FR3011643A1

FR3011643A1 - DYNAMICALLY USABLE OPTICAL INTERFEROMETER AND METHOD OF SERVING SUCH AN INTERFEROMETER

Info

Publication number: FR3011643A1
Application number: FR1359755A
Authority: FR
Inventors: Vincent Ragot
Original assignee: Sagem Defense Securite SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-10
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: WO2015052252A1; FR3011643B1

Abstract

Interféromètre comportant un support (1) sur lequel sont monté un miroir fixe et un miroir mobile s'étendant parallèlement l'un à l'autre, et des moyens de réglage d'un écartement des miroirs l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que le miroir mobile est relié au support par des moyens de suspension élastique et en ce que les moyens de réglage de l'écartement des miroirs comportent au moins trois paires d'électrodes en regard qui sont reliées à une unité de commande agencée pour alimenter les électrodes de manière qu'elles forment des actionneurs et des détecteurs électrostatiques pour maintenir en position le miroir mobile en mettant sous contrainte les moyens de suspensions. Procédé de réglage d'un tel interféromètre.Interferometer comprising a support (1) on which are mounted a fixed mirror and a movable mirror extending parallel to one another, and means for adjusting a spacing of the mirrors relative to each other , characterized in that the movable mirror is connected to the support by elastic suspension means and in that the means for adjusting the spacing of the mirrors comprise at least three pairs of electrodes opposite which are connected to a control unit arranged to supply the electrodes so that they form actuators and electrostatic detectors for holding the movable mirror in position by putting the suspension means under stress. Method of setting such an interferometer

Description

La présente invention concerne un interféromètre optique utilisable dynamiquement et un procédé d'asservissement d'un tel interféromètre. Un interféromètre de Fabry-Pérot comprend deux lames (communément appelées miroirs) ayant des faces pla- nes partiellement réfléchissante s'étendant en regard l'une de l'autre et des faces opposées traitées antireflet. Les miroirs sont montés dans un support pour s'étendre parallèlement l'un à l'autre en maintenant un écartement entre eux. Une cavité est ainsi ménagée entre les deux miroirs de telle manière que, lorsqu'un flux lumineux traverse cette cavité, il va subir de multiples réflexions sur les miroirs. A chaque rencontre du flux lumineux avec un des miroirs, une partie du flux lumineux est réfléchie par le miroir et une partie du flux lumi- neux traverse le miroir donnant naissance à une figure d'interférences à ondes multiples qui est constituée d'anneaux concentriques. Les interféromètres de FabryPérot sont utilisés par exemple pour la séparation ou le filtrage des longueurs d'ondes de flux lumineux en ex- ploitant la partie du flux lumineux traversant le miroir. Les caractéristiques de l'interféromètre de Fabry-Pérot dépendent de l'écartement et du parallélisme des miroirs, ainsi que de leur coefficient de réflexion.The present invention relates to an optical interferometer that can be used dynamically and to a method for controlling such an interferometer. A Fabry-Perot interferometer comprises two blades (commonly called mirrors) having partially reflecting flat faces extending facing each other and opposing anti-reflective coated faces. The mirrors are mounted in a support to extend parallel to each other maintaining a spacing between them. A cavity is thus formed between the two mirrors in such a way that, when a luminous flux passes through this cavity, it will undergo multiple reflections on the mirrors. At each meeting of the luminous flux with one of the mirrors, a part of the luminous flux is reflected by the mirror and a part of the luminous flux passes through the mirror giving rise to a multiple wave interference pattern which consists of concentric rings. . FabryPerot interferometers are used, for example, for the separation or filtering of luminous flux wavelengths by exploiting the part of the luminous flux passing through the mirror. The characteristics of the Fabry-Perot interferometer depend on the spacing and parallelism of the mirrors, as well as their reflection coefficient.

L'écartement des miroirs et l'angle d'incidence du flux lumineux déterminent la fréquence de résonance de l'interféromètre. Le coefficient de réflexion détermine sa finesse. Le parallélisme des miroirs a une incidence importante sur les performances de l'interféromètre.The spacing of the mirrors and the angle of incidence of the luminous flux determine the resonance frequency of the interferometer. The reflection coefficient determines its fineness. The parallelism of the mirrors has a significant impact on the performance of the interferometer.

Il est connu de prérégler l'écartement des mi- roirs afin de pouvoir utiliser l'interféromètre sur une plage de fréquences de résonance prédéterminée. L'un des miroirs est à cette fin monté mobile sur le support qui est pourvu de vis micrométriques agencées pour entraîner le miroir mobile par rapport au miroir fixe et permettre ainsi de faire varier l'écartement des miroirs. Il peut être intéressant d'utiliser l'interféromètre de façon dynamique, par exemple pour ex- plorer spectralement une image en temps réel. Il est alors nécessaire de faire varier rapidement la longueur d'onde d'analyse : le réglage fin du parallélisme de l'interféromètre est alors extrêmement complexe, si ce n'est impossible, de sorte qu'on cherche à déplacer les miroirs tout en conservant leur parallélisme. A cette fin, l'un des miroirs est généralement monté sur un sup- port de guidage extrêmement précis, relativement coûteux, encombrant et à performances dynamiques faibles. Il est en outre connu d'utiliser plusieurs inter- féromètres logés dans une même optique et accordés sur des fréquences différentes. Cette solution est cependant coûteuse, encombrante et présente une résolution relativement faible. Un but de l'invention est de fournir un moyen pour faciliter l'utilisation dynamique des interféromè- tres de type Fabry-Pérot. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un interféromètre comportant un support sur lequel sont monté un miroir fixe et un miroir mobile s'étendant parallèlement l'un à l'autre, et des moyens d'asservissement d'un écartement des miroirs l'un par rapport à l'autre. Le miroir mobile est relié au support par des moyens de suspension élastique. Les moyens d'asservissement comportent au moins trois paires d'électrodes en regard qui sont reliées à une unité de commande agencée pour alimen- ter les électrodes de manière qu'elles forment des ac- tionneurs et des détecteurs électrostatiques pour maintenir en position le miroir mobile en mettant sous contrainte les moyens de suspension. Ainsi, il est possible de détecter l'entrefer en- tre électrodes et donc l'écartement entre les miroirs et de modifier cet écartement en pilotant les électrodes de manière qu'elles engendrent une force électrostatique déplaçant le miroir mobile en mettant sous contrainte les moyens de suspension. Le miroir mobile est alors maintenu dans une position déterminée par l'équilibre entre la force électrostatique et la force de rappel élastique engendrée par les moyens de suspension. Lorsque le miroir mobile est soumis à des forces extérieures, la force électrostatique est déterminée pour compenser également ces forces si nécessaire. L'invention a également pour objet un procédé de commande de transducteurs électrostatiques d'ajustement de position d'un miroir mobile par rapport à un miroir mobile d'un interféromètre optique, le miroir mobile étant relié par des moyens de suspension élastique à un support dont est solidaire le miroir fixe, le procédé comprenant les étapes de : - déterminer un entrefer de chaque transducteur par une mesure capacitive, - estimer un écartement des miroirs en calculant une moyenne des entrefers déterminés, - déterminer et appliquer une tension de commande pour chaque transducteur pour engendrer une force électrostatique mettant sous contrainte les moyens de suspen- sions de manière à modifier l'écartement estimé en main- tenant les miroirs parallèles l'un à l'autre. Ce procédé permet de piloter la fréquence de résonance de l'interféromètre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de dessous d'un interféromètre conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique de profil de cet interféromètre ; - la figure 3 est un schéma du circuit électroni- que des moyens de réglage de l'écartement des miroirs ; - la figure 4 est un chronogramme montrant les cycles de commande et détection ; - la figure 5 est un chronogramme détaillant le cycle de détection ; - la figure 6 est une vue schématique d'une machine virtuelle équivalente aux moyens de réglage de l'écartement des miroirs. En référence aux figures, l'interféromètre de l'invention est un interféromètre de type Fabry-Pérot comprenant deux dioptres ou miroirs 1, 2 qui, de façon connue en elle-même, sont partiellement réfléchissants et présentent un coefficient de réflexion relativement élevé. Les miroirs 1, 2 sont montés dans un support 3 pour s'étendre parallèlement l'un à l'autre. Le miroir 1 est fixe par rapport au support 3. Le miroir 2 est mobile par rapport au support 3 et est relié au support 3 par des moyens de suspension élastique 4 essentiellement caractérisée par leur raideur mécanique K. Les miroirs 1 et 2 sont espacés d'une distance e qui est réglée mécanique- ment mais qui peut être légèrement modifiée de façon dynamique, comme cela sera décrit plus loin, de manière à permettre une variation de la fréquence de résonance de l'interféromètre.It is known to pre-set the spacing of the microphones in order to be able to use the interferometer over a predetermined resonant frequency range. One of the mirrors is to this end mounted on the support which is provided with micrometer screws arranged to drive the movable mirror relative to the fixed mirror and thus to vary the spacing of the mirrors. It may be interesting to use the interferometer dynamically, for example to spectrally explore an image in real time. It is then necessary to vary the wavelength of analysis rapidly: the fine adjustment of the parallelism of the interferometer is then extremely complex, if not impossible, so that one seeks to move the mirrors while keeping their parallelism. For this purpose, one of the mirrors is generally mounted on an extremely precise, relatively expensive, bulky and low dynamic performance guide support. It is also known to use several interferometers housed in the same optics and tuned to different frequencies. This solution is however expensive, bulky and has a relatively low resolution. An object of the invention is to provide a means for facilitating the dynamic use of Fabry-Perot type interferometers. For this purpose, there is provided, according to the invention, an interferometer comprising a support on which are mounted a fixed mirror and a movable mirror extending parallel to each other, and means for controlling a spacing mirrors in relation to each other. The movable mirror is connected to the support by elastic suspension means. The servo-control means comprise at least three pairs of facing electrodes which are connected to a control unit arranged to feed the electrodes so that they form actuators and electrostatic detectors for holding the mirror in position. mobile by putting under stress the suspension means. Thus, it is possible to detect the air gap between the electrodes and thus the spacing between the mirrors and to modify this spacing by driving the electrodes so that they generate an electrostatic force displacing the mobile mirror by putting under stress the means suspension. The movable mirror is then maintained in a position determined by the equilibrium between the electrostatic force and the elastic restoring force generated by the suspension means. When the moving mirror is subjected to external forces, the electrostatic force is determined to also compensate for these forces if necessary. The invention also relates to a method for controlling electrostatic transducers for adjusting the position of a mobile mirror with respect to a mobile mirror of an optical interferometer, the mobile mirror being connected by elastic suspension means to a support of which the fixed mirror is integral, the method comprising the steps of: - determining a gap of each transducer by a capacitive measurement, - estimating a spacing of the mirrors by calculating an average of the determined air gaps, - determining and applying a control voltage for each transducer for generating an electrostatic force stressing the suspending means so as to modify the estimated gap by keeping the mirrors parallel to each other. This method makes it possible to control the resonance frequency of the interferometer. Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the following description of a particular non-limiting embodiment of the invention. Reference will be made to the accompanying drawings, among which: FIG. 1 is a diagrammatic bottom view of an interferometer according to the invention; FIG. 2 is a schematic side view of this interferometer; FIG. 3 is a diagram of the electronic circuit of the means for adjusting the spacing of the mirrors; FIG. 4 is a timing diagram showing the control and detection cycles; FIG. 5 is a timing diagram detailing the detection cycle; FIG. 6 is a schematic view of a virtual machine equivalent to the means for adjusting the spacing of the mirrors. With reference to the figures, the interferometer of the invention is a Fabry-Perot type interferometer comprising two diopters or mirrors 1, 2 which, in a manner known per se, are partially reflective and have a relatively high reflection coefficient. The mirrors 1, 2 are mounted in a support 3 to extend parallel to each other. The mirror 1 is fixed relative to the support 3. The mirror 2 is movable relative to the support 3 and is connected to the support 3 by resilient suspension means 4 essentially characterized by their mechanical stiffness K. The mirrors 1 and 2 are spaced apart from each other. a distance e which is mechanically adjusted but which can be slightly dynamically modified, as will be described later, so as to allow a variation of the resonance frequency of the interferometer.

Les miroirs 1, 2 sont pourvus d'au moins trois, ici quatre, paires 5 d'électrodes en regard l'une de l'autre. Les électrodes de chaque paire d'électrodes 5 sont formées d'une couche métallique déposée directement sur le miroir 1 et sur le miroir 2 respectivement.The mirrors 1, 2 are provided with at least three, here four pairs of electrodes facing one another. The electrodes of each pair of electrodes 5 are formed of a metal layer deposited directly on the mirror 1 and on the mirror 2 respectively.

Une des électrodes de chacune des quatre paires d'électrodes 5 est reliée à un convertisseur numérique/analogique 21, 1 bit, et l'autre des électrodes est reliée à une entrée d'un amplificateur de charge 22. Il y a un convertisseur numérique/analogique 21 par paire d'électrodes 5. L'amplificateur de charge 22 est lui commun à toutes les paires d'électrodes 5. Un condensateur Cref est monté en parallèle des paires d'électrodes 5. Le condensateur Cref a une élec- trode reliée à un cinquième convertisseur numérique/analogique 21, 1 bit, et une électrode reliée à l'entrée de l'amplificateur de charge 22. Le condensateur Cref permet de calibrer et/ou compenser en temps réel les erreurs de gain dues à l'électronique afin de réduire les instabilités relatives de l'entrefer électrique aux seu- les instabilités relatives du condensateur Cref. Chaque convertisseur numérique/analogique 21 est réalisé à l'aide d'interrupteurs analogiques permettant l'application soit d'une tension nulle soit d'une tension de référence commune Vref en fonction d'une commande E provenant de l'unité de commande 10 (la tension de sortie des convertisseurs numérique/analogique est notée V sur la figure 3, avec un indice 1 à 4 pour chacune des paires d'électrodes 5 et avec un indice 5 pour la capacité Cref) - L'amplificateur de charge 22 est bouclé par un condensateur Cb et mesure les variations de charge provoquées par les tensions V1 à V5. L'amplificateur de charge 22 a une sortie (four- nissant un signal Yi) reliée à un filtre 23 (fournissant un signal y2), qui est un filtre anti-repliement qui ré- duit la bande passante des signaux avant leur numérisation par un convertisseur analogique/numérique 24 (fournissant un signal y). Les convertisseurs numérique/analogique 21 et le convertisseur analogique/numérique 24 sont reliés à une unité de commande 10 agencée pour piloter les électrodes de manière qu'elles forment quatre transducteurs électrostatiques constituant alternativement : - des détecteurs électrostatiques pour estimer l'entrefer, et donc l'écartement e, et ses anisotropies à travers la mesure des capacités au niveau de chaque paire d'électrodes 5 ; - des actionneurs électrostatiques pour commander l'ajustement de l'entrefer, et donc l'écartement e, par application de quatre tensions de contrôle. Les paires 5 d'électrodes en regard reliées à l'unité de commande 10 forment donc des actionneurs et des détecteurs électrostatiques constituant des moyens d'ajustement de la position du miroir mobile 2 par rap- port au miroir fixe 1, et constituant donc des moyens d'ajustement de l'écartement e des miroirs 1, 2, en mettant sous contrainte les moyens de suspensions 4. Les transducteurs électrostatiques formés par les paires 5 d'électrodes en regard sont caractérisés par leurs surfaces et entrefers respectifs si et ei et sont assimilés à des condensateurs plans de valeur : Ci =s-! ei OÙ £ désigne la permittivité diélectrique du gaz séparant les miroirs 1, 2.One of the electrodes of each of the four pairs of electrodes 5 is connected to a digital-to-analog converter 21, 1 bit, and the other of the electrodes is connected to an input of a charge amplifier 22. There is a digital converter The charge amplifier 22 is common to all the pairs of electrodes 5. A capacitor Cref is connected in parallel with the pairs of electrodes 5. The capacitor Cref has an electrode connected to a fifth digital-to-analog converter 21, 1 bit, and an electrode connected to the input of the charge amplifier 22. The capacitor Cref makes it possible to calibrate and / or compensate in real time the gain errors due to the in order to reduce the relative instability of the air gap to the relative instabilities of the capacitor Cref. Each digital-to-analog converter 21 is produced by means of analog switches allowing the application of either a zero voltage or a common reference voltage Vref as a function of a command E coming from the control unit 10. (The output voltage of the digital-to-analog converters is denoted V in FIG. 3, with an index 1 to 4 for each of the pairs of electrodes 5 and with an index 5 for the capacitance Cref). The charge amplifier 22 is looped by a capacitor Cb and measures the load variations caused by the voltages V1 to V5. The charge amplifier 22 has an output (providing a signal Yi) connected to a filter 23 (providing a signal y2), which is an anti-aliasing filter which reduces the bandwidth of the signals before they are digitized by a signal. analog / digital converter 24 (providing a signal y). The digital-to-analog converters 21 and the analog / digital converter 24 are connected to a control unit 10 arranged to drive the electrodes so that they form four electrostatic transducers constituting alternately: electrostatic detectors for estimating the air gap, and therefore the spacing e, and its anisotropies through the measurement of the capacitances at each pair of electrodes 5; - Electrostatic actuators to control the adjustment of the gap, and therefore the gap e, by applying four control voltages. The pairs of facing electrodes connected to the control unit 10 thus form electrostatic actuators and detectors constituting means for adjusting the position of the moving mirror 2 with respect to the fixed mirror 1, and thus constituting means for adjusting the spacing e of the mirrors 1, 2, by stressing the suspension means 4. The electrostatic transducers formed by the pairs of electrodes opposite are characterized by their respective surfaces and air gaps if and ei and are assimilated to value plan capacitors: Ci = s-! where Ù £ denotes the dielectric permittivity of the gas separating the mirrors 1, 2.

Le procédé de l'invention consiste à contrôler l'écartement e des miroirs 1, 2 qui définit la fréquence de résonance de l'interféromètre optique en réduisant au minimum les défauts de parallélisme altérant la qualité de l'interféromètre.The method of the invention consists in controlling the spacing e of the mirrors 1, 2 which defines the resonance frequency of the optical interferometer by minimizing the defects of parallelism altering the quality of the interferometer.

Pour assurer le parallélisme entre deux plans, il suffit de disposer de trois transducteurs assurant simultanément ou séquentiellement les fonctions de détecteurs et d'actionneurs.To ensure the parallelism between two planes, it is sufficient to have three transducers providing simultaneously or sequentially the functions of detectors and actuators.

Le mode de réalisation présenté ici utilise avan- tageusement quatre transducteurs au lieu de trois afin de bénéficier de propriétés de symétrie favorables à la ré- duction des anisotropies de gain entre transducteurs.The embodiment presented here advantageously uses four transducers instead of three in order to benefit from symmetry properties favorable to the reduction of gain anisotropies between transducers.

Ainsi, la mesure des capacités des quatre trans- ducteurs fournit une information redondante qui permet l'estimation des trois grandeurs d'intérêt, à savoir : - l'entrefer moyen, égal à l'écartement e, obtenu en calculant une moyenne des entrefers des paires d'électrodes 5, - le roulis (ou le degré de rotation du miroir 2 autour d'un axe prédéterminé Al qu'on appelle ici axe de roulis), - le tangage (ou le degré de rotation du miroir 2 autour d'un axe prédéterminé A2 qu'on appelle ici axe de tangage). Les paires d'électrodes 5 sont ici disposées aux sommets d'un carré et les axes Al et A2 s'étendent selon les diagonales de ce carré de sorte que deux paires d'électrode 5 se trouvent sur l'axe Al et deux paires d'électrodes 5 se trouvent sur l'axe A2. Le roulis sera donc égal à la différence entre les entrefers des paires d'électrodes 5 se trouvant sur l'axe A2 et le tangage sera égal à la différence entre les entrefers des paires d'électrodes 5 se trouvant sur l'axe Al. Accessoirement, la redondance peut être mise à profit pour estimer partiellement la courbure du miroir mobile 2, le miroir fixe 1 étant lui supposé plan. L'application de quatre tensions de contrôle adé- quates appliquées aux quatre transducteurs engendre une force électrostatique permettant le réglage des trois grandeurs d'intérêt. La force électrostatique, qui est uniquement attractive, doit être suffisante pour mettre sous contrainte les moyens de suspension 4 de sorte à pouvoir contrer l'effet des accélérations et forces gra- vitationnelles appliquées au dispositif quelle que soit la direction de celles ci. Enfin, pour réduire au minimum les anisotropies de gain et pour simplifier le schéma électronique, une stratégie de commande en tout ou rien est utilisée. Ce mode de fonctionnement suppose que la modulation d'entrefer provoquée par les tensions appliquées soit faible. Cette propriété est obtenue grâce au fort amortissement provoqué par le film de gaz séparant les mi- roirs 1, 2 qui filtre naturellement les composantes de haute fréquence des tensions appliquées comme des accélérations. Cela permet de réduire la bande passante du régulateur à quelques Hertz. L'unité de commande 10 (associée à un oscillateur non représenté) est un circuit numérique qui séquence les opérations dans le temps et effectue l'ensemble des cal- culs. Le fonctionnement est cadencé de manière périodi- que à une fréquence Fe dite fréquence temps réel selon le chronogramme de la figure 4. Pour ce qui concerne l'actionnement, chaque com- mande Tci est caractérisée par son rapport cyclique fli au temps de cycle Te qui détermine son efficacité moyenne : -71 La « fréquence » et le nombre de « périodes » (arbitrairement fixé à 2 sur le chronogramme) du signal d'excitation sont des variables d'ajustement permettant l'optimisation du rapport signal/bruit. En négligeant les limitations de bande passante de l'électronique, le produit des gains du filtre anti- repliement 23 et du convertisseur analogique/numérique 24 peut être assimilé à un gain noté a : 4a [s.a. y= R - [E- - --! v + Cr -v +Q 1+y° =1 i '-'bef 5 0 où R (le signal de reset de l'amplificateur de charge 22) vaut 0 ou 1, Qo désignant la quantité de charge injectée par l'interrupteur des convertisseurs nu- mérique/analogique 21 durant son ouverture, yo étant l'offset de l'ensemble amplificateur de charge 22 + filtre 23 + convertisseur analogique/numérique 24. Pour ce qui concerne la détection, le système est cadencé par une horloge haute dite de sur-échantillonnage caractérisée par sa période Ts. Pour simplifier le chro- nogramme de la figure 5, la quantification temporelle liée à T, n'est pas représentée : ainsi le chronogramme de la figure 5 ne montre que l'enveloppe des signaux numériques associés aux signaux analogiques du chronogramme de la figure 4 (période Td)- Les durées réduites caractérisant le timing sont notées : Notation Rôle Remarque Ne Temps réel Ne >> 1 Nc Commande Nc > 0,5Ne (dynamique de commande) Nd Détection Nd = Ne - Nc Nr Relaxation réinitialisation Nh État haut = état bas Np Nombre de « périodes Deux périodes sur le d'excitation » chronogramme Na Ajustement Pour gérer souplement les timings, il est préfé- rable de choisir une fréquence de sur-échantillonnage suffisamment grande devant la fréquence temps réel (typi- quement Ts = 10ps et Te = 10ms).Thus, the capacity measurement of the four transducers provides redundant information that allows the estimation of the three quantities of interest, namely: the average air gap, equal to the spacing e, obtained by calculating an average of the gaps pairs of electrodes 5, - the roll (or the degree of rotation of the mirror 2 around a predetermined axis A1 which is here called the roll axis), - the pitch (or the degree of rotation of the mirror 2 around a predetermined axis A2 which is here called pitch axis). The pairs of electrodes 5 are here arranged at the vertices of a square and the axes A1 and A2 extend along the diagonals of this square so that two pairs of electrodes 5 are on the axis Al and two pairs of electrodes 5 are on the axis A2. The roll will therefore be equal to the difference between the air gaps of the pairs of electrodes 5 located on the axis A2 and the pitch will be equal to the difference between the air gaps of the pairs of electrodes 5 located on the axis Al. , the redundancy can be used to partially estimate the curvature of the moving mirror 2, the fixed mirror 1 being assumed to be plane. The application of four adequate control voltages applied to the four transducers generates an electrostatic force allowing adjustment of the three quantities of interest. The electrostatic force, which is only attractive, must be sufficient to put the suspension means 4 under stress so as to be able to counter the effect of the accelerations and gravitational forces applied to the device whatever the direction of the latter. Finally, to minimize gain anisotropies and to simplify the electronic scheme, an all-or-nothing control strategy is used. This operating mode assumes that the air gap modulation caused by the applied voltages is low. This property is obtained thanks to the strong damping caused by the gas film separating the microwaves 1, 2 which naturally filters the high frequency components of the voltages applied as accelerations. This reduces the regulator bandwidth to a few Hertz. The control unit 10 (associated with an oscillator not shown) is a digital circuit which sequences the operations in time and performs all the calculations. The operation is periodically clocked at a frequency Fe, referred to as the real-time frequency, according to the timing diagram of FIG. 4. With regard to the actuation, each command Tci is characterized by its duty cycle at the cycle time Te. which determines its average efficiency: -71 The "frequency" and the number of "periods" (arbitrarily set at 2 on the timing diagram) of the excitation signal are adjustment variables allowing optimization of the signal-to-noise ratio. By neglecting the bandwidth limitations of the electronics, the product of the gains of the anti-aliasing filter 23 and the analog-to-digital converter 24 can be likened to a gain denoted a: 4a [s.a. y = R - [E- - -! v + Cr -v + Q 1 + y ° = 1 i '-'bef 5 0 where R (the reset signal of the charge amplifier 22) is equal to 0 or 1, Q 0 denoting the quantity of charge injected by the digital / analog converter switch 21 during its opening, where yo is the offset of the charge amplifier assembly 22 + filter 23 + analog / digital converter 24. As far as the detection is concerned, the system is clocked by a clock high said oversampling characterized by its period Ts. To simplify the chronogram of FIG. 5, the temporal quantization related to T is not shown: thus the timing diagram of FIG. 5 only shows the envelope of the digital signals associated with the analog signals of the timing diagram of FIG. (period Td) - The reduced durations characterizing the timing are noted: Notation Role Note Ne Real time Do >> 1 Nc Command Nc> 0,5Ne (control dynamics) Nd Detection Nd = Ne - Nc Nr Relaxation reset Nh High state = low state Np Number of "periods Two periods on the excitation" chronogram Na Adjustment To easily manage the timings, it is preferable to choose a sufficiently large oversampling frequency in front of the real time frequency (typically Ts = 10ps and Te = 10ms).

La sortie y du convertisseur analogique/numérique 24 est démultiplexée, démodulée et cumulée dans la même opération par l'unité de commande 10 pour obtenir le signal ydmi : Nd ydm4=Ey.di di =-1, 0 ou +1 Le cumul est remis à zéro à chaque période de temps réel par le signal R de reset de l'amplificateur de charge 22. Les durées hautes et basses de l'excitation étant choisies égales de sorte à rejeter les biais Qo et yo lors de la démodulation, on obtient (avec i variant de 1 à 4 pour les transducteurs) : ydmi=m. a s-s; vref Cb ei ydm5 = m--a - Cref Vref Cb Pour s'affranchir des incertitudes liées à a, Cb et Vref, il suffit de calculer le ratio : C ref Xi= " ->e.= x. - ydmi s-si Cref L'estimée de l'entrefer ne dépend ainsi que : - de la permittivité diélectrique E du gaz séparant les miroirs, - des surfaces Si des miroirs, - de la capacité de référence Cref- Par ailleurs, les erreurs différentielles sont affectées uniquement par les anisotropies de surface des électrodes.The output y of the analog / digital converter 24 is demultiplexed, demodulated and accumulated in the same operation by the control unit 10 to obtain the signal ydmi: Nd ydm4 = Ey.di di = -1, 0 or +1 The accumulation is reset at each real time period by the reset signal R of the charge amplifier 22. The high and low durations of the excitation being chosen equal so as to reject bias Qo and yo during the demodulation, one gets (with i varying from 1 to 4 for the transducers): ydmi = m. a s-s; vref Cb ei ydm5 = m - a - Cref Vref Cb To get rid of the uncertainties related to a, Cb and Vref, just calculate the ratio: C ref Xi = "-> e. = x. - ydmi s- if Cref The estimate of the gap depends as well as: - the dielectric permittivity E of the gas separating the mirrors, - the surfaces If mirrors, - the reference capacity Cref- Moreover, the differential errors are affected only by the surface anisotropies of the electrodes.

Les quatre transducteurs observés perpendiculai- rement au miroir sont numérotés de 1 à 4 dans le sens horaire. On forme alors les vecteurs d'observation et de commande de la manière suivante, ei (avec i variant de 1 à 4) désignant les entrefers estimés pour chacun des quatre transducteurs : e= e2 = 12 e3 13 e4 14_ Afin de mieux maîtriser les anisotropies de gain entre les différents transducteurs d'un même miroir, la solution retenue utilise quatre détecteurs/actionneurs symétriques. Cette solution hyperstatique peut conduire à exercer des contraintes insupportables sur le miroir.The four transducers observed perpendicular to the mirror are numbered from 1 to 4 in the clockwise direction. The observation and control vectors are then formed in the following manner, ei (with i varying from 1 to 4) designating the estimated gaps for each of the four transducers: e = e2 = 12 e3 13 e4 14_ In order to better control the gain anisotropies between the different transducers of the same mirror, the solution used uses four symmetrical detectors / actuators. This hyperstatic solution can lead to unbearable stress on the mirror.

Ce problème est résolu simplement en ramenant le système physique à quatre entrées et quatre sorties à un système virtuel à trois entrées et trois sorties mieux adapté au besoin. Pour cela, l'asservissement est réalisé selon le synoptique de la figure 6. Il revient alors aux matrices A et B de réduire la dimension apparente du système. La matrice A est choisie de sorte que le vecteur de sortie soit constitué : - de l'entrefer moyen (indice m). - du roulis (indice r). - du tangage (indice t). La matrice A a alors la forme suivante : A =--1 1 1 1 1 - 2 0 -2 0 4 0 2 0 -2 Ce qui permet de passer des entrefers physiques e estimés aux entrefers virtuels ev : em ev= er =A.e Une estimée d'une déformée ou courbure du miroir peut être obtenue en ajoutant à A une quatrième ligne de la forme [1 1 -1 -1]. Théoriquement, la quatrième composante de l'entrefer virtuel ev, notée ec, doit être natu- rellement voisine de zéro, car cela correspond à une configuration d'énergie de déformation minimale. Le système réel à quatre entrées et quatre sor- ties est dans une large mesure assimilable à quatre sous-systèmes indépendants mais identiques entre eux, la ma- trice de transfert H(p) se réduit alors à un scalaire : e=Heri On impose alors au système virtuel un comportement identique à celui du système réel : =H(p)-i -> A - e = 1-I(P) - ri, --> B - A - e H(p)- B - ri, = 11 Ceci impose : 1 1 0 1 0 1 B-A=1->B=AT-(A-All =B=l- Les correcteurs numériques Cm z), Cr(z) et C(z) sont cadencés à Te, ils sont synthétisés en fonction des caractéristiques électromécaniques du système physique et de la dynamique souhaitée en boucle fermée. Les tensions de contrôle sont déterminées par l'unité de commande 10 à partir de consignes d'entrefer moyen, de roulis et de tangage. Les tensions de commande des transducteurs sont de préférence égales à une même tension de référence. L'excitation des capacités par la même tension de référence contribue à la maîtrise de l'anisotropie de gain en détection. La structure de l'interféromètre n'a pas été dé- taillée hormis les parties de celle-ci en lien avec l'invention. Pour améliorer la précision de l'interféromètre, cette structure est conçue de façon connue en elle-même pour compenser au moins en partie les perturbations induites par : - la thermique qui met en jeu des constantes de temps longues, elle intervient dans le dimensionnement quasi-statique. - les vibrations mécaniques qui déterminent le besoin en termes de bande passante. - les perturbations électromagnétiques (la partie 10 des perturbations électromagnétiques contre laquelle l'unité de commande 10 est impuissante sera prise en compte lors de la conception de l'interféromètre en prévoyant par exemple un blindage, des liaisons courtes...). Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux 15 modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, les moyens de réglage peuvent comprendre trois, quatre transducteurs ou plus. Les ac- 20 tionneurs et les détecteurs peuvent être des transduc- teurs distincts. Les transducteurs peuvent être montés directement sur les miroirs ou sur des parties solidaires de ceux-ci. Les transducteurs peuvent être commandés en tout 25 ou rien ou en modulation continue.This problem is solved by simply bringing the four-input and four-output physical system back to a three-input, three-output virtual system that is better suited as needed. For this, the control is performed according to the block diagram of Figure 6. It then returns to the matrices A and B to reduce the apparent size of the system. The matrix A is chosen so that the output vector consists of: - the average gap (index m). - roll (index r). pitching (index t). The matrix A then has the following form: A = - 1 1 1 1 1 - 2 0 -2 0 4 0 2 0 -2 Which allows to go from the physical airs e estimated to the virtual gaps ev: em ev = er = Ae An estimate of a distortion or curvature of the mirror can be obtained by adding to A a fourth line of the form [1 1 -1 -1]. Theoretically, the fourth component of the virtual gap ev, denoted ec, must be naturally close to zero, since this corresponds to a minimum deformation energy configuration. The real system with four inputs and four outputs is to a large extent assimilable to four independent subsystems but identical to each other, the transfer matrix H (p) then reduces to a scalar: e = Heri On imposes then to the virtual system a behavior identical to that of the real system: = H (p) -i -> A - e = 1-I (P) - ri, -> B - A - e H (p) - B - ri, = 11 This imposes: 1 1 0 1 0 1 BA = 1-> B = AT- (A-All = B = l- The numerical correctors Cm z), Cr (z) and C (z) are clocked at Te, they are synthesized according to the electromechanical characteristics of the physical system and the desired dynamics in closed loop. The control voltages are determined by the control unit 10 from average air gap, roll and pitch instructions. The control voltages of the transducers are preferably equal to the same reference voltage. The excitation of the capacitances by the same reference voltage contributes to the control of the gain anisotropy in detection. The structure of the interferometer has not been detailed except for the parts thereof in connection with the invention. To improve the accuracy of the interferometer, this structure is designed in a manner known per se to compensate at least in part for the perturbations induced by: the thermal which involves long time constants, it intervenes in the quasi-design -static. - the mechanical vibrations which determine the need in terms of bandwidth. the electromagnetic disturbances (the part 10 of the electromagnetic disturbances against which the control unit 10 is impotent will be taken into account during the design of the interferometer by providing, for example, shielding, short links, etc.). Of course, the invention is not limited to the embodiments described but encompasses any variant within the scope of the invention as defined by the claims. In particular, the adjustment means may comprise three, four or more transducers. The actuators and detectors may be separate transducers. The transducers can be mounted directly on the mirrors or on integral parts thereof. The transducers can be controlled in all or nothing or in continuous modulation.

Claims

REVENDICATIONS1. Interferometer comprising a support (1) on which are mounted a fixed mirror and a movable mirror extending parallel to each other, and means for controlling a spacing of the mirrors relative to one another. another, characterized in that the movable mirror is connected to the support by elastic suspension means and in that the means for controlling the spacing of the mirrors comprise at least three pairs of electrodes opposite which are connected to a unit control unit arranged to supply the electrodes so that they form actuators and electrostatic detectors to maintain the mobile mirror in position by putting the suspension means under stress.

An interferometer according to claim 1, wherein three pairs of electrodes form the actuators and three pairs of electrodes form the detectors.

3. Interferometer according to claim 1, wherein the control unit is arranged to drive the three pairs of electrodes such that each of them alternately form one of the actuators and one of the detectors.

4. Interferometer according to claim 1, wherein the pairs of electrodes are four in number and are symmetrically arranged relative to the mirrors.

An interferometer according to claim 1, wherein one of the electrodes of each pair of electrodes is connected to a digital-to-analog converter and the other of the electrodes each pair of electrodes is connected to an input of one A charge amplifier which is common to all pairs of electrodes and which is looped by a capacitor, the charge amplifier having an output connected via an anti-aliasing filter to an analog / digital converter.

An interferometer according to claim 5, wherein a reference capacitor has a first electrode connected to a digital-to-analog converter and a second electrode connected to the input of the charge amplifier.

7. Interferometer according to claim 1, wherein the electrodes are each formed of a metal layer deposited directly on the mirror.

8. A method of controlling electrostatic transducers for adjusting the position of a movable mirror with respect to a fixed mirror of an optical interferometer, the movable mirror being connected by elastic suspension means to a support of which is integral the fixed mirror, the method comprising the steps of: - determining an air gap of each transducer by a capacitive measurement, - estimating a spacing of the mirrors by calculating an average of the determined gaps, - determining and applying a control voltage for each transducer to generate an electrostatic force stressing the suspension means so as to modify the estimated spacing by keeping the mirrors parallel to each other.

9. The method of claim 8, wherein the control voltages are applied in all or nothing.

10. The method of claim 8, wherein the transducers are four in number corresponding to a real system hyperstatic four inputs and four outputs, and a servo transducers is performed by bringing the real system to a virtual system with three inputs and three outputs.

11. The method of claim 8, comprising the step of estimating a deformed mobile mirror from the determined gaps.

12. The method of claim 8, in which the control voltages of the transducers are equal to the same reference voltage.