FR3021111A1 - Pyrometre accordable en longueur d'onde pour la mesure par voie radiometrique de la temperature d'un corps - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un pyromètre (100) accordable en longueur d'onde pour la mesure par voie radiométrique de la température (TC) d'un corps (1) comportant des moyens optiques de mise en forme (110) d'un faisceau source (10) rayonné par le corps pour générer un faisceau d'entrée (11), des moyens de filtrage (120) recevant le faisceau d'entrée pour produire un faisceau de sortie (14) présentant un spectre lumineux filtré, les moyens de filtrage comprenant un filtre accordable (121) acousto-optique interceptant le faisceau d'entrée et générant le faisceau de sortie, des moyens de détection (131) du faisceau de sortie délivrant un signal électrique représentatif du spectre filtré, et des moyens de traitement (132) de ce signal délivrant une mesure de la température du corps. Le faisceau d'entrée étant diffracté par le filtre en un faisceau diffracté (12), les moyens de filtrage comprennent également des moyens de rétro-réflexion (122, 124) adaptés à réfléchir le faisceau diffracté en un faisceau rétro-réfléchi (13) vers le filtre, dans une direction identique et en sens opposé au faisceau diffracté, de sorte que le faisceau rétro-réfléchi est intercepté par le filtre.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine de la métrologie optique, et plus particulièrement à celui de la spectro-radiométrie pour la mesure de température sans contact. Elle concerne plus particulièrement un pyromètre accordable en longueur d'onde pour la mesure par voie radiométrique de la température d'un corps comportant des moyens optiques de mise en forme d'un faisceau lumineux source rayonné par ledit corps pour générer un faisceau lumineux d'entrée, des moyens de filtrage acousto-optique recevant ledit faisceau lumineux d'entrée pour produire un faisceau lumineux de sortie présentant un spectre lumineux filtré, lesdits moyens de filtrage acousto-optique comprenant un filtre accordable acousto-optique interceptant ledit faisceau lumineux d'entrée et générant ledit faisceau lumineux de sortie, des moyens de détection dudit faisceau lumineux de sortie délivrant un signal électrique de mesure représentatif dudit spectre lumineux filtré, et des moyens de traitement dudit signal électrique délivrant une mesure de la température dudit corps. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE On connaît notamment du document « Detector-based transfer standards for improved accuracy in spectral irradiance and radiance measurements » (Fox, et al., Metrologia, Vol. 35, pp. 555-561, 1998) un pyromètre tel que précité dans lequel (voir par exemple figure 6 page 560) les moyens de filtrage acousto-optique comprennent deux filtres accordables acousto-optiques, placés en série. Une telle configuration permet notamment de réduire l'erreur de mesure due aux lobes secondaires de diffraction des filtres accordables. Cependant, un tel pyromètre nécessite que les deux filtres accordables non seulement présentent des propriétés de diffraction tout à fait identiques mais soient aussi parfaitement positionnés et orientés l'un par rapport à l'autre, afin d'obtenir une réduction efficace de l'erreur de mesure. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose un pyromètre accordable en longueur d'onde dont la conception optique est simplifiée et dont la précision de mesure est améliorée.

Plus particulièrement, on propose selon l'invention un pyromètre tel que défini en introduction, dans lequel, ledit faisceau lumineux d'entrée étant diffracté par ledit filtre accordable acousto-optique en un faisceau lumineux diffracté, lesdits moyens de filtrage acousto-optique comprennent également des moyens optiques de rétro-réflexion adaptés à réfléchir ledit faisceau lumineux diffracté en un faisceau lumineux rétro-réfléchi vers ledit filtre accordable acousto-optique, ledit faisceau lumineux rétro-réfléchi étant réfléchi dans une direction identique et en sens opposé audit faisceau lumineux diffracté, de sorte que ledit faisceau lumineux rétro-réfléchi est intercepté par ledit filtre accordable acousto-optique qui génère ledit faisceau lumineux de sortie filtré par lesdits moyens de filtrage acousto-optique. Ainsi, le pyromètre selon l'invention n'utilise qu'un seul filtre accordable acousto-optique de sorte que les réglages optiques de ce pyromètre sont facilités et que l'accord en longueur d'onde de ce pyromètre peut être réalisé très rapidement. En effet, grâce aux moyens optiques de rétro-réflexion renvoyant le faisceau diffracté sur le filtre accordable dans la même direction et en sens opposé, un double passage est opéré au travers de celui-ci de sorte que le faisceau lumineux d'entrée est filtré une première fois à l'aller et une deuxième fois au retour, le faisceau lumineux rétro-réfléchi conservant la même géométrie et le même accord de Bragg que le faisceau lumineux diffracté. Ce double filtrage spectral permet alors de réduire considérablement la corrélation entre les mesures de température réalisées à différentes longueurs d'onde. La précision de la mesure de la température du corps avec un tel 25 pyromètre est donc grandement améliorée. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du pyromètre conforme à l'invention sont les suivantes : - lesdits moyens optiques de rétro-réflexion comportent un système catadioptrique en configuration d'« oeil de chat » ; 30 - ledit système catadioptrique comprend au moins une lentille et au moins un miroir plan ; - lesdits moyens optiques de rétro-réflexion comportent un coin de cube ; - lesdits moyens optiques de mise en forme dudit faisceau lumineux source comprennent un système optique de collimation et des moyens de polarisation linéaire de sorte que ledit faisceau lumineux d'entrée est un faisceau lumineux collimaté et polarisé rectilignement ; - lesdits moyens de filtrage acousto-optique comprennent en outre des moyens optiques de séparation adaptés à dévier le faisceau lumineux de sortie dans une direction différente de celle du faisceau lumineux d'entrée ; - lesdits moyens optiques de séparation comportent une lame séparatrice placée sur le chemin dudit faisceau lumineux sortie, en aval dudit filtre accordable acousto-optique ; - ladite lame séparatrice présente des faces planes non parallèles ; - lesdits moyens optiques de séparation comprennent des moyens optiques de rotation de polarisation adaptés à faire tourner la polarisation dudit faisceau lumineux de sortie et un séparateur de polarisation placé sur le chemin dudit faisceau lumineux de sortie, en aval dudit filtre accordable acousto-optique ; - lesdits moyens optiques de rotation de polarisation comprennent une lame quart d'onde disposée sur les chemins desdits faisceaux lumineux diffracté et rétro-réfléchi. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est un schéma optique d'un pyromètre selon un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel les moyens optiques de rétro-réflexion comprennent une lentille et un miroir en configuration d'« oeil de chat »; - la figure 2 est un schéma optique d'un pyromètre selon une première variante du premier mode de réalisation de l'invention, dans laquelle les moyens optiques de rétro-réflexion comprennent un coin de cube ; - la figure 3 est un schéma optique d'un pyromètre selon une deuxième variante du premier mode de réalisation de l'invention, dans laquelle il est prévu des moyens de réjection (par sélection de polarisation) pour rejeter les faisceaux lumineux non diffractés après passage dans le filtre accordable acousto-optique ; - la figure 4 est un schéma optique d'un pyromètre selon une troisième variante du premier mode de réalisation de l'invention dans laquelle une analyse en polarisation est effectuée ; - la figure 5 est un schéma optique d'un pyromètre selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 6 est un schéma optique d'un pyromètre selon une variante du deuxième mode de réalisation de l'invention. En préambule, on notera que les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation représentés sur les différentes figures seront 10 référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois. On a représenté respectivement sur la figure 1 et les figures 2, 3, et 4 un premier mode de réalisation et trois variantes d'un pyromètre 100 destiné à réaliser des mesures de température par voie radiométrique. 15 Plus précisément, le pyromètre 100 mesure la température, notée ici Tc, d'un corps 1 porté à cette température T. Ce corps 1 émet, ou rayonne, un faisceau lumineux source 10 dont les caractéristiques radiatives telles que la luminance et le spectre lumineux sont déterminées selon les lois classiques du rayonnement thermique. Le spectre lumineux source du faisceau lumineux 20 source 10 est, de manière générale, un spectre continu et large. Une des fonctions de ce pyromètre 100, une fois qu'il a été étalonné, est de déterminer la température Tc du corps 1 à partir de la mesure de ces caractéristiques radiatives, en fonction de la longueur d'onde. À cet effet, le pyromètre 100 comporte tout d'abord des moyens optiques 25 de mise en forme 110 du faisceau lumineux source 10 qui collectent une partie du rayonnement thermique émis par le corps 1 (voir cône du faisceau lumineux source 10 sur les figures 1 à 4). Ces moyens optiques de mise en forme 110 comprennent différents composants optiques (voir détail dans la suite de la description) adaptés à 30 générer, à partir dudit faisceau lumineux source 10, un faisceau lumineux d'entrée 11 qui est repris par des moyens de filtrage acousto-optique 120. Ces moyens de filtrage acousto-optique 120 du pyromètre 100 reçoivent, en entrée, le faisceau lumineux d'entrée 11 incident et produisent, en sortie, un faisceau lumineux de sortie 14 qui présente un spectre lumineux filtré.

On entendra que le spectre lumineux du faisceau lumineux de sortie 14 est un spectre lumineux filtré en ce qu'il présente une largeur plus faible que le spectre lumineux du faisceau lumineux d'entrée 11 qui lui n'est pas encore filtré. Par exemple, le spectre lumineux filtré ne présente qu'une seule 5 composante spectrale discrète centrée autour d'une longueur d'onde ko particulière et de largeur 6X, « ko. Afin de réaliser le filtrage du faisceau lumineux d'entrée 11, les moyens de filtrage acousto-optique 120 comprennent un filtre accordable 121 acousto-optique (« acousto-optic tunable filter » ou AOTF en anglais) qui 10 intercepte le faisceau lumineux d'entrée 11 et génère le faisceau lumineux de sortie 14. Les moyens de filtrage acousto-optiques 120 comportent également un diaphragme de filtre 128 disposé en entrée du filtre accordable 121 de manière à restreindre la taille du faisceau lumineux d'entrée 11 incident sur le filtre 15 accordable 121. Le filtre accordable 121 est utilisé ici en configuration « non colinéaire », ce qui permet d'augmenter l'angle solide du faisceau lumineux source 10 pour collecter plus de rayonnement thermique et ainsi améliorer la détectivité du pyromètre 100. 20 Cette configuration permet également de séparer spatialement les faisceaux lumineux diffractés et non diffractés en sortie du filtre accordable 121. Un tel filtre accordable, utilisable dans une gamme de longueur d'onde allant du visible au proche infrarouge, comprend ici un cristal anisotrope de dioxyde de tellure (Te02) de géométrie adéquate, et un transducteur 25 piézo-électrique radiofréquence commandé électriquement et destiné à générer des ondes acoustiques de fréquence comprise entre quelques dizaines de mégahertz (MHz) à quelques centaines de mégahertz. La radiofréquence utilisée ici est de 100 MHz. Avantageusement, le cristal du filtre accordable 121 est stabilisé en 30 température, de préférence à mieux que quelques centièmes de degré Celsius, de manière à améliorer la stabilité en longueur d'onde du filtrage spectral réalisé. De manière connue, les ondes acoustiques générées dans le cristal anisotrope vont alors diffracter les ondes lumineuses incidentes sur le filtre accordable 121 de manière à ce que seules certaines fréquences, voire une seule fréquence, ne soient transmises par le filtre accordable 121 qui fonctionne alors comme un filtre passe-bande. En faisant varier la fréquence des ondes acoustiques, on modifie la condition d'accord de phase entre les ondes lumineuses incidentes et l'onde lumineuse diffractée de sorte qu'il est possible de sélectionner, on dit aussi « accorder », la longueur d'onde de l'onde lumineuse diffractée. En d'autres termes, un faisceau lumineux à spectre large qui est incident sur le filtre accordable 121 va être filtré, le filtre accordable 121 ne transmettant qu'un faisceau lumineux à spectre étroit dans une direction de diffraction satisfaisant l'accord de phase. De manière générale, lorsqu'un faisceau lumineux polarisé rectilignement est incident sur le filtre accordable 121, le filtre accordable 121 génère à sa sortie un faisceau lumineux non diffracté (dit « ordre 0 ») et un faisceau lumineux diffracté 12, dit « ordre 1 » ou « premier ordre » (voir figure 1 par exemple). Ces deux faisceaux lumineux sont, d'une part, séparés angulairement et spatialement, et, d'autre part, polarisés orthogonalement, le faisceau lumineux non diffracté ayant la polarisation rectiligne du faisceau lumineux indicent. Ainsi, lorsqu'un faisceau lumineux incident sur le filtre accordable 121 est non polarisé, celui-ci se décomposant en une combinaison de deux polarisations rectilignes orthogonales, alors deux faisceaux lumineux sont diffractés dans l'ordre 1, ces deux faisceaux lumineux diffractés présentant des polarisations orthogonales et des directions de propagation distinctes. Le pyromètre 100 comporte enfin des moyens de détection, ici sous la forme d'un photodétecteur 131, pour détecter le faisceau lumineux de sortie 14 produit en sortie des moyens de filtrage acousto-optique 120 et mesurer la puissance optique PouT (en Watts) du faisceau lumineux de sortie 14. Le photodétecteur 131 délivre alors un signal électrique de mesure qui est représentatif de cette puissance optique PouT, c'est-à-dire du spectre lumineux filtré du faisceau lumineux de sortie 14 après filtrage spectral par diffraction acousto-optique. Ce signal électrique de mesure est transmis à des moyens de traitement 132. Ces moyens de traitement 132 sont également adaptés à commander le filtre accordable 121, en particulier son transducteur radiofréquence, de manière à faire varier la longueur d'onde de filtrage du filtre accordable 121. Les moyens de traitement 132 déterminent alors, à partir de la mesure de la puissance optique PouT à une ou plusieurs longueurs d'onde distinctes du 5 faisceau lumineux de sortie 14, une mesure de la température Tc du corps 1. Selon l'invention, les moyens de filtrage acousto-optique 120 comprennent également des moyens optiques de rétro-réflexion réfléchissant le faisceau lumineux diffracté 12 en un faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 (voir figures 1 à 4) vers le filtre accordable 121, ce faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 10 étant réfléchi dans une direction identique et en sens opposé au faisceau lumineux diffracté 12, de sorte que le faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 est intercepté par le filtre accordable 121 acousto-optique qui génère le faisceau lumineux de sortie 14 filtré par les moyens de filtrage acousto-optique 120. De cette façon, en utilisant un unique filtre accordable 121, on réalise un 15 double filtrage du faisceau lumineux d'entrée 11 grâce au filtrage du faisceau lumineux rétro-réflechi 13. Les moyens optiques de rétro-réflexion renvoyant toujours le faisceau lumineux diffracté 12 dans une direction identique mais en sens opposé, l'accord de phase pour le faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 est conservé de sorte que la 20 fonction de réponse (en sinus cardinal élevé au carré) du filtre accordable 121 est identique dans le sens aller et le sens retour. Les lobes secondaires du spectre lumineux filtré sont ainsi fortement atténués et la mesure de la puissance optique PouT du faisceau lumineux de sortie 14 est restreinte à une bande spectrale mieux résolue. 25 On va maintenant détailler, en référence au premier mode de réalisation représenté sur la figure 1, les différents éléments du pyromètre 100 afin de mieux appréhender son fonctionnement. En premier lieu, on notera que les moyens optiques de mise en forme 110 comportent un diaphragme d'entrée 111 permettant de collecter une 30 partie du rayonnement thermique émis par le corps 1 et délimitant le faisceau lumineux source 10. Ce diaphragme d'entrée 111 joue le rôle d'une pupille d'entrée pour le pyromètre 100, cette pupille d'entrée définissant l'angle solide de collecte du faisceau lumineux source 10.

Les moyens optiques de mise en forme 110 du faisceau lumineux source 10 comprennent également un système optique de collimation 112 et un polariseur linéaire 113 de manière à générer le faisceau lumineux d'entrée 11 à partir du faisceau lumineux source 10.

Plus précisément, le faisceau lumineux source 10 entre, après passage au travers du diaphragme d'entrée 111 dans le système optique de collimation 112, représenté sur la figure 1 de manière schématique, de manière à être collimaté. Ce système optique de collimation 112 peut par exemple comprendre une simple lentille asphérique ou bien plusieurs groupes de lentilles.

Le faisceau lumineux collimaté sortant du système optique de collimation 112 est alors polarisé rectilignement par le polariseur linéaire 113 de sorte que le faisceau lumineux d'entrée 11 présente une polarisation rectiligne 11P, ici perpendiculaire au plan de la figure 1. Les moyens de filtrage acousto-optique 120 comprennent par ailleurs une lame séparatrice 127 qui est placée sur le chemin du faisceau lumineux d'entrée 11 en amont du filtre accordable 121 et aussi sur le chemin du faisceau lumineux de sortie 14, en aval du filtre accordable 121 acousto-optique. En entrée, la lame séparatrice 127 transmet environ 50% du faisceau lumineux d'entrée 11 vers le filtre accordable 121, et en sortie, réfléchit environ 50% du faisceau lumineux de sortie 14 vers le photodétecteur 131. Le faisceau lumineux d'entrée 11 (polarisation rectiligne 11P, cf. figure 1) est alors incident sur le filtre accordable 121 acousto-optique qui le diffracte selon le faisceau lumineux diffracté 12 dont le spectre lumineux est déjà filtré par rapport au faisceau lumineux d'entrée 11.

Comme vu précédemment, le filtre accordable 121 est ici tel que le faisceau lumineux diffracté 12 est polarisé rectilignement selon une polarisation 12P qui est orthogonale à la polarisation 11P du faisceau lumineux d'entrée 11. En d'autres termes, le faisceau lumineux diffracté 12 présente une polarisation 12P rectiligne située dans le plan de la figure 1. Ce faisceau lumineux diffracté 12 va être rétro-réfléchi grâce aux moyens de rétro-réflexion du pyromètre 100 dans une direction identique mais en sens opposé. Comme le montre bien la figure 1, ces moyens optiques de rétro-réflexion du pyromètre 100 comportent ici un système catadioptrique qui comprend de préférence une lentille 122 et un miroir plan 124. Afin de réfléchir le faisceau lumineux diffracté 12 dans une direction identique et en sens opposé vers le filtre accordable 121, ce système catadioptrique est configuré optiquement en « oeil de chat ». En d'autres termes, le miroir plan 124 est ici placé dans le plan focal image de la lentille 122. De cette façon, quelle que soit la direction de diffraction du faisceau lumineux diffracté 12 par le filtre accordable 121 (cette direction pouvant varier en fonction de la longueur d'onde filtrée), le faisceau lumineux diffracté 12 est focalisé dans ce plan focal image de sorte qu'il est transformé en le faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 qui se superpose au faisceau lumineux diffracté 12 en se propageant dans la même direction mais en sens opposé à celui-ci. On notera par ailleurs que le faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 présente, après rétro-réflexion par les moyens optiques de rétro-réflexion 122, 124, une polarisation 13P qui est rectiligne et parallèle à la polarisation 12P du faisceau lumineux diffracté 12, c'est-à-dire dans le plan de la figure 1. En variante, le système catadioptrique peut comprendre plusieurs lentilles formant un système optique présentant de faibles aberrations optiques et/ou chromatiques et un miroir. Le miroir peut être plan et placé alors au foyer dudit système optique ou bien le miroir peut être sphérique, concave ou convexe, et placé de sorte que son centre de courbure soit confondu avec le foyer dudit système optique. Renvoyé vers le filtre accordable 121, le faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 est alors incident sur celui-ci avec un angle d'incidence égal à l'angle d'émergence du faisceau lumineux diffracté 12 par le filtre accordable 121. De cette façon, le faisceau lumineux rétro-réfléchi 13, de même direction et de même polarisation que le faisceau lumineux diffracté 12, est diffracté par le filtre accordable 121 de sorte que le faisceau lumineux de sortie 14, généré par diffraction du faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 au travers du filtre accordable 121, se propage selon une direction identique mais en sens opposée au faisceau lumineux d'entrée 11. On notera enfin que le faisceau lumineux de sortie 14 présente, après diffraction par le filtre accordable 121, une polarisation 14P qui est rectiligne et parallèle à la polarisation 11P du faisceau lumineux d'entrée 11, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la figure 1. De manière avantageuse, les moyens de filtrage acousto-optique 120 comprennent en outre des moyens optiques de séparation pour dévier le faisceau lumineux de sortie 14 dans une direction différente de celle du faisceau lumineux d'entrée 11, vers le photodétecteur 131. Ces moyens optiques de séparation comportent ici la lame séparatrice 127 placée sur le chemin du faisceau lumineux sortie 14, en aval du filtre accordable 121 acousto-optique.

De manière avantageuse, afin d'éliminer d'éventuelles interférences optiques, cette lame séparatrice 127 est « en coin » et présente des faces planes non parallèles. De cette façon, la réflexion de l'une des deux faces de cette lame séparatrice 127 est dirigée identiquement au faisceau lumineux de sortie 14, de sorte que le photodétecteur 131 n'est pas perturbé par la réflexion parasite sur l'autre face de la lame séparatrice 127 lors de la mesure du spectre lumineux filtré du faisceau lumineux de sortie 14. Dans une première variante de ce premier mode de réalisation représentée sur la figure 2, les moyens optiques de rétro-réflexion diffèrent des précédents en ce qu'ils comprennent ici un coin de cube 126 à la place du miroir plan (miroir 124 de la figure 1). Ce coin de cube 126, formé de trois pans de miroir deux à deux perpendiculaires et formant un trièdre droit, a la propriété de réfléchir n'importe quel rayon lumineux qu'il intercepte dans une direction identique mais en sens opposé, le rayon lumineux réfléchi étant simplement décalé légèrement par rapport au rayon lumineux incident (décalage non représenté sur la figure 2). De préférence, ce coin de cube 126 est associé ici à la lentille 122 de sorte qu'il est possible d'utiliser un coin de cube 126 de taille limitée, générant un décalage faible.

Dans une deuxième variante représentée sur la figure 3, le pyromètre 100 diffère de celui de la figure 1 en ce qu'il comprend deux polariseurs linéaires 129, 133 supplémentaires. Le premier polariseur linéaire 129 supplémentaire fait partie des moyens optique de rétro-réflexion et est destiné à bloquer le faisceau lumineux non diffracté (non représenté) par le filtre accordable 121 issu du faisceau lumineux d'entrée 11, ce faisceau lumineux non diffracté correspondant à l'ordre 0 de diffraction. Ainsi, ce premier polariseur linéaire 129 supplémentaire est orienté de manière à transmettre le faisceau lumineux diffracté 12 qui est polarisé selon la polarisation 12P orthogonale à la polarisation 11P du faisceau lumineux d'entrée 11 (voir figure 3) et à stopper le faisceau lumineux non diffracté qui, lui, présente une polarisation (non représentée) parallèle à la polarisation 11P du faisceau lumineux d'entrée 11.

Avantageusement, le double passage à travers le premier polariseur linéaire 129 supplémentaire permet de rejeter efficacement le faisceau lumineux non diffracté issu du faisceau lumineux d'entrée 11. De la même manière, le deuxième polariseur linéaire 133 supplémentaire fait partie des moyens de détection et est destiné à bloquer le faisceau lumineux non diffracté (non représenté) par le filtre accordable 121 issu du faisceau lumineux rétro-réfléchi 13, ce faisceau lumineux non diffracté correspondant encore à l'ordre 0 de diffraction. Comme pour le premier polariseur linéaire supplémentaire 129, ce deuxième polariseur linéaire 133 supplémentaire est orienté de manière à transmettre le faisceau lumineux de sortie 14 qui est polarisé selon la polarisation 14P orthogonale à la polarisation 13P du faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 (voir figure 3) et à stopper le faisceau lumineux non diffracté qui, lui, présente une polarisation (non représentée) parallèle à la polarisation 13P du faisceau lumineux rétro-réfléchi 13.

Dans une troisième variante représentée sur la figure 4, les moyens de filtrage acousto-optique 120 diffèrent de ceux du premier mode de réalisation en ce que les moyens optiques de séparation comportent ici un cube séparateur 125 de polarisation à la place de la lame séparatrice 127. Ce cube séparateur 125 de polarisation est disposé en entrée, sur le chemin optique du faisceau lumineux d'entrée 11 et est configuré de telle sorte que le faisceau lumineux d'entrée 11 est transmis sans déviation par le cube séparateur 125 de polarisation. De préférence, les différentes faces du cube séparateur 125 comportent un traitement optique anti-reflet afin de limiter les réflexions parasites à l'intérieur du cube séparateur 125. Dans cette troisième variante, les moyens optiques de mise en forme 110 ne comprennent pas de polariseur linéaire. En effet, le faisceau lumineux d'entrée 11 est ici polarisé directement 5 grâce au cube séparateur 125, de sorte que le cube séparateur 125 génère un faisceau lumineux d'entrée 11 polarisé rectilignement selon une polarisation 11P située dans le plan de la figure 4. Il est ici également prévu d'utiliser une lame demi-onde 125L pour faire tourner de 90° la polarisation du faisceau lumineux d'entrée 11. 10 La lame demi-onde 125L peut, par exemple, être orientée par rapport à la polarisation 11P rectiligne du faisceau lumineux d'entrée 11 de manière à ce que son axe lent forme un angle de 45° avec cette polarisation 11P. De cette façon, le faisceau lumineux d'entrée 11 présente, à la sortie du cube séparateur 125, une polarisation 11P' rectiligne et orthogonale à la 15 polarisation 11P, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire au plan de la figure 4. Le faisceau lumineux d'entrée 11 (polarisation rectiligne 11P', cf. figure 4) est alors incident sur le filtre accordable 121 acousto-optique qui le diffracte selon le faisceau lumineux diffracté 12 dont le spectre lumineux est déjà filtré par rapport au faisceau lumineux d'entrée 11. 20 Comme vu précédemment, ce faisceau lumineux diffracté 12 va être rétro-réfléchi grâce aux moyens optiques de rétro-réflexion du pyromètre 100 en le faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 qui se superpose au faisceau lumineux diffracté 12 en se propageant dans la même direction mais en sens opposé à celui-ci. 25 Puis, le faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 est diffracté par le filtre accordable 121 de sorte que le faisceau lumineux de sortie 14, généré par diffraction du faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 au travers du filtre accordable 121, se propage selon une direction identique mais en sens opposée au faisceau lumineux d'entrée 11. 30 De manière avantageuse, les moyens de filtrage acousto-optique 120 comprennent en outre des moyens optiques de séparation pour dévier le faisceau lumineux de sortie 14 dans une direction différente de celle du faisceau lumineux d'entrée 11. Ces moyens optiques de séparation comprennent des moyens optiques de rotation de polarisation adaptés à faire tourner la polarisation du faisceau lumineux de sortie 14 et le cube séparateur 125 de polarisation qui est placé sur le chemin du faisceau lumineux de sortie 14, en aval du filtre accordable 121. Comme représenté sur la figure 4, les moyens optiques de rotation de 5 polarisation comprennent de préférence une lame quart d'onde 123 disposée sur les chemins optiques du faisceau lumineux diffracté 12 et du faisceau lumineux rétro-réfléchi 13, ici entre la lentille 122 et le miroir plan 124. La lame quart d'onde 123 est par exemple orientée dans le faisceau lumineux diffracté 12 avec un axe lent à 45° de la polarisation 12P du faisceau 10 lumineux diffracté 12 de sorte que la polarisation en aval de la lame quart d'onde 123 est une polarisation circulaire (par exemple une polarisation circulaire droite). Par réflexion sur le miroir plan 124, cette polarisation circulaire droite est transformée en une polarisation circulaire gauche, de sorte que par passage en 15 sens opposé dans la lame quart d'onde 123, cette polarisation circulaire gauche soit transformée en une polarisation rectiligne 13P qui est donc la polarisation du faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 avant traversée du filtre accordable 121. En d'autres termes, la lame quart d'onde 123 permet de générer le faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 selon une polarisation rectiligne 13P qui est 20 orthogonale à la polarisation rectiligne 12P du faisceau lumineux diffracté 12. De cette façon, par diffraction du faisceau lumineux rétro-réfléchi 13, le filtre accordable 121 produit le faisceau lumineux de sortie 14 selon une polarisation rectiligne 14P' qui est orthogonale à la polarisation rectiligne 11P' du faisceau lumineux d'entrée 11. 25 Par transmission au travers de la lame demi-onde 125L, le faisceau lumineux de sortie 14 présente alors une polarisation rectiligne 14P qui est orthogonale à la polarisation rectiligne 14P', c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire au plan de la figure 4. Ainsi, grâce au cube séparateur 125 de polarisation des moyens de 30 filtrage acousto-optique 120, le faisceau lumineux de sortie 14 est réfléchi dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle du faisceau lumineux d'entrée 11 de manière à être intercepté par le photodétecteur 131. Dans un deuxième mode de réalisation et sa variante représentés respectivement sur les figures 5 et 6, le pyromètre 200 est ici particulièrement adapté à réaliser une image du corps 1 de manière à mesurer la température Tc à la surface de celui-ci, par exemple pour réaliser une cartographie thermique. Dans ce deuxième mode de réalisation, les moyens de mise en forme 210 du faisceau lumineux source 10 rayonné par chacun des points de la surface du corps 1 sont destinés à réaliser une image de ce corps 1. Plus précisément, les moyens de mise en forme 210 du pyromètre 200 comprennent ici une lentille imageante 212 associée à une pupille d'entrée 211, la lentille imageante 212 faisant l'image du corps 1 dans le plan d'un diaphragme de champ 214, ce diaphragme de champ 214 étant placé dans le plan conjugué du corps 1 par rapport à la lentille imageante 212. Cette image du corps 1 est alors reprise par une lentille de reprise d'image 215 afin d'être renvoyée sur le filtre accordable 121 des moyens de filtrage acousto-optique 220 du pyromètre 200. Comme précédemment, on interpose sur le chemin du faisceau lumineux d'entrée 11 un polariseur linéaire 213, placé en amont du diaphragme de champ 214 de sorte que le faisceau lumineux d'entrée 11 présente, en sortie des moyens de mise en forme 210, une polarisation rectiligne 11P (voir figure 5), de préférence perpendiculaire au plan de la figure 5. Le faisceau lumineux d'entrée 11 est alors transmis par la lame séparatrice 127 en direction du filtre accordable 121, le faisceau lumineux d'entrée 11 étant incident sur ce filtre accordable 121 avec la même polarisation rectiligne 11P (voir figure 5). Dans ce deuxième mode de réalisation, les moyens de filtrage acousto-optique 220 du pyromètre 200 sont quasiment semblables à ceux de la deuxième variante du premier mode de réalisation (voir figure 3), avec une lentille 122 et un miroir plan 124 en configuration d'« oeil de chat », et un polariseur linéaire 129 placé en amont de la lentille 122. On notera que, dans ce cas, le diaphragme de filtre 128 est l'image de la pupille d'entrée 211 du pyromètre 200, aussi appelée « pupille de Lyot ». Ce diaphragme de filtre 128 fonctionne comme un filtre passe-bas pour les fréquences spatiales du système optique et permet de réduire la diffraction optique haute fréquence causée par la pupille d'entrée 211 du pyromètre 200. En comparaison avec la deuxième variante du premier mode de réalisation, les moyens de filtrage acousto-optique 220 comporte en plus une ouverture d'arrêt 226 (voir figure 5) fonctionnant comme un filtre spatial qui est destiné à bloquer le faisceau lumineux non diffracté par le filtre accordable 121, ce faisceau lumineux non diffracté correspondant à l'ordre 0 de diffraction. Le faisceau lumineux rétro-réfléchi 13, qui présente une polarisation rectiligne 13P parallèle à la polarisation rectiligne 12P du faisceau lumineux diffracté 12, est à son tour diffracté par le filtre accordable 121 pour donner naissance au faisceau lumineux de sortie 14 qui présente une polarisation rectiligne 14P parallèle à la polarisation 11P du faisceau lumineux d'entrée 11. Après réflexion sur la lame séparatrice 127, le faisceau lumineux de sortie 14 est finalement reprise par une lentille finale 233 pour former, à la longueur d'onde de filtrage sélectionnée par le filtre accordable 121 acousto-optique commandé par les moyens de traitement 132, l'image du corps 1 sur le photodétecteur 131, qui est ici formé d'une matrice de pixels CCD ou CMOS.

Le signal électrique délivré par le photodétecteur 131 est alors ici représentatif des puissances optiques reçues par chacun des pixels de la matrice de sorte que pour chacun d'eux, les moyens de traitement 132 déterminent la température Tc de la surface du corps 1 associée à chaque pixel. De manière avantageuse, les moyens de détection comprennent également ici un polariseur de sortie 234 destiné à bloquer le faisceau non diffracté (ordre 0) issu du filtre accordable 121 après double passage ainsi que la réflexion parasite sur la face avant de ce dernier. Les moyens de détection comprennent également un diaphragme de champ 235 disposé en aval de la lentille finale 233 qui délimite le champ de visée du pyromètre 200 et qui a également une fonction d'ouverture d'arrêt bloquant la partie non diffractée du faisceau lumineux rétro-réfléchi 13 par le filtre accordable 121. Dans la variante de ce deuxième mode de réalisation représentée sur la figure 6, les moyens optiques de rétro-réflexion du pyromètre 200 de la figure 6 sont quasiment identiques aux moyens optiques de rétro-réflexion du pyromètre 100 dans la troisième variante du premier mode de réalisation représentée sur la figure 4. Comme précédemment (voir figure 5), les moyens optiques de rétro-réflexion mettent en oeuvre une séparation angulaire grâce à l'ouverture d'arrêt 226 afin de bloquer le faisceau lumineux non diffracté (ordre 0) émergeant du filtre accordable 121 après le premier passage. Par ailleurs, dans cette variante, on utilise en remplacement de la lame séparatrice 127, un cube séparateur 125 (identique à celui de la figure 4) qui réfléchit le faisceau lumineux de sortie 14 en direction du photodétecteur 131. Dans ce cas, comme pour le premier mode de réalisation (voir figure 4), les moyens de mise en forme 210 du pyromètre 200 ne comportent alors pas de polariseur linéaire. Enfin, dans cette variante, la chaîne de détection est semblable à celle 10 du deuxième mode de réalisation (figure 5) et comprend donc, en plus du photodétecteur 131 et des moyens de traitement 132, une lentille finale 233 et un diaphragme de champ 235 (voir figure 6). Cette chaîne de détection fonctionne également de la même manière. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation 15 décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Pyromètre (100 ; 200) accordable en longueur d'onde pour la mesure par voie radiométrique de la température (Tc) d'un corps (1) comportant : - des moyens optiques de mise en forme (110; 210) d'un faisceau lumineux source (10) rayonné par ledit corps (1) pour générer un faisceau lumineux d'entrée (11), - des moyens de filtrage acousto-optique (120; 220) recevant ledit faisceau lumineux d'entrée (11) pour produire un faisceau lumineux de sortie (14) présentant un spectre lumineux filtré, lesdits moyens de filtrage acousto-optique (120; 220) comprenant un filtre accordable (121) acousto-optique interceptant ledit faisceau lumineux d'entrée (11) et générant ledit faisceau lumineux de sortie (14), - des moyens de détection (131) dudit faisceau lumineux de sortie (14) délivrant un signal électrique de mesure représentatif dudit spectre lumineux filtré, et - des moyens de traitement (132) dudit signal électrique délivrant une mesure de la température (Tc) dudit corps (1), caractérisé en ce que, ledit faisceau lumineux d'entrée (11) étant diffracté par ledit filtre accordable (121) en un faisceau lumineux diffracté (12), lesdits moyens de filtrage acousto-optique (120; 220) comprennent également des moyens optiques de rétro-réflexion (122, 124; 122, 126) adaptés à réfléchir ledit faisceau lumineux diffracté (12) en un faisceau lumineux rétro-réfléchi (13) vers ledit filtre accordable (121) acousto-optique, ledit faisceau lumineux rétro-réfléchi (13) étant réfléchi dans une direction identique et en sens opposé audit faisceau lumineux diffracté (12), de sorte que ledit faisceau lumineux rétro-réfléchi (13) est intercepté par ledit filtre accordable (121) acousto-optique qui génère ledit faisceau lumineux de sortie (14) filtré par lesdits moyens de filtrage acousto-optique (120; 220).
2. 2. Pyromètre (100; 200) selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens optiques de rétro-réflexion comportent un système catadioptrique (122, 124) en configuration d'« oeil de chat ».
3. 3. Pyromètre (100; 200) selon la revendication 2, dans lequel ledit système catadioptrique comprend au moins une lentille (122) et au moins unmiroir plan (124).
4. 4. Pyromètre (100) selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens optiques de rétro-réflexion comportent un coin de cube (126).
5. 5. Pyromètre (100) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits moyens optiques de mise en forme (110) dudit faisceau lumineux source (10) comprennent un système optique de collimation (112) et des moyens de polarisation linéaire (113; 125) de sorte que ledit faisceau lumineux d'entrée (11) est un faisceau lumineux collimaté et polarisé rectilignement.
6. 6. Pyromètre (100; 200) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits moyens de filtrage acousto-optique (120; 220) comprennent en outre des moyens optiques de séparation (123, 125 ; 127) adaptés à dévier le faisceau lumineux de sortie (14) dans une direction différente de celle du faisceau lumineux d'entrée (11).
7. 7. Pyromètre (100; 200) selon la revendication 6, dans lequel lesdits 15 moyens optiques de séparation comportent une lame séparatrice (127) placée sur le chemin dudit faisceau lumineux sortie (14), en aval dudit filtre accordable (121) acousto-optique.
8. 8. Pyromètre (100; 200) selon la revendication 7, dans lequel ladite lame séparatrice (127) présente des faces planes non parallèles. 20
9. 9. Pyromètre (100; 200) selon les revendications 5 et 6, dans lequel lesdits moyens optiques de séparation comprennent des moyens optiques de rotation de polarisation (123) adaptés à faire tourner la polarisation (14P') dudit faisceau lumineux de sortie (14) et un séparateur de polarisation (125) placé sur le chemin dudit faisceau lumineux de sortie (14), en aval dudit filtre accordable (121) 25 acousto-optique.
10. 10. Pyromètre (100; 200) selon la revendication 9, dans lequel lesdits moyens optiques de rotation de polarisation comprennent une lame quart d'onde (123) disposée sur les chemins desdits faisceaux lumineux diffracté (12) et rétro-réfléchi (13).