures 2 et 3 sont des schémas représentant différentes réalisations possibles de la phase de calibrage de l'appareil de prise de vue ; - la figure 4 est un schéma représentant un mode de réalisation possible de la phase de réalisation de prise de vues de la surface optique réfléchissante. Some preferred, but not limiting, aspects of this method are the following: the optical surface is a mirror, the collimated light source is arranged in such a way that the line connecting the surface to the light source and the line normal to the surface have an angular gap, and the apparatus is arranged to recover the light from the source which is speculatively reflected by the surface; the optical surface is an interference filter, the collimated light source illuminates the surface according to the normal to the surface, and the source and the apparatus are arranged on either side of the surface; The collimated light source comprises a white light source and a collimator; - the white source is a Xenon lamp; the calibrating step of the apparatus comprises a coarse focusing operation followed by a fine focusing operation, the coarse focusing being performed by an operator of the apparatus to achieve focus at the level of non-reflective elements while the fine focus is achieved from the approximate focus using software that controls the focus of the camera step by step; The method further comprises providing shots of the optical surface using the focus established during the calibration step; the collimated light source used during the calibration step is also used during the shooting; a light source different from the collimated light source used during the calibration step is used during the shooting; and the light source used during the shooting is a non-collimated source illuminating a Lambertian screen which reflects light towards the surface with a uniform luminous intensity uniform in all directions. According to a second aspect, the invention proposes a system for inspecting the state of a reflective optical surface, comprising: a collimated light source illuminating the surface; - A camera positioned at a distance from the surface, and calibrated with an established focus at defects present on the surface illuminated by the collimated light source. Other aspects, objects and advantages of the present invention will appear better on reading the following detailed description of preferred embodiments thereof, given by way of non-limiting example, and with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagram illustrating the mounting of a possible embodiment of the system according to the second aspect of the invention; FIGS. 2 and 3 are diagrams representing various possible embodiments of the calibration phase of the camera; FIG. 4 is a diagram showing a possible embodiment of the imaging phase of the reflective optical surface.

En référence à la figure 1, on a représenté un montage possible du système selon le second aspect de l'invention comprenant une source de lumière collimatée destinée à venir éclairer une surface optique réfléchissante dont on cherche à établir un bilan de l'état de surface, et un appareil de prise de vue destiné à acquérir différentes prises de vue de la surface tout en étant positionné à distance de la surface. Referring to Figure 1, there is shown a possible assembly of the system according to the second aspect of the invention comprising a collimated light source intended to illuminate a reflective optical surface which is to establish a balance sheet of the surface state , and a camera for acquiring different shots of the surface while being positioned at a distance from the surface.

4 4

La source de lumière collimatée est typiquement constituée d'une source de lumière blanche 1 (par exemple une lampe au Xénon) reliée par l'intermédiaire d'une fibre optique 2 à un collimateur 3 permettant d'obtenir un faisceau de rayons de lumière parallèles à partir de la source 1. The collimated light source is typically constituted by a white light source 1 (for example a Xenon lamp) connected via an optical fiber 2 to a collimator 3 making it possible to obtain a beam of parallel light rays. from source 1.

L'appareil de prise de vues est typiquement un appareil photographique 4, notamment un appareil photo reflex du commerce, monté sur un trépied 5. L'appareil photo 4 est relié, par exemple via une liaison USB 7, à un ordinateur personnel 6 configuré pour mettre en oeuvre un logiciel associé à l'appareil photo apte notamment à en contrôler pas à pas la mise au point. 1 o La source de lumière collimatée et l'appareil photo peuvent être installés à bord d'une nacelle 8 apte à être déplacée pour permettre l'inspection d'une surface optique déjà intégrée sur un satellite, alors que l'ordinateur 6 permet depuis le sol de contrôler la mise au point de l'appareil et la réalisation de clichés de la surface. 15 On comprendra cependant que l'invention n'est pas limitée à un tel mode de mise en oeuvre, mais s'étend à également à d'autres types de contrôle de surfaces optiques tels que des contrôles en salle blanche (sans nécessiter de sortir les surfaces optiques de l'environnement propre) ou en salle noire (ce qui permet un contrôle fin via de long temps d'intégration et 20 différents éclairages). Le procédé d'inspection de l'état d'une surface optique réfléchissante selon le premier aspect de l'invention est mis en oeuvre à l'aide d'un appareil de prise de vue positionné à distance de la surface (typiquement à plusieurs mètres de la surface). Ce procédé est caractérisé par une étape de calibrage 25 de l'appareil au cours de laquelle la mise au point de l'appareil est établie au niveau de défauts (polluants, rayures) présents sur la surface optique alors que la surface est éclairée par la source de lumière collimatée. Selon un mode de réalisation possible, l'étape de calibrage de l'appareil comprend une opération de mise au point grossière suivie d'une opération de 3o mise au point fine. La mise au point grossière est réalisée par un opérateur de l'appareil pour réaliser une mise au point approximative au niveau d'éléments non réfléchissants tandis que la mise au point fine est réalisée depuis la mise au point approximative à l'aide d'un logiciel contrôlant pas à pas la mise au point de l'appareil. Les éléments non réfléchissants sont par exemple des polluants ou des rayures sur la surface optique inspectée qui sont visibles par un opérateur de l'appareil photo, ou encore une zone de bordure entre la surface optique et l'environnement extérieur. En variante, tout ou partie du calibrage est mis en oeuvre de manière automatique en venant réaliser la mise au point qui permet d'obtenir le pic 1 o d'intensité lumineuse le mieux défini (par exemple au sens de la dispersion) autour d'un défaut présent sur la surface. On a représenté sur la figure 2 un schéma d'un mode de réalisation possible de cette étape de calibrage dans le cas où la surface optique est un miroir. Dans ce mode de réalisation, la source de lumière collimatée S est 15 agencée de manière à ce que la ligne reliant la surface M à la source lumineuse et la ligne normale à la surface présentent un écart angulaire, et l'appareil A est agencé de manière à récupérer la lumière issue de la source qui est réfléchie spéculairement par la surface M. Préférentiellement, l'angle entre la normale à la surface et la source lumineuse est égal à l'angle entre 20 la normale et l'appareil. On a représenté sur la figure 3 un schéma d'un autre mode de réalisation possible de cette étape de calibrage dans le cas où la surface optique est un filtre interférentiel F permettant de sélectionner une fine partie du spectre lumineux. Dans ce mode de réalisation, la source de lumière 25 collimatée S peut venir éclairer le filtre F selon la normale à la surface, et la source S et l'appareil A sont agencés de part et d'autre du filtre F. Suite à l'étape de calibrage, le procédé selon le premier aspect de l'invention comprend la réalisation de prises de vue de la surface optique en utilisant la mise au point établie lors de l'étape de calibrage. 30 Les différentes prises de vue permettent de dresser un bilan de l'état de surface. On relèvera que dans le cadre de l'invention, l'appareil photo permet d'obtenir une résolution globalement équivalente à celle d'un microscope mais dispose d'un champ de vue nettement plus important (typiquement environ 12cm par rapport à 2cm pour un microscope) ce qui permet de conduire rapidement l'inspection de l'intégralité de la surface. The camera is typically a camera 4, including a commercial SLR camera, mounted on a tripod 5. The camera 4 is connected, for example via a USB link 7, to a personal computer 6 configured to implement a software associated with the camera capable in particular to control step by step debugging. 1 o The collimated light source and the camera can be installed aboard a pod 8 able to be moved to allow the inspection of an optical surface already integrated on a satellite, while the computer 6 allows for the ground to control the focus of the camera and the realization of snapshots of the surface. It will be understood, however, that the invention is not limited to such an embodiment, but also extends to other types of optical surface control such as clean room controls (without the need to go out the optical surfaces of the clean environment) or in the dark room (which allows a fine control via long integration time and 20 different lighting). The method of inspecting the state of a reflective optical surface according to the first aspect of the invention is implemented using a camera positioned at a distance from the surface (typically several meters from the surface). This method is characterized by a calibration step 25 of the apparatus during which the development of the apparatus is established at the level of defects (pollutants, scratches) present on the optical surface while the surface is illuminated by the collimated light source. According to one possible embodiment, the calibration step of the apparatus comprises a coarse focusing operation followed by a fine-focus operation. Coarse focusing is performed by an operator of the camera to achieve approximate focusing at non-reflective elements while fine focusing is achieved from the approximate focus with the help of a camera. software that controls the development of the device step by step. Non-reflective elements are, for example, pollutants or scratches on the inspected optical surface that are visible by an operator of the camera, or a border area between the optical surface and the external environment. As a variant, all or part of the calibration is carried out automatically, coming to achieve the focus, which makes it possible to obtain the peak 1 o of the best defined light intensity (for example in the sense of the dispersion) around a defect present on the surface. FIG. 2 shows a diagram of a possible embodiment of this calibration step in the case where the optical surface is a mirror. In this embodiment, the collimated light source S is arranged so that the line connecting the surface M to the light source and the normal line to the surface have an angular deviation, and the apparatus A is arranged to in order to recover the light from the source which is reflected specularly by the surface M. Preferably, the angle between the normal to the surface and the light source is equal to the angle between the normal and the apparatus. FIG. 3 shows a diagram of another possible embodiment of this calibration step in the case where the optical surface is an interference filter F making it possible to select a small portion of the light spectrum. In this embodiment, the collimated light source S can illuminate the filter F as normal to the surface, and the source S and the apparatus A are arranged on either side of the filter F. calibration step, the method according to the first aspect of the invention comprises performing shooting of the optical surface using the focus established during the calibration step. The different shots make it possible to draw up a balance sheet of the surface condition. It will be noted that in the context of the invention, the camera makes it possible to obtain a resolution roughly equivalent to that of a microscope but has a much larger field of view (typically about 12 cm compared to 2 cm for a microscope) which allows to quickly conduct the inspection of the entire surface.

La source de lumière collimatée utilisée lors de l'étape de calibrage peut alors également être utilisée lors de la réalisation des prises de vues. Alternativement, une source de lumière différente de la source de lumière collimatée utilisée lors de l'étape de calibrage est utilisée lors de la réalisation des prises de vues. The collimated light source used during the calibration step can then also be used during the shooting. Alternatively, a different light source from the collimated light source used during the calibration step is used during the shooting.

A titre d'exemple non limitatif, et en référence à la figure 4, la source de lumière utilisée lors de la réalisation des prises de vues peut être une source non collimatée R venant éclairer un écran lambertien E lequel réfléchit la lumière vers la surface M avec une intensité lumineuse apparente uniforme dans toutes les directions. Il peut également s'agir d'une lampe UV permettant de faire fluorescer les particules présentes sur la surface optique. On comprendra que l'invention n'est pas limitée par le type d'éclairage utilisé lors de la réalisation des prises de vues, mais qu'au contraire différentes sources lumineuses peuvent être utilisées en fonction du type de défauts que l'on souhaite observer. By way of non-limiting example, and with reference to FIG. 4, the light source used during the shooting may be a non-collimated source R illuminating a lambertian screen E which reflects light towards the surface M with a uniform luminous intensity uniform in all directions. It can also be a UV lamp for fluorescing the particles present on the optical surface. It will be understood that the invention is not limited by the type of lighting used when shooting, but that different light sources can be used depending on the type of defects that we want to observe .

On comprendra par ailleurs que l'appareil photo peut être doté d'objectifs du commerce de différentes focales et ouvertures adaptées à chaque situation de prise de vue. L'invention permet ainsi de dresser un bilan de l'état de surface d'un miroir (ou tout autre surface optique) de manière non invasive. L'intervention est par ailleurs rapide du fait de la polyvalence du système. Enfin, l'observation est efficace car de nombreux types de défauts peuvent être observés, avec une très bonne définition. It will further be understood that the camera may be provided with commercial lenses of different focal lengths and apertures adapted to each shooting situation. The invention thus makes it possible to draw up a balance sheet of the surface condition of a mirror (or any other optical surface) in a non-invasive manner. The intervention is also fast because of the versatility of the system. Finally, the observation is effective because many types of defects can be observed, with a very good definition.

Claims (11)

REVENDICATIONS1. Procédé d'inspection de l'état d'une surface optique réfléchissante mis en oeuvre à l'aide d'un appareil de prise de vue positionné à distance de la surface, caractérisé par une étape de calibrage de l'appareil au cours de laquelle la mise au point de l'appareil est établie au niveau de défauts présents sur la surface optique alors que la surface est éclairée par une source de lumière collimatée. REVENDICATIONS1. A method of inspecting the state of a reflective optical surface implemented using a camera positioned at a distance from the surface, characterized by a step of calibrating the camera during which the focus of the apparatus is established at the level of defects present on the optical surface while the surface is illuminated by a collimated light source. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la surface optique est un miroir, la source de lumière collimatée est agencée de manière à ce que la ligne reliant la surface à la source lumineuse et la ligne normale à la surface présentent un écart angulaire, et l'appareil est agencé de manière à récupérer la lumière issue de la source qui est réfléchie spéculairement par la surface. 2. Method according to claim 1, wherein the optical surface is a mirror, the collimated light source is arranged in such a way that the line connecting the surface to the light source and the line normal to the surface have an angular deviation, and the apparatus is arranged to recover light from the source which is speculatively reflected by the surface. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la surface optique est un filtre interférentiel, la source de lumière collimatée vient éclairer la surface selon la normale à la surface, et la source et l'appareil sont agencés de part et d'autre de la surface. 3. The method of claim 1, wherein the optical surface is an interference filter, the collimated light source comes to illuminate the surface according to the normal to the surface, and the source and the apparatus are arranged on either side of the surface. the surface. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source de lumière collimatée comprend une source de lumière blanche et un collimateur. 4. Method according to one of the preceding claims, wherein the collimated light source comprises a white light source and a collimator. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la source blanche est une lampe au Xénon. 5. The method of claim 4, wherein the white source is a Xenon lamp. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle 30 l'étape de calibrage de l'appareil comprend une opération de mise au point grossière suivie d'une opération de mise au point fine, la mise au point25grossière étant réalisée par un opérateur de l'appareil pour réaliser une mise au point approximative au niveau d'éléments non réfléchissants tandis que la mise au point fine est réalisée depuis la mise au point approximative à l'aide d'un logiciel contrôlant pas à pas la mise au point de l'appareil. The method of one of the preceding claims, wherein the step of calibrating the apparatus comprises a coarse focus operation followed by a fine focus operation, the focus being performed by a camera operator to achieve an approximate focus on non-reflective elements while fine focusing is achieved from the approximate focus using software that controls the focus step-by-step of the device. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre la réalisation de prises de vue de la surface optique en utilisant la mise au point établie lors de l'étape de calibrage. 10 7. Method according to one of the preceding claims, further comprising performing shots of the optical surface using the focus established during the calibration step. 10 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la source de lumière collimatée utilisée lors de l'étape de calibrage est également utilisée lors de la réalisation des prises de vues. 8. The method of claim 7, wherein the collimated light source used during the calibration step is also used when taking pictures. 9. Procédé selon la revendication 7, dans lequel une source de lumière 15 différente de la source de lumière collimatée utilisée lors de l'étape de calibrage est utilisée lors de la réalisation des prises de vues. The method of claim 7, wherein a light source different from the collimated light source used in the calibration step is used in the shooting. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la source de lumière utilisée lors de la réalisation des prises de vues est une source non 20 collimatée venant éclairer un écran lambertien lequel réfléchit la lumière vers la surface avec une intensité lumineuse apparente uniforme dans toutes les directions. The method according to claim 9, wherein the light source used in the shooting is a non-collimated source illuminating a Lambertian screen which reflects light to the surface with uniform apparent light intensity in all directions. directions. 11. Système d'inspection de l'état d'une surface optique réfléchissante, 25 comprenant : - une source de lumière collimatée venant éclairer la surface ; - un appareil de prise de vue positionné à distance de la surface, et calibré avec une mise au point établie au niveau de défauts présents sur la surface éclairée par la source de lumière collimatée.5 A system for inspecting the state of a reflective optical surface, comprising: a collimated light source illuminating the surface; a camera positioned at a distance from the surface and calibrated with an established focus at the level of defects present on the surface illuminated by the collimated light source.
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