FR3006758A1 - Dispositif optique integre de mesure sans contact d'altitudes et d'epaisseurs - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un dispositif optique de mesure d'altitude et/ou d'épaisseur qui peut être ponctuel ou multipoints sans contact. Ce dispositif de mesure est basé sur le principe de microscopie confocale chromatique. Ce principe s'appuie sur un ensemble optique présentant, du chromatisme axial afin de coder l'information d'altitude et/ou d'épaisseur d'un objet positionné dans le champ de mesure dudit dispositif de mesure. Ce système optique est également ancré dans une architecture confocale afin de bénéficier des propriétés intrinsèques à celle-ci. Le décodage de cette information se fait au travers d'un système de détection permettant de discriminer la ou les longueurs d'ondes parfaitement focalisées sur la ou les surfaces de l'objet et ainsi de recueillir l'information utile. Dans le cadre de cette invention, plusieurs points peuvent être mesurés simultanément ou successivement. L'objectif de l'invention est de s'affranchir de tout ou partie des câbles optiques qui sont présents dans tous les dispositifs de mesures confocaux chromatiques actuels. L'invention permet alors de surmonter les contraintes d'intégration de l'appareil de mesure en milieu industriel induits par la présence de câbles optiques qui sont sujets à se détériorer lorsque le dispositif de mesure est soumis à de fortes accélérations et/ou à des mouvements de rotation. L'absence de câbles optiques, favorise la robustesse et la compacité de l'appareil de mesure, et facilite également son intégration et son utilisation sur un système de déplacement motorisé, tel qu'une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT).
Description
- 1 - La présente invention porte sur un dispositif de mesure optique ponctuel, pour lequel un seul et unique point de l'objet est mesuré, ou multipoints sans contact dédié à la mesure d'altitude(s) et/ou d'épaisseur(s). Ce dispositif de mesure est basé sur le principe de la microscopie confocale chromatique, et bénéficie, de fait, des propriétés liées à la confocalité d'un système optique associé au chromatisme axial maitrisé. Le système optique confocal nécessite d'avoir une source ponctuelle d'éclairage. L'image du point source est focalisée sur l'objet à mesurer, et la lumière réfléchie ou rétro-diffusée par l'objet est à son tour imagée sur un diaphragme confocal (filtre spatial) positionné en amont du photodétecteur. Le point source, l'objet et le diaphragme sont en confocalité. Un système confocal comparativement à la microscopie plein champ permet d'accroitre la sélectivité axiale et latérale. La lumière provenant d'un plan situé hors plan focal, ainsi que la lumière provenant d'un point hors axe optique, sera filtrée par le diaphragme confocal, améliorant ainsi le rapport signal à bruit et la résolution latérale du système optique. La maîtrise du chromatisme axial apporte à un système optique confocal la dispersion chromatique du spectre de la source de lumière le long de son axe optique. Cette aberration optique contrôlée autorise le codage de l'altitude ou de l'épaisseur en fonction de la longueur d'onde. Le décodage de cette information s'effectue au travers d'un système capable d'analyser les longueurs d'onde du spectre rétrodiffusé par l'objet. La combinaison de ces deux principes dans une architecture commune permet d'observer et de mesurer un ensemble de points de l'espace inclus dans le volume de mesure de l'appareil de mesure sans être perturbé par ses voisins. Le volume de mesure est défini par le champ latéral éclairé (défini par l'ensemble de points éclairé), étalé le long de l'axe optique et borné à l'intérieur du chromatisme axial du système optique. Ce type de dispositif de mesure permet d'obtenir de très bonnes performances, notamment en termes de résolution axiale et latérale. Afin de remplir leurs fonctions, ces appareils de mesures sont constitués : - D'une source polychromatique, - D'un système optique à chromatisme axial maitrisé, D'un système d'analyse spectrale tel qu'un spectromètre, 30- De moyens de traitements du signal, de calcul et de transmission de données. L'invention décrite par le brevet de référence [1], concerne un procédé et un appareil de mesure basé sur le principe de la microscopie confocale chromatique, selon l'art antérieur. Le dispositif mentionné, utilise une source polychromatique, une lentille holographique ou diffractive de type lentille de Fresnel afin de générer du chromatisme axial, ainsi qu'un 35 dispositif d'analyse spectrale afin de déterminer la longueur d'onde de plus haute énergie correspondant à la longueur d'onde parfaitement focalisée sur l'objet. Ce mode de réalisation permet de mesurer la position d'un objet par rapport à une surface de référence positionnée en amont de l'objet. Ledit appareil de mesure est ponctuel. Ce brevet constitue une référence - 2 - pour les systèmes de mesure confocaux chromatiques, et les appareils de mesures issus de l'art antérieur possèdent tous au moins une fibre optique associée à un coupleur de type cube séparateur, ou un coupleur fibré, que ce soit pour les dispositifs de mesures confocaux chromatiques dotés de champ latéral ou pour le cas particulier beaucoup plus répandu dans l'industrie de la mesure tridimensionnelle de l'appareil de mesure ponctuel, pour lequel un seul et unique point de l'objet est mesuré. Les brevets référencés [2], [3] et [4] sont à présent examinés. L'invention décrite par le brevet de référence [2], concerne un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'art antérieur.
La figure 1 illustre un mode de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'art antérieur [Cf. Référence 2], de telle sorte que le champ latéral représente une ligne. D'autres modes de réalisation pour cet appareil de mesure existent de façon à obtenir par exemple un champ de forme rectangulaire, mais ceux-ci ne sont pas représentés ici. La figure 1 illustre un dispositif de mesure confocal chromatique selon l'art antérieur, constitué d'un coffret optoélectronique 100, d'une tête de mesure 200, relié par un câble optique 300. Le coffret optoélectronique 100 est constitué d'une source polychromatique 10, d'un dispositif d'analyse spectrale 20, des moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure, et d'un bloc d'alimentation 40. Ce dispositif de mesure confocal chromatique doté de champ latéral permet de mesurer un objet 400 dont la surface à mesurer est positionnée dans son volume de mesure 500. La tête de mesure 200 est constituée d'un ensemble de lentilles optiques 50 doté de chromatisme axial maitrisé. Cet ensemble de lentilles optiques 50 peut se séparer en deux sous-ensembles : un collimateur 51 et un objectif chromatique 52. Le collimateur 51 est alors parfaitement corrigé de chromatisme axial et son rôle est de collimater le faisceau provenant des extrémités 73 du câble optique 300, et de gérer le grandissement de l'ensemble de lentilles optiques 50 et par conséquent de gérer la taille de spot sur l'objet 400. L'objectif chromatique 52 est un ensemble de lentilles permettant d'obtenir le chromatisme désiré. Ce chromatisme peut également être généré par utilisation d'une optique diffractive tel qu'une lentille de Fresnel [Cf. Référence 1 et 4]. La tête de mesure 200 contient également un parallélépipède séparateur 60 dont le rôle est de diriger les faisceaux provenant des extrémités 73 du câble optique 300 vers l'ensemble de lentilles optiques 50 jusqu'à l'objet 400, et de diriger les faisceaux rétrodiffusés par l'objet 400 et provenant de l'ensemble de lentilles optiques 50 vers des extrémités 74 du câble optique 300. Cet ensemble de combinaison / séparation est représenté sur la figure 1, par un parallélépipède séparateur 60 mais peut également être la zone de couplage d'un ensemble de coupleurs fibrés. Dans le cas où, l'ensemble de combinaison / séparation est un parallélépipède séparateur 60, le câble optique 300 se constitue de N fibres 70 (N étant un entier positif pair) - 3 - se partageant en N/2 fibres d'éclairage 71 dont le rôle est de guider la lumière provenant de la source polychromatique 10 vers la tête de mesure 200, et en N/2 fibres de reprise 72 permettant de guider la lumière provenant de la tête de mesure 200 vers le dispositif d'analyse spectrale 20. Les extrémités 73 et 74, respectivement, des fibres 71 et 72 du côté de la tête de mesure 200 sont optiquement conjuguées avec la surface de l'objet 400. Les extrémités 75 et 76, respectivement, des fibres 71 et 72 du côté du coffret optoélectronique 100 sont respectivement positionnées en face de la source polychromatique 10 et en entrée du dispositif d'analyse spectral 20. Le principe d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral est le suivant : La source polychromatique 10 émet un rayonnement guidé par un ensemble de N/2 fibres d'éclairages 71, jusqu'à une tête de mesure 200. Les N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71 sont organisés spatialement de façon à définir un champ latéral de mesure (une ligne, un disque, ou un rectangle par exemple). Les rayons lumineux émis par chacune des N/2 fibres d'éclairage 71 se propagent dans la tête de mesure 200 dotée de champs latéral et de chromatisme axial. Les longueurs d'ondes appartenant au spectre de la source polychromatique 10 sont alors dispersées le long de l'axe optique. Un continuum de longueurs d'ondes est généré pour chaque point du champ, générant ainsi un volume de mesure 500 dans l'espace de l'objet 400. Pour chaque point du champ, une longueur d'onde est parfaitement focalisée sur l'objet 400, à la condition que la surface à mesurer de l'objet 400 soit à l'intérieur du volume de mesure 500. Chaque longueur d'onde parfaitement focalisée pour chaque point du champ latéral est rétrodiffusée par l'objet 400. La lumière rétrodiffusée se propage en sens inverse dans la tête de mesure puis à travers un ensemble de combinaison / séparation 60 et se focalise sur les N/2 extrémités 74 des N/2 fibres de reprise 72. Les N/2 extrémités 74 sont conjugués avec les N/2 extrémités 73, et par conséquent les extrémités 73 et 74 ont strictement la même organisation spatiale (ligne, disque, rectangle ou autres). Les N/2 fibres de reprise 72 guident chaque longueur d'onde, parfaitement focalisée sur l'objet 400 pour chaque point du champ latéral, vers l'entrée d'un dispositif d'analyse spectrale 20. Le dispositif d'analyse spectrale 20 - un spectromètre à réseau par exemple - est pourvu d'un photodétecteur 21 qui permet la visualisation des N/2 spectres correspondant aux N/2 point de mesures constituants le champ latéral. Chaque spectre révèle un pic d'intensité correspondant à la longueur d'onde parfaitement focalisée sur l'objet 400 pour chaque point du champ. Les moyens informatiques et électronique 30 permettent de traiter chacun des spectres, de déterminer la position des N/2 pics, de calculer les N/2 altitudes équivalentes et de transmettre simultanément ses données à travers un câble de transmission de données 32 jusqu'à un ordinateur 600. La mesure des N/2 altitudes distribuées dans le champ latéral est alors réalisée simultanément. Dans un autre mode de réalisation décrit par le brevet de référence [2], il est également possible de positionner un miroir de balayage dans la tête de mesure 200 entre le collimateur 51 et l'objectif chromatique 52 afin de mesurer successivement un ensemble de points. - 4 - L'invention décrite par le brevet de référence [3], concerne un appareil de mesure confocal chromatique ligne selon l'art antérieur. D'autres modes de réalisation existent pour ce type de dispositif de mesure confocal chromatique doté de champ latéral [Cf. Référence 3]. Le mode de réalisation décrit dans le brevet [3] est similaire au précédent, il précise qu'il est également possible d'introduire une matrice de micro miroirs ou une matrice de cristaux liquides commutable séquentiellement par des moyens électroniques de modulation périodique. Cette matrice positionnée soit entre le câble d'éclairage 71 et la tête de mesure 200, soit entre la source polychromatique 10 et le câble d'éclairage 71 permet d'éclairer séquentiellement les points appartenant au champ latéral. L'apport de ce brevet par rapport au précédent [Cf. Référence 2] se situe dans la possibilité d'éclairer successivement les points voisins d'une même ligne, ce qui n'était pas possible dans le cadre du brevet de référence [2]. La demande de brevet [Cf. Référence 4] concerne un dispositif de mesure confocal chromatique ponctuel autorisant la mesure de déplacements de la surface d'un objet 400 placé dans le volume de mesure 500. Le dispositif décrit par ladite demande de brevet utilise une source polychromatique 10 et plus particulièrement une LED blanche, une lentille diffractive 52 qui introduit une aberration chromatique dans la direction de son axe optique, une lentille dite « objectif », équivalente au collimateur 51 décrit dans la référence [2], qui est positionné plus près de l'objet 400 que la lentille diffractive 52. Le rôle de la lentille « objectif » 51, en la positionnant entre l'objet 400 et la lentille diffractive 52, est de conserver la précision de l'appareil de mesure quel que soit la position axiale de la surface de l'objet 400 dans le volume de mesure 500 de l'appareil. L'auteur de ladite demande de brevet, compare la réponse du dispositif d'analyse spectrale 20 en fonction de la position de la lentille dite « objectif » 51. Il apparait que cette réponse reste constante lorsque la lentille objectif 51 est positionnée entre la lentille diffractive 52 et l'objet 400, conférant au système la propriété d'avoir une précision constante sur toute son étendue de mesure. A contrario, lorsque la lentille « objectif » 51 est positionnée en amont de la lentille diffractive 52, la réponse du dispositif d'analyse spectrale 20, varie en fonction de la position axiale de l'objet 400 à l'intérieur du volume de mesure 500, ce qui est une propriété connue de l'Homme de l'Art.
Cependant, la réponse globale du système de mesure dépend également de la réponse du dispositif d'analyse spectrale 20, et dépend de fait, de sa configuration intrinsèque. Ainsi, et à titre exemple, la réponse d'un spectromètre à réseau est bien différente de celle d'un spectromètre à prisme puisque la formule des prismes donnant la dispersion angulaire en fonction de la longueur d'onde est bien différente de la formule des réseaux. L'Homme de l'Art, se doit alors de mentionner cet effet qui engendre la variance de la réponse globale de l'appareil, et à fortiori de la précision de l'appareil dans son étendue de mesure, en fonction de l'architecture du spectromètre 20 utilisé, et cela quel que soit la position de la lentille dite « objectif » 51. Outre la revendication liée à l'utilisation et au positionnement de la lentille dite « objectif » 51, cette demande de brevet, référence [4], décrit un système utilisant un coupleur à fibres optiques. Le coupleur à fibres optiques remplace la fibre d'éclairage 71 associée à un - 5 - élément de combinaison / séparation de faisceaux 60 et à une fibre de reprise 72. Ce coupleur à fibre permet par conséquent, de guider le flux lumineux, entre un coffret optoélectronique 100 constitué d'une source LED blanche 10, d'un dispositif d'analyse spectrale 20, et d'une unité de commande équivalente aux moyens informatiques et électronique 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure décrits dans la référence [2], et une tête de mesure 200 constituée notamment des lentilles dites objectif 51 et diffractive 52. Cette architecture fibrée, systématiquement utilisée par les sociétés qui conçoivent et/ou fabriquent ces appareils de mesure confocaux chromatiques, est également décrite dans ladite demande de brevet comme apportant une flexibilité pour faciliter le déplacement de la tête de mesure 200 par rapport au contrôleur 100. De plus, il est également mentionné que l'utilisation d'un coupleur à fibres permet de s'affranchir de l'utilisation de filtres spatiaux, ceux-ci étant matérialisés par l'extrémité de la fibre d'éclairage du coupleur fibré. L'Homme de l'Art est conscient des avantages apportés par l'utilisation des fibres 70, que ce soit en termes de flexibilité mais aussi en termes de facilité de fabrication, cependant le dispositif de mesure confocal chromatique selon la présente invention permet également de s'affranchir en tout ou partie des contraintes liées à l'utilisation de ces fibres optiques tout en conservant la flexibilité de l'architecture selon l'art antérieur. Les deux modes de réalisation d'un dispositif de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'art antérieur [Cf. Référence 2 et 3], décrivent des systèmes comportant au moins un câble optique 300 de N fibres optiques 70 reliant un coffret optoélectronique 100 à une tête optique 200, ou, à défaut de regrouper le dispositif d'analyse spectrale 20 et la source polychromatique 10 dans un même coffret optoélectronique 100, de deux câbles optiques 300 de N/2 fibres optiques 71 et 72, reliant respectivement, l'un la source polychromatique 10 à la tête de mesure 200 et l'autre reliant la tête de mesure 200 au dispositif d'analyse spectrale 20. Les N/2 extrémités des fibres 71 et 72 du côté de la tête de mesure 200 constituent respectivement une pluralité de points sources et une pluralité de filtres spatiaux optiquement conjugués. Pareillement, les modes de réalisation d'un dispositif de mesure confocal chromatique ponctuel selon l'art antérieur [Cf. Référence 1 et 4], décrivent également des systèmes comportant au moins une fibre 70 ou un coupleur à fibres reliant un coffret optoélectronique 100 à une tête optique 200. L'Homme de l'Art considère le dispositif de mesure confocal chromatique ponctuel comme étant un cas particulier de l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral pour lequel, un seul et unique point de l'objet 400 est mesuré (altitude ou épaisseur) et pour lequel, le nombre de fibres 70 utilisées est réduit à N=2 ou à un coupleur fibré. Les modes de réalisation, utilisant un câble optique 300 de N fibres 70, sont très ingénieux, car ils permettent de déporter la tête de mesure loin des moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure, et du bloc d'alimentation 40. Ceci permet à l'opérateur de configurer l'appareil de mesure et d'effectuer des mesures tout en étant à - 6 - distance de la ligne de production par exemple. De plus, ce mode de réalisation simplifie l'intégration de l'appareil de mesure par le fait que les trous de filtrage sont matérialisés par l'extrémité de chacune des N fibres 70 contenues dans le câble optique 300, échappant en cela à la difficulté d'introduire N trous de filtrage dans le dispositif. Cependant, de part, leur longueur, leur capacité plus ou moins importante à résister à des contraintes mécaniques de frottement, de cisaillement, de torsion ou d'élongation, leur perte de transmission photométrique en fonction du rayon de courbure imposé, les câbles optiques 300 sont sujets à se détériorer lorsque l'appareil de mesure est soumis à de nombreux cycles répétitifs comportant de fortes accélérations et/ou à des mouvements de rotation, ce qui est précisément le cas lorsque ces appareils de mesures sont sollicités sur des unités de production pour le contrôle dimensionnel. Enfin, la maintenance de l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral, en cas de brisure d'une ou plusieurs fibres 70 appartenant au câble optique 300, devient rapidement complexe et nécessite le retour de l'appareil de mesure dans les locaux du fabricant afin de changer le câble optique complet (le changement d'une unique fibre 70 n'étant pas possible pour des raisons d'intégration par collage dans des rainures en forme de V le plus souvent). Afin de prévenir ces pannes impossibles à réparer sur site, l'utilisateur peut être contraint de stocker un ou plusieurs appareils de remplacement, afin de pouvoir procéder à un échange standard en cas de panne. Cette contrainte a un impact souvent insupportable sur les coûts d'exploitation et de maintenance. Les câbles optiques 300 utilisés dans les appareils de mesures confocaux chromatiques dotés de champ tel que mis en oeuvre dans l'art antérieur, sont donc une contrainte pour les intégrateurs et utilisateurs que l'invention décrite ici permet de surmonter en tout ou partie.
Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 illustre un mode de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'art antérieur. La figure 2 illustre un premier mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, pour lequel la source polychromatique est intégrée dans la tête de mesure. La figure 3A illustre, un premier mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique associé à un guide de lumière, dans lequel le guide de lumière contient N/2 fibres d'éclairage. La figure 3B illustre, un second mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique associé à un guide de lumière, dans lequel le guide de lumière est une partie d'un ensemble de N/2 coupleurs à fibres. La figure 3C illustre, un troisième mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique associé à un guide de lumière, dans lequel le guide de lumière est constitué d'une optique de mise en forme du faisceau, d'un homogénéiseur, d'un masque à trous. - 7 - La figure 3D illustre, un quatrième mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique associé à un guide de lumière, mais qui diffère des précédents en ceci : les sources polychromatiques sont des micro-LEDs positionnées en amont de l'ensemble de combinaison / séparation de faisceaux.
La figure 4A illustre, schématiquement, un second mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention appelé Tête optique 200 avec dispositif d'analyse spectrale 20 intégré. La figure 4B illustre, schématiquement, une variante du second mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention appelé Tête optique 200 avec dispositif d'analyse spectrale 20 intégré. La figure 5A illustre un premier mode préférentiel de réalisation de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré. La figure 5B illustre un second mode préférentiel de réalisation de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré.
La figure 5C illustre un mode de réalisation non conforme de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré. La figure 6 illustre, schématiquement, un troisième mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, pour lequel la ou les source(s) polychromatique(s) et le dispositif d'analyse spectrale et des moyens informatiques et électroniques de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure sont intégrés dans la tête de mesure. La figure 7 illustre, schématiquement, un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, autorisant la mesure simultanée d'une ou plusieurs altitudes et/ou d'une ou plusieurs épaisseurs de tous les points d'un champ de l'objet qui peut potentiellement contenir plusieurs couches. L'invention a pour objectif la suppression des difficultés techniques mentionnées ci-dessus. Ainsi, l'invention, en s'affranchissant de tout ou partie des câbles optiques 300, favorise la robustesse et la compacité de l'appareil de mesure. L'objectif de l'invention est de s'affranchir de tout ou partie des câbles optiques 300 qui sont présents dans tous les appareils de mesures confocaux chromatiques actuels, qu'ils soient ponctuels ou dotés de champ latéral. L'invention permet alors de surmonter les contraintes d'intégration de l'appareil de mesure en milieu industriel, sur ligne de production par exemple. L'invention permet également, d'intégrer le dispositif de mesure sur un système de déplacement motorisé, tel qu'une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT) se présentant le plus souvent sous forme d'un portique de mesure équipé d'axes de translation et/ou d'axes de rotation, ou encore, d'un bras robotisé avec plusieurs axes de rotation. L'absence de - 8 - câbles optiques facilite l'intégration et l'utilisation de l'appareil de mesure selon l'invention sur ce type de système. Trois modes de réalisation permettent de s'affranchir de tout ou partie des câbles optiques 300 afin de surmonter partiellement ou totalement les contraintes découlant de cette architecture dite « modulaire » par le fait qu'elle est constituée de deux élément bien distincts, un coffret optoélectronique 100 et une tête optique 200, reliés par un câble optique 300. Ces trois modes de réalisations sont nommés comme suit et seront décrits par la suite : 1. Tête optique 200 avec source polychromatique 10 intégrée, 2. Tête optique 200 avec dispositif d'analyse spectrale 20 intégrée, 3. Tête optique 200 avec source polychromatique 10 et dispositif d'analyse spectrale 20 intégrée. Pour ces trois modes de réalisation il existe des versions différentes qui seront décrites ci-après. Ces différents modes de réalisation seront illustrés et décrits comme appartenant à la famille des appareils de mesure d'altitude et/ou d'épaisseur confocaux chromatiques dotés de champ latéral, cependant l'invention porte également sur les appareils de mesure d'altitude et/ou d'épaisseur confocaux chromatiques ponctuels qui représente un cas particulier de la configuration multipoints (doté de champ latéral). La figure 2 illustre un premier mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure d'altitude et/ou d'épaisseur confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, pour lequel une source polychromatique 10 est intégrée dans la tête de mesure 200, appelé ici Tête optique 200 avec source polychromatique 10 intégrée. Par ailleurs, la tête de mesure 200, contient également des moyens électroniques 31 permettant de contrôler l'intensité et la fréquence d'émission de la source polychromatique 10, éventuellement une alimentation 41, un ensemble de lentilles 50, et un sous-ensemble guide de lumière 80. Le sous-ensemble guide de lumière 80 constitué, selon la figure 2 et à titre d'exemple, de N/2 fibres d'éclairage 71 et d'un parallélépipède séparateur 60 a pour fonction de guider la lumière de la source polychromatique 10, injectée dans les N/2 extrémités 75 des N/2 fibres d'éclairage 71, vers l'ensemble de lentilles 50 et de structurer la lumière selon un champ latéral objet 11 constitué d'une pluralité de points sources matérialisées par les N/2 extrémités 73 des N/2 fibres d'éclairage 71. L'ensemble de lentilles 50, qui peut être composé d'un collimateur achromatique 51 et d'un objectif chromatique 52 permet à la fois de focaliser les N/2 spots lumineux sur l'objet 400 selon un champ latéral image 12, mais aussi de générer le chromatisme axial désiré qui correspond d'autre part à l'étendue de mesure de l'appareil confocal chromatique. Le collimateur 51 est alors parfaitement corrigé de chromatisme axial et son rôle est de collimater le faisceau provenant du sous-ensemble guide de lumière 80, et de gérer le grandissement de l'ensemble de lentilles optiques 50 et par conséquent de gérer la taille de spot sur la surface de l'objet 400 positionné dans le volume de mesure 500 de l'appareil. L'objectif chromatique 52, qui peut être un ensemble de lentilles ou une optique - 9 - diffractive tel qu'une lentille de Fresnel [Cf. Référence 1 et 4], permet d'obtenir le chromatisme désiré. Ce premier mode préférentiel de réalisation ne surmonte que partiellement les contraintes liées à l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'art antérieur, puisque un câble optique 300 de N/2 fibres de reprise 72 (N étant un entier pair positif) est nécessaire afin de guider la lumière rétrodiffusée provenant de la tête de mesure 200 vers un coffret optoélectronique 100. Les N/2 extrémités 74 des N/2 fibres de reprise 72 à l'intérieur de la tête de mesure 200, sont positionnées dans le plan image conjuguée des N/2 extrémités 73 des N/2 fibres d'éclairage 71, et sont organisées selon un champ latéral image conjugué 13 strictement identique au champ latéral objet 11 puisque l'ensemble de lentilles 50 comme tout ensemble optique utilisé en traversée aller-retour a un grandissement unitaire. Les N/2 extrémités 74 jouent le rôle de trous de filtrage constituant une pluralité de filtres spatiaux, conférant à cet appareil la propriété de confocalité. Dans ce premier mode de réalisation, le coffret optoélectronique 100 contient, un dispositif d'analyse spectrale 20 dont le dernier élément est un photodétecteur 21, des moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure, et un bloc d'alimentation 40. Les N/2 extrémités 76 des N/2 fibres de reprise 72 sont connectées en entrée de dispositif d'analyse spectrale 20 et sont organisées de façon à obtenir un champ latéral image déporté 14 doté d'un échantillonnage spatial compatible avec l'analyse spectrale de chacun des points issus du champ latéral image 12. A titre d'exemple, la figure 2 montre un champ latéral image déporté 14 suivant une ligne, cependant il existe d'autres organisations pour ce champ latéral image déporté 14, tel que par exemple un quadrillage non régulier (espace inter-fibre dans la direction horizontale différente de celle dans la direction verticale), autorisant l'imagerie de plusieurs spectres sur une même ligne. Enfin, le coffret optoélectronique est relié, d'une part, au secteur par l'intermédiaire d'un câble d'alimentation 42, d'autre part, à un ordinateur 600 avec un câble de transmission de données 32 et enfin, à la tête de mesure 200 avec un câble électrique 43. Toutefois, l'Homme de l'Art n'exclut pas une configuration pour laquelle le bloc d'alimentation 40 et/ou le bloc d'alimentation 41 serait une batterie rechargeable et pour laquelle, aucun ou respectivement, seul un câble d'alimentation 42 ou un câble d'alimentation 43 serait nécessaire lors des phases de recharge de batterie. De même nous pouvons également imaginer dans un futur proche la possibilité de transmettre les données en mode sans fil, ce qui permettrait également de s'affranchir des câbles de transmissions de données 32.
Ainsi, ce premier mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention permet de remplacer avantageusement le câble de N/2 fibres d'éclairage 71 reliant le coffret optoélectronique 100 et la tête de mesure 200, par un câble d'alimentation 43. La substitution du câble de N/2 fibres d'éclairage 71 par un câble d'alimentation 43 représente une évolution intéressante pour les intégrateurs de système de contrôle dimensionnel, qui ont par ailleurs largement éprouvé la fiabilité, la - 10 - robustesse et la longévité des câbles électriques et/ou des câbles de transmissions de données dans des systèmes d'inspection industrielle installés sur ligne de production. La différence entre ce premier mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique selon l'invention, et les appareils de mesure selon l'art antérieur se situe dans l'intégration de la source polychromatique 10 à l'intérieur de la tête de mesure 200 et dans l'utilisation d'un sous-ensemble guide de lumière 80 approprié. L'intégration de la ou des sources polychromatiques 10 à l'intérieur de la tête de mesure 200, implique également d'embarquer les moyens électroniques 31 permettant de contrôler l'intensité et la fréquence d'émission de la source polychromatique 10 et éventuellement d'embarquer également son alimentation 41. Plus bas dans le texte, sont décrites les figures 3A, 3B, 3C et 3D représentant les différents modes de réalisation d'un guide de lumière 80 associé à la (ou aux) source(s) polychromatique(s) 10. La figure 3A illustre, un premier mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80, dans lequel le guide de lumière 80 contient N/2 fibres d'éclairage 71 et un parallélépipède séparateur 60. Ces N/2 fibres d'éclairage 71 sont organisées de façon différente à leurs deux extrémités 75 et 73, respectivement, du côté de la source polychromatique 10 et du dispositif de combinaison / séparation de faisceaux 60. Les N/2 extrémités 75 du côté de la source polychromatique 10, sont regroupées et positionnées en face de la (ou des) source(s) polychromatique(s) 10 afin de collecter le maximum de flux lumineux. Pour ce faire, et à titre d'exemple, les N/2 extrémités 75 des fibres d'éclairage 71 peuvent être regroupées dans un câble circulaire. Bien évidemment, d'autres configurations sont possibles, à titre d'exemple, les N/2 extrémités 75 peuvent être séparées et regroupées dans plusieurs câbles différents, et positionnées en face de plusieurs sources polychromatiques 10. Enfin, à titre d'exemple, une ou plusieurs lentilles peuvent également être positionnées entre la (ou les) source(s) polychromatique(s) 10 et le ou les câbles contenant les N/2 extrémités 75 des fibres d'éclairage 71, afin d'améliorer la collection de flux. Les N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71 du côté de l'ensemble de combinaison / séparation de la lumière 60, sont organisées de façon à obtenir le champ et l'échantillonnage spatial désiré. Ce champ peut représenter une ligne, un rectangle, un disque, ou toute autre forme géométrique permettant de mesurer l'objet 400 de façon optimale. Ainsi à titre d'exemple, dans le cas d'une répartition des N/2 extrémités 73 de fibres d'éclairage 71 le long d'une ligne avec un espace inter-fibre constant, tel que représenté sur la figure 3A, l'Homme de l'Art privilégiera l'utilisation de rainures en forme de V, autorisant un alignement très précis des N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71, ainsi qu'une excellente régularité de la distance entre les fibres. La figure 3B illustre, un second mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80, dans lequel le guide de lumière 80 est une partie d'un ensemble de N/2 coupleurs à fibres comportant pour chacun d'entre eux N/2 fibres d'éclairage 71, N/2 fibres de reprises 72 et N/2 fibres objets 77. Les N/2 fibres d'éclairage 71 ont leurs extrémités 75 du côté de la source polychromatique 10. Les N/2 extrémités 75 sont regroupées et positionnées en face de la ou des sources polychromatiques 10 afin de collecter le maximum de flux lumineux, tel que décrit précédemment, dans le premier mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80. Les N/2 fibres objets 77 ont leurs extrémités 73 du côté de l'ensemble de lentilles 50 non représenté sur la figure 3B, et sont organisées de façon à obtenir le champ et l'échantillonnage spatial désiré, tel que décrit précédemment, dans le premier mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80. A titre d'exemple, une coupe transversale des extrémités 73 des fibres objets 77 selon une organisation linéaire est représentée sur la figure 3B. Enfin les N/2 fibres de reprise 72, appartenant aux N/2 coupleurs à fibres, n'appartiennent pas au sous-ensemble guide de lumière 80. L'ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60 est dans ce cas, l'ensemble des N/2 zones de couplages des N/2 coupleurs à fibres. Pour une question de facilité de représentation, la figure 3B illustre schématiquement les N/2 zones de couplages par un bloc unique, cependant il est bien évident que cet ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60 est constitué de N/2 zones de couplages bien distinctes. Ce second mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80, n'apporte pas de bénéfice remarquable par rapport au premier mode de réalisation illustré par la figure 3A. Le coupleur à fibres permet cependant de s'affranchir de la phase délicate d'intégration qui consiste à aligner les extrémités 74 des fibres de reprises 72 avec les extrémités 73 des fibres d'éclairage 71 inévitable dans le cas du premier mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80. En contrepartie, les N/2 coupleurs à fibres, utilisés dans ce second mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80, constituent une source de lumière parasite rétrodiffusée bien plus importante que celle du coupleur de type parallélépipède séparateur 60, limitant ainsi la dynamique du photodétecteur 21. La figure 3C illustre, un troisième mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80, dans lequel le guide de lumière 80 est constitué d'une optique de mise en forme du faisceau 53, d'un homogénéiseur 54, d'un masque à trous 55. L'optique de mise en forme du faisceau 53 peut être constituée d'une ou plusieurs lentilles, et a pour fonction de mettre en forme le faisceau provenant de la ou des sources polychromatiques 10 et d'injecter ce faisceau à l'entrée d'un homogénéiseur 54 dont le rôle est de rendre le flux lumineux uniforme sur tout le champ latéral 11 afin que chaque point de mesure transporte la même énergie. Cet homogénéiseur 54 peut être, à titre d'exemple, un guide d'onde de coupe carré ou circulaire constitué de deux verres d'indice de réfraction no et n1 différents, tel que décrit sur la coupe transversale 56, afin de guider la lumière dans le matériau d'indice no (le matériau d'indice n1 peut éventuellement être l'air). Le masque de trous 55, dont une coupe transversale 11 est représentée, est généralement positionné immédiatement après l'homogénéiseur 54, et peut idéalement être collé à celui-ci. - 12 - Ce masque de trous 55 permet de définir la matrice de points de mesure qui sera imagée sur l'objet 400 et de définir par conséquent le champ latéral objet 11. Les masques de trous 55 sont réalisés par évaporation / déposition d'un métal, puis l'organisation des trous s'effectue par photolithographie, les zones du masque 55 couvertes d'une couche métallique ont une transmittance optique quasiment nulle et seules les zones dépourvues de dépôt transmettent la lumière provenant de l'homogénéiseur 54. Le masque de trous 55 permet de structurer la lumière selon une organisation qui peut avoir différentes formes, tels qu'une ligne, un disque, un rectangle ou toute autre forme géométrique permettant de mesurer l'objet 400 de façon optimale. Le masque de trous 55 permet d'obtenir une excellent répétabilité des motifs, tant en terme de forme qu'en terme de positionnement des motifs ou trous dans la matrice de motifs. Les motifs ou trous sont à titre d'exemple circulaires, mais peuvent également être carrés ou de toutes autres formes géométriques. Ce troisième mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80, utilise donc un guide de lumière 80 qui a l'avantage de s'affranchir de l'utilisation de fibres optiques d'éclairage 71, cependant l'Homme de l'Art est conscient de la perte de flux, et donc de la perte d'efficacité photométrique engendrée par cette configuration. Une configuration similaire à celle décrite sur la figure 3C, consisterait à utiliser un masque 55 constitué de plusieurs lignes pleines parallèles entre elles, plutôt que plusieurs lignes de trous, ce qui permettrait de gagner en efficacité photométrique, mais cela engendre une perte de confocalité dans une direction. Cette perte de confocalité se traduit par une perte de résolution latérale induite par le fait que chaque point de mesure reçoit également l'information optique de ses proches voisins, ce phénomène appelé également cross-talk peut fortement détériorer la mesure en termes de résolution latérale mais également en termes de précision axiale, surtout pour la mesure d'objets non uniforme photométriquement et/ou comportant des discontinuités locales. Enfin il est également possible de ne pas utiliser d'homogénéiseur 54, ce qui engendrerait une réponse photométrique différente en fonction du point observé sur l'objet 400. Ceci a pour effet de limiter fortement la dynamique de mesure, puisque, dans cette configuration, les points situés au centre du champ emettent un signal plus intense que les points situés en bord de champ.
La figure 3D illustre, un quatrième mode préférentiel de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80, mais qui diffère des précédents en ceci : les sources polychromatiques 10 sont des micro-LEDs positionnées en amont de l'ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60, et la propagation s'effectue en champ libre entre la matrice de micro-LEDs 10 et l'ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60. Ce quatrième mode préférentiel de réalisation simplifie considérablement l'architecture globale, puisque chaque micro-LED constitue un point source ponctuel qui est directement imagé par l"ensemble de lentilles 50 sur l'objet 400. Cette matrice de micro-LEDs a une double fonction, elle constitue à la fois les sources polychromatiques 10 et définit également le champ latéral objet 11. Cet ensemble de micro-LEDs, dont l'intensité lumineuse par unité de surface est tout à fait compatible avec l'appareil de mesure confocal chromatique - 13 - selon l'invention, est une technologie assez récente issue de la micro-électronique et qui bénéficie donc de procédés de fabrication permettant d'atteindre des tailles de surface émettrice jusqu'à 20pm de diamètre et une organisation structurée très précise et extrêmement répétable. De plus il est également possible d'adresser individuellement chacune des micro-LEDs appartenant à cette matrice, offrant ainsi la possibilité d'éclairer chacune des LEDs successivement ou d'éclairer des groupes de LEDs successivement, ce qui répond également à l'une des limitations de l'art antérieur résolue de façon complexe avec des matrice de micro miroirs, par le brevet de référence [3]. Ainsi, dans le mode de réalisation décrit par la figure 3D, il est possible de définir très précisément le champ de mesure qui peut représenter une ligne, un rectangle, un disque, ou toute autre forme géométrique permettant de mesurer l'objet 400 de façon optimale. Ce quatrième mode préférentiel de réalisation permet d'augmenter la compacité de ce sous-ensemble, d'obtenir une excellente maitrise du champ de mesure (sa forme, le périodicité de ses motifs ou trous), de s'affranchir de l'utilisation des fibres optiques d'éclairage 71, d'avoir une efficacité photométrique optimale du fait de l'absence de moyen de guidage ou de transport d'énergie 80 entre la (ou les) source(s) polychromatique(s) 10 et l'ensemble de combinaison / séparation de la lumière 60. La figure 4A illustre, schématiquement, un second mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention appelé Tête optique 200 avec dispositif d'analyse spectrale 20 intégré, pour lequel le dispositif d'analyse spectrale 20, dont le dernier élément est un photodétecteur 21, est intégré dans la tête de mesure 200. Pour ce second mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, la (ou les) source(s) polychromatique(s) 10 est (sont) alors intégrée(s) dans un boitier source indépendant 700 qui contient également des moyens électroniques 31 permettant de contrôler l'intensité et la fréquence d'émission de la source polychromatique 10, éventuellement une alimentation 41. En plus du dispositif d'analyse spectrale, la tête de mesure 200 contient un ensemble de lentilles 50, un ensemble de combinaison / séparation 60 et des moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure. L'ensemble de lentilles 50, qui peut être composé, à titre d'exemple, d'un collimateur achromatique 51 et d'un objectif chromatique 52, permet de focaliser les N/2 spots lumineux provenant des N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairages 71 sur l'objet 400, et permet également de générer le chromatisme axial désiré qui correspond d'autre part à l'étendue de mesure de l'appareil confocal chromatique. Le collimateur 51 est alors parfaitement corrigé de chromatisme axial et son rôle est de collimater le faisceau provenant des N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairages 71, et de gérer le grandissement de l'ensemble de lentilles optiques 50 et par conséquent de gérer la taille de spot sur la surface de l'objet 400 positionnée dans le volume de mesure 500 de l'appareil. L'objectif chromatique 52 est un ensemble de lentilles permettant d'obtenir le chromatisme axial désiré. Ce chromatisme peut également être généré par utilisation d'une optique diffractive tel qu'une lentille de Fresnel [Cf. Référence 1 et 4]. La tête de mesure 200 contient - 14 - également un ensemble de combinaison / séparation 60 dont le rôle est de diriger les faisceaux provenant du champ latéral objet 11 défini par les N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairages 71, vers l'ensemble de lentilles optiques 50 jusqu'à l'objet 400 selon un champ latéral image 12, et de diriger les faisceaux rétrodiffusés par l'objet 400 et provenant de l'ensemble de lentilles optiques 50 vers le dispositif d'analyse spectrale 20 qui est intégré dans la tête de mesure 200. Le parcours des faisceaux rétrodiffusés de l'objet 400 à l'entrée du dispositif d'analyse spectrale 20 s'effectue à travers une liaison fibrée, constituée de N/2 fibres de reprise 72 dont les N/2 extrémités 74 du côté du parallélépipède séparateur 60 sont conjuguées au N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71 et définissent le champ latéral image conjugué 13 qui doit être strictement identique au champ latéral objet 11 afin de ne pas perdre d'information lors de ce couplage optique. Les N/2 extrémités 74 jouent le rôle de trous de filtrage, constituant une pluralité de filtres spatiaux, conférant à cet appareil la propriété de confocalité. En entrée du dispositif d'analyse spectrale 20, les N/2 extrémités 76 des N/2 fibres de reprise 71 sont organisées de façon à obtenir un champ latéral image déporté 14 doté d'un échantillonnage spatial compatible avec l'analyse spectrale de chacun des points issus du champ latéral image 12. A titre d'exemple, la figure 4A montre un champ latéral image déporté 14 suivant une ligne, cependant il existe d'autres organisations pour ce champ latéral image déporté 14, tel que par exemple un quadrillage non régulier (espace inter-fibres dans la direction horizontale différente de celle dans la direction verticale), autorisant l'imagerie de plusieurs spectres sur une même ligne. Enfin, la figure 4A montre un câble optique 300 constitué de N/2 fibres optiques d'éclairage 71 dont les N/2 extrémités 73 jouent le rôle de points sources, dans ce cas, le câble 300 permet de transporter et de structurer le flux lumineux suivant un champ latéral 11. Un nouveau mode de réalisation de l'appareil de mesure correspondant à une tête optique 200 avec dispositif d'analyse spectrale 20 intégré est décrit par la suite et illustré sur la figure 4B, pour lequel le câble optique 300 joue uniquement le rôle de transport de flux lumineux. Ce second mode préférentiel de réalisation ne surmonte que partiellement les contraintes liées à l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'art antérieur, puisque un câble optique 300 composé de la ou des N/2 fibres d'éclairage 71 (N étant un entier pair positif) est nécessaire afin de guider la lumière provenant du boitier source 700, et plus particulièrement de la ou des sources polychromatiques 10, vers la tête de mesure 200. La ou les N/2 extrémités 75 de la ou des N/2 fibres d'éclairage 71 à l'intérieur du boitier source 700 sont positionnées en face de la ou des sources polychromatiques afin de collecter le maximum de flux lumineux.
Enfin, le boitier source 700 est relié, d'une part, au secteur par l'intermédiaire d'un câble d'alimentation 42, et d'autre part à la tête de mesure par un câble d'alimentation 43 et un câble de transmission de données 33. La tête de mesure est quant à elle connectée à un ordinateur 600 par l'intermédiaire d'un câble de transmission de données 32. Toutefois, l'Homme de l'Art n'exclut pas une configuration pour laquelle le bloc d'alimentation 40 et/ou le bloc d'alimentation 41 serait une batterie rechargeable et pour laquelle, aucun ou - 15 - respectivement, seul un câble d'alimentation 42 ou un câble d'alimentation 43 serait nécessaire lors des phases de recharge de batterie. De même nous pouvons également imaginer dans un futur proche la possibilité de transmettre les données en mode sans fil (wireless), autorisant la transmission de flux de données importants en temps réel sans perte, ce qui permettrait également de s'affranchir des câbles de transmissions de données 32 et 33. Ainsi, ce second mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention permet de remplacer avantageusement le câble de N/2 fibres de reprise 72 reliant le coffret optoélectronique 100 et la tête de mesure 200, par un câble d'alimentation 43 et un câble de transmission de données 33. La substitution du câble de N/2 fibres de reprise 72 par un câble d'alimentation 43 et un câble de transmission de données 33 représente une évolution intéressante pour les intégrateurs de système de contrôle dimensionnel, qui ont par ailleurs largement éprouvé la fiabilité, la robustesse et la longévité des câbles électriques et/ou des câbles de transmissions de données dans des systèmes d'inspection industrielle installés sur ligne de production.
La figure 4B illustre, schématiquement, une variante du second mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention appelé Tête optique 200 avec dispositif d'analyse spectrale 20 intégré, qui se différencie de celui décrit précédemment et illustré sur la figure 4A, par le fait que, le câble optique 300 ne contient que une fibre ou plusieurs fibres 78 (si le nombre de sources 10 est supérieur à un). Dans le cas d'une fibre 78 dont le diamètre est adapté, tel qu'illustré à titre d'exemple sur la figure 4B, son extrémité 79 permet de récolter de façon optimale le flux provenant de la source polychromatique 10, et son autre extrémité 15, joue le rôle de source secondaire à l'intérieur de la tête de mesure 200. Dans ce cas la fibre 78 permet de déporter la source à l'intérieure de la tête optique 200, et chacun des trois premiers modes préférentiels de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80 illustrés sur les figures 3A, 3B et 3C, autorise la structuration de la lumière selon un champ latéral objet 11. Cette variante du second mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention appelé Tête optique 200 avec dispositif d'analyse spectrale 20 intégré, permet d'utiliser des fibres 78 de plus gros diamètres entre la source 10 et la tête optique 200, ce qui assure une plus grande robustesse par rapport à l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'art antérieur. Pour ce second mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, pour lequel le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré dans la tête de mesure 200, les figures 4A et 4B illustrent une liaison fibrée entre le parallélépipède séparateur 60 et le dispositif d'analyse spectrale 20, cependant, nous décrirons dans les paragraphes suivants, d'autres modes de propagation du faisceau rétrodiffusé, notamment en champ libre, en s'appuyant respectivement sur les - 16 - figures 5A et 5B qui représentent deux modes préférentiels de réalisation de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré. La figure 5A illustre un premier mode préférentiel de réalisation de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré. Pour ce premier mode préférentiel de réalisation, les N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71 forment un champ latéral objet 11 selon une ligne d'éclairage et l'espace inter-fibres est constant. Afin d'obtenir cette ligne d'éclairage de N/2 points, une méthode d'alignement des fibres dans des rainures en forme de V peut, à titre d'exemple, être utilisée. L'image des N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71 se forme, après double traversée en aller-retour de l'ensemble de lentilles 50 et du parallélépipède séparateur 60, dans un plan conjugué image en amont du dispositif d'analyse spectrale 20 et définit le champ latéral conjugué image 13 dans lequel est positionné une ligne de N/2 trous de filtrage conférant à l'appareil de mesure la propriété de confocalité. Le champ latéral conjugué image 13 est alors parfaitement identique au champ latéral objet 11. Le dispositif d'analyse spectrale 20, qui peut être à titre d'exemple, un spectromètre à réseau ou à prisme ou encore un spectromètre incorporant une lentille diffractive, aura pour fonction de disperser chaque longueur d'onde contenu dans le spectre de la source polychromatique 10, et provenant de chacun des N/2 points de la ligne d'éclairage, dans une direction orthogonale à la ligne définie par le champ latéral conjugué image 13. Le dispositif d'analyse spectrale 20 doit être calculé afin d'accepter un champ de dimension définie par la longueur des N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71. Dans ce premier mode préférentiel de réalisation de la tête de mesure 200 dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré, le faisceau se propage en champ libre entre les N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71 et le photodétecteur 21. A titre d'exemple, l'organisation des spectres 22 sur le photodétecteur 21, issue du champ latéral conjugué image linéaire 13 en entrée de dispositif d'analyse spectrale 20, est également représentée sur la figure 5A. Les moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure permettront notamment de traiter le signal délivré par le photodétecteur 21 et de transmettre les données traitées à un ordinateur 600 via un câble de transmission de données 32.
La figure 5B illustre un second mode préférentiel de réalisation de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré. Pour ce second mode préférentiel de réalisation, les N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71 forment un champ latéral objet 11 selon un quadrillage régulier d'éclairage dont l'espace inter-fibres est constant dans les deux directions. A titre d'exemple, il est possible d'obtenir ce quadrillage régulier d'éclairage de N/2 points, par superposition et collage de plusieurs rainures en forme de V. L'image des N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71 se forme, après double traversée en aller-retour de l'ensemble de lentilles 50 et du parallélépipède séparateur 60, dans un plan conjugué image en amont du dispositif d'analyse spectrale 20 et définit le champ latéral conjugué image 13. Le champ latéral conjugué image 13 est alors parfaitement identique au champ latéral objet 11. - 17 - Ce second mode de réalisation de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré, utilise N/2 fibres de reprise 72 positionnées de telle sorte que leurs N/2 extrémités 74 du côté du parallélépipède séparateur 60 soient strictement organisées selon le champ latéral objet 11, c'est-à-dire suivant un quadrillage régulier. Les N/2 extrémités 74 disposées suivant un quadrillage régulier jouent le rôle de trous de filtrage, constituant une pluralité de filtres spatiaux, conférant à cet appareil la propriété de confocalité. Du côté du dispositif d'analyse spectrale 20, les N/2 extrémités 76 des fibres de reprises 72 sont organisées suivant un champ image déporté 14 de façon à optimiser les performances de l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention. A titre d'exemple, la figure 5B décrit une organisation, des N/2 extrémités 76 des fibres de reprises 72, suivant un quadrillage non régulier (espace inter-fibres dans la direction horizontale différente de celle dans la direction verticale), autorisant l'imagerie de plusieurs spectres sur une même ligne tout en garantissant leurs non-recouvrements. Nous décrirons dans le paragraphe suivant un mode de réalisation de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré, incompatible avec l'appareil de mesure pour des raisons de recouvrement de spectres. Dans cette configuration, un dispositif d'analyse spectrale 20 à prisme ou un dispositif d'analyse spectrale 20 utilisant une lentille diffractive sera préféré afin d'éviter également tout recouvrement d'ordres de diffraction qui serait induit par un réseau de diffraction. Dans ce second mode préférentiel de réalisation de la tête de mesure 200 dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré, l'utilisation de N/2 fibres de reprise 72 est nécessaire afin d'organiser de façon optimale le champ latéral image déporté 14 en entrée de dispositif d'analyse spectrale 20. A titre d'exemple, l'organisation des spectres 22 sur le photodétecteur 21 issue d'une répartition suivant un quadrillage non régulier des N/2 extrémités 76 des fibres de reprises 72 est également représentée sur la figure 5B. Les moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure permettront notamment de traiter le signal délivré par le photodétecteur 21 et de transmettre les données traitées à un ordinateur 600 via un câble de transmission de données 32.
Afin d'appréhender plus spécifiquement les problèmes liés à l'organisation des extrémités 76 des fibres de reprises 72 en entrée de dispositif d'analyse spectrale 20, la figure 5C illustre un mode de réalisation non conforme de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré. Ce mode de réalisation non conforme reprend, à l'éclairage, le champ latéral objet 11 sous forme d'un quadrillage régulier tel que dans le second mode préférentiel de réalisation de la tête de mesure 200, illustré par la figure 5B, et à la reprise, une propagation du faisceau en champ libre, tel que décrit dans le premier mode préférentiel de réalisation de la tête de mesure 200, et tel qu'illustré par la figure 5A. Ce mode de réalisation de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré, ainsi défini, est inadaptée car le champ latéral image conjugué 13 est un quadrillage régulier qui ne peut être imagé par un dispositif d'analyse spectrale - 18 - conventionnel. En effet, l'image d'une matrice de point image selon un quadrillage régulier à travers le dispositif d'analyse spectral 20 engendre des recouvrements de spectres entre points voisins. A titre d'exemple, l'organisation des spectres 22 sur le photodétecteur 21 issue d'une répartition suivant un quadrillage régulier des N/2 extrémités 76 des fibres de reprises 72 est représentée sur la figure 5C, montrant le problème de recouvrement de spectres. Toutefois, il est possible de concevoir un dispositif d'analyse spectrale 20 qui permette malgré tout de séparer suffisamment les spectres dans une direction afin d'interdire tout recouvrement, mais de facto, du fait du quadrillage régulier, les points imagés dans l'autre direction sont également fortement espacés, et nécessitent l'utilisation d'un photodétecteur bidimensionnel 21 dont les pixels sont rectangulaires avec un fort rapport de forme et/ou d'utiliser un photodétecteur bidimensionnel 21 avec un nombre beaucoup plus élevé de pixels dans une direction que dans l'autre, ou encore de n'analyser qu'un faible nombre de points. Les différentes solutions proposées bien que réalisables ne semblent pas judicieuses à l'Homme de l'Art qui ne les écarte toutefois pas.
Ainsi, lorsque la propagation s'effectue en champ libre, l'Homme de l'Art comprend aisément que l'organisation décrite par les N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71 peut malgré tout être quelconque, mais qu'une organisation autre que linéaire, complexifie substantiellement la conception du dispositif d'analyse spectrale 20. Les performances du système en souffrent en raison notamment du grand nombre de spectres partagés par une ligne et donc au faible nombre de pixels utilisés pour imager chaque spectre. Lorsqu'une organisation décrite par les N/2 extrémités 73 de fibres d'éclairage 71 autre que linéaire est préférable pour décrire le champ dans l'espace de l'objet 400, l'Homme de l'Art, privilégiera l'utilisation de N/2 fibres de reprise 72 (Cf. Figure 5B) disposées entre l'ensemble de combinaison / séparation 60, et l'entrée du dispositif d'analyse spectrale 20, de telle sorte que, les N/2 fibres de reprise 72 ont leurs extrémités 74, du côté de l'ensemble de combinaison / séparation 60, organisées strictement de la même façon que les N/2 extrémités 73 des fibres d'éclairage 71. Du côté du dispositif d'analyse spectrale 20, les N/2 extrémités 76 des fibres de reprises 72 seront organisées de façon à optimiser les performances de l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention. Une organisation linéaire des N/2 extrémités 76 des fibres de reprises 72 sera bien souvent privilégiée impliquant d'avoir un spectre par ligne, et donc une résolution maximale induisant une précision optimisée de l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention. L'Homme de l'Art comprend cependant qu'une autre organisation des N/2 extrémités 76 des fibres de reprises 72, à titre d'exemple, pouvant être de type matrice rectangulaire non régulière (espace inter-fibre dans la direction horizontale différente de celle dans la direction verticale) pourra permettre de disposer plusieurs spectres sur une même ligne, et ainsi de mesurer à des cadences plus élevées que pour une organisation linéaire. Pour information, la cadence de mesure est dictée par la capacité du photodétecteur 21 à lire et transmettre des images rapidement. Cette cadence dépend du nombre de lignes lues. Le traitement du signal étant suffisamment rapide pour ne pas être un facteur limitant, par -19- conséquent plus le nombre de spectres partagés par une ligne du photodétecteur 21 est important, plus la cadence de mesure est élevée. La figure 6 illustre un troisième mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention appelé Tête optique 200 avec source polychromatique 10 et dispositif d'analyse spectrale 20 intégrés, pour lequel la (ou les) source(s) polychromatique(s) 10, le dispositif d'analyse spectrale 20, des moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure, et un bloc d'alimentation 40 sont intégrés dans la tête de mesure 200. Pour ce troisième mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, la tête de mesure 200, contient également un guide de lumière 80, un ensemble de lentilles 50. Le guide de lumière 80 contient selon la figure 6, un ensemble de N/2 fibres d'éclairage 71 et un ensemble de combinaison / séparation 60. Tel que décrit précédemment, les N/2 fibres d'éclairage 71 ont pour fonction de collecter, depuis ses N/2 extrémités 75, la lumière provenant de la ou des sources polychromatique 10, de guider la lumière vers un ensemble de combinaison / séparation 60, et de structurer la lumière selon un champ latéral objet 11 défini par ses N/2 extrémités 73 du côté de l'ensemble de combinaison / séparation 60. L'ensemble de combinaison / séparation 60, qui peut, à titre d'exemple, être un parallélépipède séparateur, a pour fonction de diriger les faisceaux provenant du champ latéral objet 11 vers l'ensemble de lentilles optiques 50 jusqu'à l'objet 400, et de diriger les faisceaux rétrodiffusés par l'objet 400 au travers de l'ensemble de lentilles optiques 50 vers le dispositif d'analyse spectrale 20. L'ensemble de lentilles 50, qui peut être composé d'un collimateur 51 et d'un objectif chromatique 52 permet à la fois de focaliser les N/2 spots lumineux sur l'objet 400 selon un champ latéral image 12, mais aussi de générer le chromatisme axial désiré qui définit en par- tie le volume de mesure 500 de l'appareil confocal chromatique. Les faisceaux rétrodiffusés par l'objet 400 sont alors imagés à travers l'ensemble de lentilles 50 afin de former un champ latéral image conjugué 13 dans le plan des N/2 extrémités 74 de fibres de reprise 72. Ainsi, l'appareil de mesure est constitué, entre autre, d'une pluralité de filtres spatiaux situés dans le plan image conjugué 13 d'un ensemble de lentilles 50, et organisés strictement identique- ment aux points sources situés dans un champ latéral objet 11. Ces filtres spatiaux peuvent être matérialisés par les extrémités 74 des fibres de reprise 72 situées entre un ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60 et un dispositif d'analyse spectrale 20, ou par une matrice de trous lorsque la propagation entre un ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60 et un dispositif d'analyse spectrale 20 s'effectue en champ libre. Cette pluralité de filtres spatiaux conjuguée aux points sources confère à l'appareil de mesure la propriété de confocalité. Le champ image conjugué 13 est repris par les N/2 extrémités 74, puis déporté et réorganisé selon un champ latéral image déporté 14, formé par les extrémités 76 des fibres de reprise 72, à l'entrée du dispositif d'analyse spectrale 20. Le champ latéral image déporté 14 est doté d'un échantillonnage spatial compatible avec l'analyse spectrale de chacun des -20- points issus du champ latéral image 12. La figure 6 montre, à titre d'exemple, un champ latéral image déporté 14 organisé selon une ligne de points régulièrement espacés. La figure 6 représente un mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, cependant l'Homme de l'Art est conscient de l'existence d'autres modes de réalisation. Pour s'en convaincre, il suffit de combiner l'un des différents modes préférentiels de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80 illustré sur les figures 3A, 3B, 3C et 3D, avec l'un des deux modes préférentiel de réalisation de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré, illustré sur les figures 5A et 5B. Ces différents modes préférentiels de réalisation du sous-ensemble source polychromatique 10 associé à un guide de lumière 80 ainsi que les deux modes préférentiel de réalisation de la tête de mesure 200, dans laquelle, le dispositif d'analyse spectrale 20 est intégré, sont évidemment compatibles avec ce troisième mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention.
Ce troisième mode préférentiel de réalisation surmonte entièrement les contraintes liées à l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'art antérieur, puisque les câbles optiques 300 de N/2 fibres d'éclairage 71 et N/2 fibres de reprise 72 (N étant un entier pair positif) sont abandonnés et avantageusement remplacés par un câble d'alimentation 42 et un câble de transmission de données 32 qui peut être à titre d'exemple, de type CameraLink ou Giga-Ethernet. Les câbles électriques et/ou les câbles de transmissions de données qui ont par ailleurs largement été éprouvés dans des systèmes d'inspection industrielle sont robustes, flexibles, insensibles aux contraintes d'accélération ou de rotation liées au mouvement de la tête de mesure et sont facilement remplaçables en cas de détérioration. De facto, ce troisième mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, répond parfaitement aux besoins industriels d'intégration. Ainsi, ce troisième mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, en s'affranchissant de tout câble optique, favorise la robustesse et la compacité de l'appareil de mesure.
Ce troisième mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention, permet également, d'intégrer le dispositif de mesure sur un système de déplacement motorisé, tel qu'une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT) se présentant le plus souvent sous forme d'un portique de mesure équipé d'axes de translation et/ou d'axes de rotation, ou encore, d'un bras robotisé avec plusieurs axes de rotation. L'absence de câbles optiques facilite l'intégration et l'utilisation de l'appareil de mesure selon l'invention sur ce type de système. Le dispositif décrit permet la mesure simultanée d'une ou plusieurs altitudes et/ou d'une ou plusieurs épaisseurs de tous les points d'un champ de l'objet qui peut potentiellement contenir plusieurs couches transparentes, soit dans le domaine du visible, soit dans le domaine de l'Infra-Rouge. La figure 7 décrit le signal obtenu lorsqu'un objet 400, -21- possédant plusieurs couches, est positionné dans le volume de mesure 500 d'une tête de mesure 200 telle que celle décrite par le troisième mode préférentiel de réalisation d'un appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention. Ainsi, la tête de mesure contient une ou plusieurs sources polychromatique 10, un sous-ensemble guide de lumière 80, un ensemble de lentilles 50, un dispositif d'analyse spectrale 20, ainsi que des moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure, et un bloc d'alimentation 40. La tête de mesure peut - à titre d'exemple - éclairer un champ latéral image 12 sur les différentes surfaces de l'objet, et ce champ peut ensuite - à titre d'exemple - être réorganisé suivant une ligne de points équidistants définissant ainsi le champ latéral image déporté 14, en entrée de dispositif d'analyse spectrale 20. L'image spectrale 22, recueillie sur le photodétecteur 21, est alors une succession de N/2 spectres parallèles entre eux et équidistants. Enfin l'image 23 représente un spectre « p » parmi les N/2 spectres imagés sur le photodétecteur 21. Ce spectre « p » contient 5 pics, appelés « pics confocaux chromatiques », correspondant aux 5 interfaces de l'objet 400. Ainsi, la détection de ces 5 pics et le calcul de leurs positions respectives, permet de calculer l'altitude de chaque interface, mais aussi l'épaisseur de chaque couches de l'objet 400 à condition de connaitre l'indice de réfraction de chacune des couches. Par conséquent, si cette détection et ce calcul de position est appliqué pour chacun des N/2 spectres, il est possible de calculer simultanément chaque altitude et chaque épaisseur de l'objet 400 pour N/2 points du champ latéral image 12. Enfin, il est possible de réaliser cet appareil de mesure indépendamment, dans le domaine du visible ou de l'Infra Rouge, de sorte que la source polychromatique 10 émet respectivement un rayonnement dans la bande spectrale du visible ou de l'Infra-Rouge, que l'ensemble de lentilles optiques 50 soit calculé afin d'être doté de chromatisme axial maitrisé respectivement dans la bande spectrale du visible ou de l'Infra-Rouge, et que enfin le dispositif d'analyse spectrale 20 soit également conçu pour analyser des spectres respectivement dans la bande spectrale du visible ou de l'Infra-Rouge. Ainsi, l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention permet la mesure simultanée d'une ou plusieurs altitudes et/ou d'une ou plusieurs épaisseurs de tous les points d'un champ de l'objet qui peut potentiellement contenir plusieurs couches transparentes soient dans le domaine du visible ou de l'Infra-Rouge. Ce type de dispositif est adapté à de multiples applications industrielles; de la mesure de wafer dans le domaine du semiconducteur à la mesure et au contrôle en ligne de pièces mécanique, ou même à la mesure et au contrôle d'épaisseur de verre ou de films plastiques. D'autres domaines d'applications existent, le point commun est la recherche d'un système de mesure de plus en plus rapide, de plus en plus compact et le plus flexible possible, et il apparait clairement ici que l'appareil de mesure confocal chromatique doté de champ latéral selon l'invention répond à ces différents besoins.40 -22- Références: [1] US Patent 4585349, C. Dahne, D. Gross, Method of and apparatus for determining the position of a device relative to a reference, 29-04-1986. [2] EP Patent 2500685A1, H. Masayuki, H. Mariko, Confocal measurement device, 19-09- 2012. [3] FR Patent 2950441A1, Y. Cohen Sabban, Capteur optique doté de champ latéral pour la numérisation 3D, 25-03-2011. [4] US Patent 20120019821A1, C. Yi-Wei, C. Liang-Chia, W. Yong-Lin, Linear chromatic confocal microscopic system, 26-01-2012.10
Claims (13)
- REVENDICATIONS1) Un appareil de mesure d'altitude confocal chromatique, caractérisé en ce que : - Une pluralité de points distincts d'un objet 400 est mesurée simultanément, - Son volume de mesure est défini, dans la direction de l'axe optique par son chromatisme axial, et dans le plan normal à l'axe optique par son champ latéral image 12 constitué d'une pluralité de points images, Seuls des câbles d'alimentation 42 et de transmission de données 32 sont connectés à l'appareil de mesure, - Une tête de mesure 200 contient tous les éléments constitutifs de l'appareil de mesure. L'appareil de mesure est constitué des moyens techniques suivants : - Une tête de mesure 200 constituée des moyens techniques suivants : Une ou plusieurs sources polychromatiques 10 permettant de générer soit directe- ment en champ libre soit en se propageant à l'intérieur d'un ensemble de fibres op- tiques d'éclairage 71, une pluralité de points sources. Un ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60, Un ensemble de lentilles 50 formant un système optique chromatique capable d'accepter un champ latéral objet 11 défini par une pluralité de points sources, et dont l'une au moins des lentilles possède du chromatisme axial étendu, lequel forme dans l'espace de l'objet 400 un champ latéral image 12, dont la position axiale dépend de la longueur d'onde. Un dispositif d'analyse spectrale 20 associé à un photodétecteur 21, dont la fonction est d'imager une pluralité de spectres correspondant à une pluralité de points consti- tuant le champ latéral image 12. Une pluralité de filtres spatiaux situés dans le plan image conjugué 13 d'un ensemble de lentilles 50, et organisés strictement identiquement aux points sources situés dans un champ latéral objet 11. Ces filtres spatiaux peuvent être matérialisés par les extrémités 74 des fibres de reprise 72 situées entre un ensemble de combinaison / sé- partition de faisceaux 60 et un dispositif d'analyse spectrale 20, ou par une matrice de trous lorsque la propagation entre un ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60 et un dispositif d'analyse spectrale 20 s'effectue en champ libre. Cette pluralité de filtres spatiaux conjuguée aux points sources confère à l'appareil de mesure la propriété de confocalité. Des moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure, in--24- cluant la possibilité d'avoir un module d'acquisition de signal dans la tête de mesure et les moyens de traitement du signal déportés.
- 2) Un appareil de mesure d'altitude confocal chromatique, caractérisé en ce que : - Une pluralité de points distincts d'un objet 400 est mesurée simultanément, - Son volume de mesure est défini, dans la direction de l'axe optique par son chromatisme axial, et dans le plan normal à l'axe optique par son champ latéral image 12 constitué d'une pluralité de points images, - Un câble optique 300 constitué d'une pluralité de fibres optiques relie une tête de mesure 200 et un coffret optoélectronique 100, Un câble d'alimentation 42 est connecté à une tête de mesure 200, - Un câble de transmission de données 32 est connecté à un coffret optoélectronique 100, L'appareil de mesure est constitué des moyens techniques suivants : - Une tête de mesure 200 constituée des moyens techniques suivants : Une ou plusieurs sources polychromatiques 10 permettant de générer soit directe- ment en champ libre soit en se propageant à l'intérieur d'un ensemble de fibres op- tiques d'éclairage 71, une pluralité de points sources. - Un ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60, - Un ensemble de lentilles 50 formant un système optique chromatique capable d'accepter un champ latéral objet 11 défini par une pluralité de points sources, et dont l'une au moins des lentilles possède du chromatisme axial étendu, lequel forme dans l'espace de l'objet 400 un champ latéral image 12, dont la position axiale dépend de la longueur d'onde. Une pluralité de filtres spatiaux situés dans le plan image conjugué 13 d'un ensemble de lentilles 50, et organisés strictement identiquement aux points sources situés dans un champ latéral objet 11. Ces filtres spatiaux peuvent être matérialisés par les extrémités 74 des fibres de reprise 72 situées entre un ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60 et un dispositif d'analyse spectrale 20, ou par une matrice de trous lorsque la propagation entre un ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60 et un dispositif d'analyse spectrale 20 s'effectue en champ libre. Cette pluralité de filtres spatiaux conjuguée aux points sources confère à l'appareil de mesure la propriété de confocalité. - un coffret optoélectronique 100 constitué des moyens techniques suivants : Un dispositif d'analyse spectrale 20 associé à un photodétecteur 21, dont la fonction est d'imager une pluralité de spectres correspondant à une pluralité de points consti- tuant le champ latéral image 12.-25- Des moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure, incluant la possibilité d'avoir un module d'acquisition de signal dans la tête de mesure et les moyens de traitement du signal déportés. - et un câble optique 300 reliant une tête de mesure 200 et un coffret optoélectronique 100.
- 3) Un appareil de mesure d'altitude confocal chromatique, caractérisé en ce que : Une pluralité de points distincts d'un objet 400 est mesurée simultanément, - Son volume de mesure est défini, dans la direction de l'axe optique par son chromatisme axial, et dans le plan normal à l'axe optique par son champ latéral image 12 constitué d'une pluralité de points images, - Un câble optique 300 constitué d'une pluralité de fibres optiques relie une tête de mesure 200 et un boitier source 700, - Des câbles d'alimentation 43 et de transmission de données 32 sont connectés à une tête de mesure 200, Un câble d'alimentation 42 est connecté à un boitier source 700, L'appareil de mesure est constitué des moyens techniques suivants : - Une tête de mesure 200 constituée des moyens techniques suivants : Un ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60, Un ensemble de lentilles 50 formant un système optique chromatique capable d'accepter un champ latéral objet 11 défini par une pluralité de points sources, et dont l'une au moins des lentilles possède du chromatisme axial étendu, lequel forme dans l'espace de l'objet 400 un champ latéral image 12, dont la position axiale dépend de la longueur d'onde. Un dispositif d'analyse spectrale 20 associé à un photodétecteur 21, dont la fonction est d'imager une pluralité de spectres correspondant à une pluralité de points consti- tuant le champ latéral image 12. - Une pluralité de filtres spatiaux situés dans le plan image conjugué 13 d'un ensemble de lentilles 50, et organisés strictement identiquement aux points sources situés dans un champ latéral objet 11. Ces filtres spatiaux peuvent être matérialisés par les extrémités 74 des fibres de reprise 72 situées entre un ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60 et un dispositif d'analyse spectrale 20, ou par une matrice de trous lorsque la propagation entre un ensemble de combinaison / séparation de faisceaux 60 et un dispositif d'analyse spectrale 20 s'effectue en champ libre. Cette pluralité de filtres spatiaux conjuguée aux points sources confère à l'appareil de mesure la propriété de confocalité.-26- Des moyens informatiques et électroniques 30 de traitement du signal, de calcul, de transmission de données, de pilotage et de configuration de l'appareil de mesure, incluant la possibilité d'avoir un module d'acquisition de signal dans la tête de mesure et les moyens de traitement du signal déportés. - un boitier source 700 constitué des moyens techniques suivants : Une ou plusieurs sources polychromatiques 10 permettant de générer soit directement en champ libre soit en se propageant à l'intérieur d'un ensemble de fibres optiques d'éclairage 71, une pluralité de points sources, - des moyens électroniques 31 permettant de contrôler l'intensité et la fréquence d'émission de ou des sources polychromatique 10, une alimentation 41. - et un câble optique 300 reliant une tête de mesure 200 et un boitier source 700.
- 4) Un appareil de mesure d'altitude confocal chromatique, selon la revendication 3 caractérisé en ce que : Le câble optique 300 est constitué d'une ou plusieurs fibres optiques 78 de diamètre adapté reliant une tête de mesure 200 et un boitier source 700, et dont la ou les extrémités à l'intérieur de la tête de mesure 200 jouent le rôle de source secondaire 15.
- 5) Un appareil de mesure d'altitude confocal chromatique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que : La ou les sources polychromatiques 10 intégrée dans une tête optique 200 est une matrice de micro-LEDs constituant une pluralité de points sources organisés selon un champ latéral objet 11,
- 6) Un appareil de mesure d'altitude confocal chromatique selon la revendication 5, caractérisé en ce que : La matrice de micro-LEDs constituant une pluralité de points sources organisés selon un champ latéral objet 11, est adressable autorisant la mesure successive, isolément ou par groupes, d'une pluralité de points distincts d'un objet 400.
- 7) Un appareil de mesure d'altitude confocal chromatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que : - Le nombre de points sources et de filtres spatiaux situés dans la tête de mesure 200 est de un, autorisant la mesure d'un seul point de l'objet 400. Le filtre spatial est conjugué au point source conférant à l'appareil de mesure la propriété de confocalité.
- 8) Un appareil de mesure confocal chromatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que : - Les moyens informatiques et électroniques 30 de transmission de données, de pilo- tage et de configuration de l'appareil de mesure, sont un ou plusieurs émetteur récep--27- teur(s) radio fréquences permettant le transfert de données le pilotage et la configuration de l'appareil de mesure par ondes radio fréquences afin d'éliminer l'utilisation d'un câble de transmission de données 32.
- 9) Un appareil de mesure confocal chromatique selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 8 utilisant une batterie rechargeable ou une batterie « auto-suffisante » afin d'éliminer l'utilisation d'un câble d'alimentation 42 au moins pendant la durée de la mesure.
- 10) Un appareil de mesure d'altitude confocal chromatique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 7 et 8 caractérisé en ce que : Les points sources et les filtres spatiaux conjugués aux points sources situés dans la tête de mesure 200 forment une ou plusieurs lignes continues, permettant à l'appareil de mesure de conserver sa propriété de confocalité dans une direction et de mesurer simultanément une ou plusieurs lignes continues d'un objet 400.
- 11) Une utilisation de l'appareil de mesure confocal chromatique selon l'une quel- conque des revendications 1 à 10 pour la mesure de plusieurs altitudes correspondant aux différentes surfaces d'un objet 400 multicouches, positionnées dans le volume de mesure 500.
- 12) Une utilisation de l'appareil de mesure confocal chromatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour la mesure de une ou plusieurs épaisseurs d'un objet 400 comportant une ou plusieurs couches, positionnées dans le volume de mesure 500.
- 13) Une utilisation de l'appareil de mesure confocal chromatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour la mesure dans le domaine du visible et/ou de l'infra-rouge.
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