FR3095514A1 - Mesure de lumiere retro-reflechie par un instrument d’optique - Google Patents
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Abstract
Un procédé pour mesurer une quantité de lumière qui est rétro-réfléchie par un instrument d’optique (1) comprend d’utiliser l’instrument d’optique en tant que réflecteur pour un interféromètre (10). Des variations sont appliquées à une position instantanée de l’instrument d’optique pour provoquer des variations d’un éclairement d’interférence. Un rotateur de Faraday (17) est disposé devant l’instrument d’optique pour varier une direction de polarisation linéaire d’illumination, et/ou une direction de polarisation linéaire d’analyse, afin de permettre d’analyser une dépendance de la quantité de lumière rétro-réfléchie en fonction des directions de polarisation linéaire d’illumination et/ou d’analyse. Une détection synchrone peut en outre être utilisée pour mesurer précisément des quantités de lumière rétro-réfléchie qui peuvent être très faibles. Figure d’abrégé : Figure 1
Description
L’invention concerne un procédé et un dispositif de mesure de la quantité de lumière qui est rétro-réfléchie par un instrument d’optique. Elle n’est pas limitée à des mesures dans un domaine de longueur d’onde particulier, et les mots lumière et rayonnement sont utilisés comme des synonymes.
Certaines applications qui mettent en œuvre un instrument d’optique nécessitent que la quantité de lumière qui peut être rétro-réfléchie par cet instrument d’optique soit très faible, ou connue, ou encore déterminable. Pour cela, il peut être nécessaire de mesurer une quantité de lumière qui est rétro-réfléchie par l’instrument d’optique dans des conditions de test en laboratoire, avant que l’instrument d’optique soit utilisé pour l’application visée.
L’article intitulé «Experimental study of the opposition effect in the scattering of light from a randomly rough metal surface» de Zu-Han Gu et al, Applied Optics, Vol. 28, No. 3, 1erfévrier 1989, pp. 537-543, décrit un dispositif qui est adapté pour mesurer une quantité de lumière rétro-réfléchie, mais sans permettre d’analyser une dépendance de la rétro-réflexion par rapport à la polarisation lumineuse.
Problème technique
A partir de cette situation, un but de la présente invention est de permettre d’analyser la rétro-réflexion d’un instrument d’optique en fonction de la polarisation lumineuse.
Un but subsidiaire de l’invention est d’analyser une telle dépendance par rapport à la polarisation lumineuse même pour des niveaux de rétro-réflexion qui sont faibles, voire très faibles.
Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un nouveau procédé pour mesurer une quantité de lumière qui est rétro-réfléchie par un instrument d’optique, ce procédé comprenant :
- d’utiliser l’instrument d’optique en tant que réflecteur pour un interféromètre, appelé interféromètre principal, cet interféromètre principal étant adapté pour produire une interférence entre un premier flux de rayonnement qui est rétro-réfléchi par l’instrument d’optique, et un second flux de rayonnement, les premier et second flux de rayonnement étant issus d’une même source de rayonnement ;
- à l’aide d’un capteur d’éclairement principal, de mesurer un éclairement d’interférence qui est produit par l’interféromètre principal, appelé éclairement d’interférence principal, pendant que l’instrument d’optique est utilisé en tant que réflecteur pour l’interféromètre principal ;
- d’appliquer des variations à une position instantanée de l’instrument d’optique, de façon à provoquer des variations de l’éclairement d’interférence principal ; et
- de déduire la quantité de lumière rétro-réfléchie par l’instrument d’optique à partir de variations qui existent entre plusieurs résultats de mesure de l’éclairement d’interférence principal.
Grâce au fait d’appliquer les variations de position instantanée à l’instrument d’optique plutôt qu’à un miroir de l’interféromètre qui réfléchit le second flux de rayonnement, le premier flux de rayonnement tel que rétro-réfléchi par l’instrument d’optique peut être caractérisé indépendamment de rayonnements parasites qui proviendraient de sources fixes par rapport à l’interféromètre.
- d’utiliser l’instrument d’optique en tant que réflecteur pour un interféromètre, appelé interféromètre principal, cet interféromètre principal étant adapté pour produire une interférence entre un premier flux de rayonnement qui est rétro-réfléchi par l’instrument d’optique, et un second flux de rayonnement, les premier et second flux de rayonnement étant issus d’une même source de rayonnement ;
- à l’aide d’un capteur d’éclairement principal, de mesurer un éclairement d’interférence qui est produit par l’interféromètre principal, appelé éclairement d’interférence principal, pendant que l’instrument d’optique est utilisé en tant que réflecteur pour l’interféromètre principal ;
- d’appliquer des variations à une position instantanée de l’instrument d’optique, de façon à provoquer des variations de l’éclairement d’interférence principal ; et
- de déduire la quantité de lumière rétro-réfléchie par l’instrument d’optique à partir de variations qui existent entre plusieurs résultats de mesure de l’éclairement d’interférence principal.
Grâce au fait d’appliquer les variations de position instantanée à l’instrument d’optique plutôt qu’à un miroir de l’interféromètre qui réfléchit le second flux de rayonnement, le premier flux de rayonnement tel que rétro-réfléchi par l’instrument d’optique peut être caractérisé indépendamment de rayonnements parasites qui proviendraient de sources fixes par rapport à l’interféromètre.
Pour l’invention, le premier flux de rayonnement possède une polarisation linéaire en étant incident sur l’instrument d’optique. De plus, un rotateur de Faraday est disposé devant l’instrument d’optique, de façon à ce que ce rotateur de Faraday soit traversé par le premier flux de rayonnement polarisé linéairement selon un premier sens de propagation avant que ce premier flux de rayonnement soit réfléchi par l’instrument d’optique. Le rotateur de Faraday est agencé pour décaler angulairement une direction de polarisation linéaire du premier flux de rayonnement, et de façon à être traversé de nouveau par le premier flux de rayonnement selon un second sens de propagation parallèle mais opposé au premier sens de propagation, après que ce premier flux de rayonnement a été réfléchi par l’instrument d’optique.
Ainsi, le rotateur de Faraday permet de modifier la direction de polarisation linéaire que présente le premier flux de rayonnement lorsque celui-ci est incident sur l’instrument d’optique. Le rotateur de Faraday applique deux décalages angulaires à la direction de polarisation linéaire du premier flux de rayonnement qui sont égaux et s’additionnent pour le premier flux de rayonnement : d’abord sur la partie de trajet optique en direction de l’instrument d’optique, puis sur la partie de trajet optique en retour de l’instrument d’optique. L’interféromètre principal met alors en évidence la quantité de lumière rétro-réfléchie dont la direction de polarisation linéaire finale, après aller-retour à travers l’interféromètre principal et le rotateur de Faraday, en ayant été rétro-réfléchie par l’instrument d’optique, est identique à celle du second flux de rayonnement. Une variation de l’angle de rotation de polarisation linéaire qui est produit par le rotateur de Faraday, contrôlée par une commande appropriée de ce rotateur de Faraday, c’est-à-dire par une commande d’intensité du champ magnétique qui est appliqué dans le rotateur de Faraday, permet de varier la direction de polarisation linéaire du premier flux de rayonnement tel qu’incident sur l’instrument d’optique. Autrement dit, le rotateur de Faraday permet de varier à volonté une direction de polarisation linéaire d’illumination, et/ou une direction de polarisation linéaire d’analyse, afin de permettre d’analyser une dépendance de la quantité de lumière qui est rétro-réfléchie par l’instrument d’optique en fonction des directions de polarisation linéaire d’illumination et/ou d’analyse.
De façon avantageuse, une lame demi-onde peut être disposée entre l’instrument d’optique et le rotateur de Faraday, de façon à être traversée une première fois par le premier flux de rayonnement avant que ce premier flux de rayonnement soit réfléchi par l’instrument d’optique, selon le premier sens de propagation, et traversée à nouveau par le premier flux de rayonnement selon le second sens de propagation, après qu’il a été réfléchi par l’instrument d’optique. Une telle lame demi-onde permet, par modification de l’orientation de ses axes de biréfringence autour de la direction de propagation du premier flux de rayonnement, en combinaison avec une commande appropriée du rotateur de Faraday, d’obtenir toutes les directions de polarisation linéaire pour le premier flux de rayonnement tel qu’il est incident sur l’instrument d’optique, et d’obtenir aussi toutes les directions de polarisation linéaire selon chacune desquelles peut être détecté le premier flux de rayonnement tel qu’il est réfléchi par l’instrument d’optique. Autrement dit, l’association de la lame demi-onde avec le rotateur de Faraday permet de générer toutes les combinaisons d’une direction de polarisation linéaire d’illumination quelconque avec une direction de polarisation linéaire d’analyse quelconque.
Lorsqu’une telle lame demi-onde est utilisée, elle peut être de préférence orientée de sorte qu’un axe de biréfringence de cette lame demi-onde soit décalé angulairement d’une moitié d’un angle de rotation de polarisation linéaire qui est produit par le rotateur de Faraday sur le premier flux de rayonnement avant qu’il soit rétro-réfléchi par l’instrument d’optique, par rapport à la direction de polarisation linéaire de ce premier flux de rayonnement avant de traverser le rotateur de Faraday selon le premier sens de propagation. Ainsi, la direction de polarisation linéaire du premier flux de rayonnement tel qu’il est incident sur l’instrument d’optique, c’est-à-dire la direction de polarisation linéaire d’illumination, reste constante lorsque l’angle de rotation de polarisation linéaire qui est produit par le rotateur de Faraday et l’orientation de la lame demi-onde varient corrélativement, alors que ces variations corrélées permettent d’obtenir toutes les directions de polarisation linéaire d’analyse.
Dans des modes préférés de réalisation de l’invention, l’interféromètre principal peut être d’un type de Michelson. Dans ce cas, l’interféromètre principal peut être à base d’un diviseur de faisceau par polarisation.
Selon un perfectionnement de l’invention qui permet de détecter la lumière rétro-réfléchie avec une sensibilité supérieure, l’éclairement d’interférence principal peut être enregistré continuellement par le capteur d’éclairement principal pendant une durée d’enregistrement. Simultanément, les variations sont appliquées pendant la durée d’enregistrement à la position instantanée de l’instrument d’optique. Alors, les résultats de mesure de l’éclairement d’interférence principal peuvent être filtrés par détection synchrone par rapport aux variations de la position instantanée de l’instrument d’optique pendant la durée d’enregistrement. Une telle mise en œuvre de détection synchrone permet de détecter des quantités de lumière rétro-réfléchie qui sont très faibles.
La détection synchrone peut être mise en œuvre par rapport à un signal de commande de déplacement de la position instantanée de l’instrument d’optique. Toutefois, il peut être préférable de la mettre en œuvre par rapport à un signal de détection de la position instantanée réelle de l’instrument d’optique. Pour cela, selon un perfectionnement supplémentaire, un système annexe de mesure de position peut être utilisé pour déterminer la position instantanée de l’instrument d’optique. Par exemple, un réflecteur secondaire peut être connecté rigidement à l’instrument d’optique, et le système annexe de mesure de position peut comprendre un autre interféromètre, appelé interféromètre secondaire, et un autre capteur d’éclairement, appelé capteur d’éclairement secondaire. L’interféromètre secondaire peut alors être agencé pour produire une autre interférence entre un troisième flux de rayonnement qui est réfléchi par le réflecteur secondaire, et un quatrième flux de rayonnement, les troisième et quatrième flux de rayonnement étant issus d’une même source de rayonnement secondaire. Le capteur d’éclairement secondaire est alors disposé pour mesurer, continuellement pendant la durée d’enregistrement, un éclairement d’interférence qui est produit par l’interféromètre secondaire, qui est appelé éclairement d’interférence secondaire, et qui varie en fonction de la position instantanée de l’instrument d’optique. Dans ce cas, des résultats de mesure de l’éclairement d’interférence secondaire peuvent être utilisés pour filtrer par détection synchrone les résultats de mesure de l’éclairement d’interférence principal. Avantageusement, l’interféromètre secondaire peut aussi être d’un type de Michelson, notamment à diviseur de faisceau par polarisation.
De façon générale pour l’invention, l’instrument d’optique peut comprendre un télescope, et pour mesurer la quantité de lumière rétro-réfléchie, le premier flux de rayonnement peut être rétro-réfléchi par l’instrument d’optique en ayant été dirigé au moins en partie sur une entrée optique du télescope, par exemple sur une surface réfléchissante d’un miroir secondaire dudit télescope.
Aussi de façon générale pour l’invention, les premier et second flux de rayonnement peuvent être issus d’une source monochromatique, de préférence une source laser, de façon encore plus préférée une source laser de type YAG.
Un second aspect de l’invention propose un dispositif de mesure d’une quantité de lumière qui est rétro-réfléchie par un instrument d’optique, ce dispositif comprenant :
- un interféromètre principal, qui est adapté pour produire une interférence entre un premier flux de rayonnement rétro-réfléchi par l’instrument d’optique, et un second flux de rayonnement, les premier et second flux de rayonnement étant issus d’une même source de rayonnement ;
- un capteur d’éclairement principal, qui est disposé pour mesurer un éclairement d’interférence principal qui est produit par l’interféromètre principal, pendant que l’instrument d’optique est utilisé en tant que réflecteur pour l’interféromètre principal ;
- un système de déplacement, qui est disposé pour appliquer des variations à une position instantanée de l’instrument d’optique, de façon à provoquer des variations de l’éclairement d’interférence principal ;
- une unité de calcul, qui est adaptée pour déduire la quantité de lumière rétro-réfléchie par l’instrument d’optique à partir de variations qui existent entre plusieurs résultats de mesure produits par le capteur d’éclairement principal ;
- un rotateur de Faraday, qui est destiné à être devant l’instrument d’optique, de façon à ce que ce rotateur de Faraday soit traversé par le premier flux de rayonnement polarisé linéairement selon un premier sens de propagation avant que ce premier flux de rayonnement soit réfléchi par l’instrument d’optique, le rotateur de Faraday étant agencé pour décaler angulairement une direction de polarisation linéaire du premier flux de rayonnement, et de façon à ce que le rotateur de Faraday soit traversé de nouveau par le premier flux de rayonnement selon un second sens de propagation parallèle mais opposé au premier sens de propagation, après que le premier flux de rayonnement a été réfléchi par l’instrument d’optique ; et
- optionnellement, une lame demi-onde, qui est disposée entre l’instrument d’optique et le rotateur de Faraday, de façon à être traversée une première fois par le premier flux de rayonnement avant que ce premier flux de rayonnement soit réfléchi par l’instrument d’optique, selon le premier sens de propagation, et traversée à nouveau par le premier flux de rayonnement selon le second sens de propagation, après qu’il a été réfléchi par l’instrument d’optique.
- un interféromètre principal, qui est adapté pour produire une interférence entre un premier flux de rayonnement rétro-réfléchi par l’instrument d’optique, et un second flux de rayonnement, les premier et second flux de rayonnement étant issus d’une même source de rayonnement ;
- un capteur d’éclairement principal, qui est disposé pour mesurer un éclairement d’interférence principal qui est produit par l’interféromètre principal, pendant que l’instrument d’optique est utilisé en tant que réflecteur pour l’interféromètre principal ;
- un système de déplacement, qui est disposé pour appliquer des variations à une position instantanée de l’instrument d’optique, de façon à provoquer des variations de l’éclairement d’interférence principal ;
- une unité de calcul, qui est adaptée pour déduire la quantité de lumière rétro-réfléchie par l’instrument d’optique à partir de variations qui existent entre plusieurs résultats de mesure produits par le capteur d’éclairement principal ;
- un rotateur de Faraday, qui est destiné à être devant l’instrument d’optique, de façon à ce que ce rotateur de Faraday soit traversé par le premier flux de rayonnement polarisé linéairement selon un premier sens de propagation avant que ce premier flux de rayonnement soit réfléchi par l’instrument d’optique, le rotateur de Faraday étant agencé pour décaler angulairement une direction de polarisation linéaire du premier flux de rayonnement, et de façon à ce que le rotateur de Faraday soit traversé de nouveau par le premier flux de rayonnement selon un second sens de propagation parallèle mais opposé au premier sens de propagation, après que le premier flux de rayonnement a été réfléchi par l’instrument d’optique ; et
- optionnellement, une lame demi-onde, qui est disposée entre l’instrument d’optique et le rotateur de Faraday, de façon à être traversée une première fois par le premier flux de rayonnement avant que ce premier flux de rayonnement soit réfléchi par l’instrument d’optique, selon le premier sens de propagation, et traversée à nouveau par le premier flux de rayonnement selon le second sens de propagation, après qu’il a été réfléchi par l’instrument d’optique.
Pour une mise en œuvre de l’invention qui utilise une détection synchrone, le capteur d’éclairement principal peut être adapté pour enregistrer l’éclairement d’interférence principal continuellement pendant une durée d’enregistrement, et le système de déplacement peut être adapté pour appliquer les variations à la position instantanée de l’instrument d’optique pendant la durée d’enregistrement. Alors, le dispositif peut comprendre en outre :
- un système de détection synchrone, qui est adapté pour filtrer les résultats de mesure de l’éclairement d’interférence principal tels que produits par le capteur d’éclairement principal, par détection synchrone par rapport aux variations de la position instantanée de l’instrument d’optique.
- un système de détection synchrone, qui est adapté pour filtrer les résultats de mesure de l’éclairement d’interférence principal tels que produits par le capteur d’éclairement principal, par détection synchrone par rapport aux variations de la position instantanée de l’instrument d’optique.
Brève description des figures
Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non-limitatifs, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
Description détaillée de l’invention
Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles, ni à des rapports de dimensions réels. En outre, certains de ces éléments ne sont représentés que symboliquement, et des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.
Conformément à , un dispositif de mesure conforme à l’invention peut comprendre un interféromètre principal 10, un rotateur de Faraday 17, une source de rayonnement 18, un capteur d’éclairement principal 19, et une unité de calcul 40, notée COMPT. Le dispositif est destiné à être alimenté en rayonnement par une source de rayonnement 18. La source 18 peut être un laser YAG de longueur d’onde 1064 nm (nanomètre). Le flux de rayonnement R0 tel que produit par une telle source 18 peut être polarisé linéairement.
L’interféromètre principal 10 peut être du type interféromètre de Michelson, bien connu de l’Homme du métier, de préférence à diviseur de faisceau du type diviseur de faisceau par polarisation, ou PBS pour «polarizing beam splitter» en anglais. Ainsi, l’interféromètre 10 divise le flux de rayonnement R0en deux flux secondaires : un premier flux de rayonnement R1qui peut être transmis sans déviation par le diviseur de faisceau par polarisation 11, et un second flux de rayonnement R2qui peut être dévié à angle droit par le diviseur de faisceau par polarisation 11. Le second flux de rayonnement R2est alors rétro-réfléchi par un miroir 12, par exemple en forme de coin de cube, à travers une lame quart d’onde 13, de façon à retraverser le diviseur de faisceau par polarisation 11 sans être dévié en direction du capteur d’éclairement principal 19.
Le premier flux de rayonnement R1est dirigé vers un instrument d’optique à analyser en rétro-réflexion, référencé 1, à travers un rotateur de Faraday 17, noté RF. Un axe de rotation de polarisation linéaire du rotateur de Faraday 17 est parallèle à la direction de propagation du premier flux de rayonnement R1. Le fonctionnement d’un rotateur de Faraday, sous contrôle d’un champ magnétique B, est aussi supposé connu de l’Homme du métier, si bien qu’il n’est pas répété ici. Le premier flux de rayonnement R1est partiellement rétro-réfléchi par l’instrument d’optique 1, sous forme d’un faisceau R1’ qui traverse le rotateur de Faraday 17 en sens inverse par rapport au flux de rayonnement R1, et la partie du faisceau R1’ qui présente une polarisation perpendiculaire à celle du flux de rayonnement R1est dirigée vers le capteur d’éclairement principal 19 par le diviseur de faisceau par polarisation 11. Ainsi, le capteur d’éclairement principal 19 enregistre un éclairement d’interférence entre cette partie du faisceau R1’ et le second flux de rayonnement R2. Dans la partie générale de la présente description, la partie de faisceau R1’ qui produit l’interférence avec le second flux de rayonnement R2a été directement appelée premier flux de rayonnement, par simplicité. Une lame demi-onde 16 peut être disposée sur le trajet du flux de rayonnement R0entre la sortie de la source 18 et le diviseur de faisceau par polarisation 11, pour augmenter un contraste d’interférence tel que perçu par le capteur d’éclairement principal 19.
L’instrument d’optique 1 peut comprendre un télescope, mais aussi des composants annexes tels que des montures, un miroir de sortie, des supports… Le but du dispositif peut alors être de mesurer la quantité de lumière qui est rétro-réfléchie par l’ensemble de l’instrument d’optique 1, incluant ses composants optiques, mécaniques, des composants éventuels de protection, etc. Lorsque l’instrument d’optique 1 comprend un télescope, celui peut être d’un type à deux miroirs en incorporant un miroir primaire 2 et un miroir secondaire 3. Dans ce cas, l’instrument d’optique 1 peut être disposé par rapport à l’interféromètre principal 10 de sorte que le flux de rayonnement R1soit incident sur la face réfléchissante du miroir secondaire 3. Eventuellement, en fonction du type de l’instrument d’optique 1, un masque peut être utilisé localement pour éviter qu’une partie du flux de rayonnement R1soit réfléchie de façon spéculaire en direction de l’interféromètre principal 10. Mais un tel masque localisé n’est pas systématiquement nécessaire, notamment il est inutile lorsque l’instrument d’optique 1 est un télescope à configuration hors d’axe, ou lorsque la direction de polarisation linéaire d’analyse (voir plus loin) est différente de celle du flux de rayonnement R1tel qu’incident sur l’instrument d’optique 1. Par ailleurs, au moins un composant optique additionnel tel qu’une lentille peut être disposé entre le rotateur de Faraday 17 et l’instrument d’optique 1, en particulier pour adapter une section du flux de rayonnement R1à la taille de l’instrument d’optique 1.
Un système 4 est en outre utilisé pour déplacer l’instrument d’optique 1, de façon à varier la longueur du trajet optique du flux de rayonnement R1’. Par exemple, le système 4 peut être conçu pour déplacer l’instrument d’optique 1 parallèlement à la direction de propagation du flux de rayonnement R1’. N’importe quelle séquence temporelle de déplacement qui est ainsi produite pour l’instrument d’optique 1 peut être mise en œuvre, mais des séquences qui sont périodiques par rapport au temps peuvent être préférées. Le système de déplacement 4 peut avoir une constitution quelconque, qui est adaptée par rapport à la fréquence voulue pour varier la position de l’instrument d’optique 1, et par rapport à l’amplitude des variations qui est voulue. Un système 4 qui est à base d’une platine de translation motorisée peut être utilisé. Le système de déplacement 4 est commandé par une unité de contrôle 5, notée CTRL, par l’intermédiaire d’un signal de commande de déplacement qui est transmis par cette unité de contrôle 5 au système de déplacement 4.
Le signal de détection qui est délivré par le capteur d’éclairement principal 19, et qui correspond à l’éclairement d’interférence tel que produit par l’interféromètre principal 10, varie en fonction du déplacement qui est appliqué par le système 4 à l’instrument d’optique 1. En effet, l’éclairement d’interférence qui est détecté par le capteur 19, noté S, est :
S = E1+ E2+ 2·η·(E1·E2)1/2·cos(2π·v·t/λ + Φ)
où E1est l’éclairement du premier flux de rayonnement R1’ seul, E2est l’éclairement du deuxième flux de rayonnement R2seul, η est un facteur d’efficacité prédéterminé, cos() désigne la fonction cosinus, v est la vitesse instantanée de déplacement produite par le système 4, t désigne le temps, λ est la longueur d’onde du rayonnement R0, et Φ désigne une phase d’origine. L’amplitude de variation de l’éclairement d’interférence S, lorsque le système de déplacement 4 est actif, dépend donc de l’intensité du flux de rayonnement R1’, tel que ce flux de rayonnement a été rétro-réfléchi par l’instrument d’optique 1. La mesure de cette amplitude de variation de l’éclairement d’interférence S permet donc d’en déduire l’éclairement E1du flux de rayonnement rétro-réfléchi R1’, par exemple en tant que solution de l’équation suivante :
(Smax- Smin)2/(8η2) = E1·[Smax+ Smin- 2·E1]
où Smaxet Smindésignent la valeur maximale et la valeur minimale, respectivement, qui sont atteintes par l’éclairement d’interférence S tel que détecté par le capteur d’éclairement principal 19 lorsque l’excursion du déplacement qui est appliqué par le système 4 est supérieure à la moitié de la longueur d’onde λ du rayonnement R0produit par la source 18. D’autres méthodes de calcul de l’éclairement E1du flux de rayonnement rétro-réfléchi R1’ peuvent être utilisées alternativement. Une telle déduction de l’intensité du flux de rayonnement R1’ qui est rétro-réfléchi par l’instrument d’optique 1 est effectuée par l’unité de calcul 40. Possiblement, le facteur d’efficacité η peut être égal à l’unité, et la lame demi-onde 16 peut être ajustée en orientation pour maximiser l’écart Smax- Smin.
S = E1+ E2+ 2·η·(E1·E2)1/2·cos(2π·v·t/λ + Φ)
où E1est l’éclairement du premier flux de rayonnement R1’ seul, E2est l’éclairement du deuxième flux de rayonnement R2seul, η est un facteur d’efficacité prédéterminé, cos() désigne la fonction cosinus, v est la vitesse instantanée de déplacement produite par le système 4, t désigne le temps, λ est la longueur d’onde du rayonnement R0, et Φ désigne une phase d’origine. L’amplitude de variation de l’éclairement d’interférence S, lorsque le système de déplacement 4 est actif, dépend donc de l’intensité du flux de rayonnement R1’, tel que ce flux de rayonnement a été rétro-réfléchi par l’instrument d’optique 1. La mesure de cette amplitude de variation de l’éclairement d’interférence S permet donc d’en déduire l’éclairement E1du flux de rayonnement rétro-réfléchi R1’, par exemple en tant que solution de l’équation suivante :
(Smax- Smin)2/(8η2) = E1·[Smax+ Smin- 2·E1]
où Smaxet Smindésignent la valeur maximale et la valeur minimale, respectivement, qui sont atteintes par l’éclairement d’interférence S tel que détecté par le capteur d’éclairement principal 19 lorsque l’excursion du déplacement qui est appliqué par le système 4 est supérieure à la moitié de la longueur d’onde λ du rayonnement R0produit par la source 18. D’autres méthodes de calcul de l’éclairement E1du flux de rayonnement rétro-réfléchi R1’ peuvent être utilisées alternativement. Une telle déduction de l’intensité du flux de rayonnement R1’ qui est rétro-réfléchi par l’instrument d’optique 1 est effectuée par l’unité de calcul 40. Possiblement, le facteur d’efficacité η peut être égal à l’unité, et la lame demi-onde 16 peut être ajustée en orientation pour maximiser l’écart Smax- Smin.
On décrit maintenant le comportement du dispositif de mesure de l’invention par rapport à la polarisation du rayonnement, en référence à . La source 18 produit le rayonnement R0 avec la direction de polarisation linéaire P0, en aval de la lame demi-onde 16 le cas échéant, puis le diviseur de faisceau par polarisation 11 transmet le flux de rayonnement R1 en direction de l’instrument d’optique 1 avec une direction de polarisation linéaire P1 qui est fixée par ce diviseur 11, par exemple verticale dans l’exemple de [Fig. 2]. Le rotateur de Faraday 17 fait ensuite tourner cette direction de polarisation linéaire P1 d’un angle θRF qui est sélectionné par la commande du rotateur de Faraday 17. En l’absence de lame demi-onde 18, cette direction de polarisation linéaire est directement celle du flux de rayonnement R1 tel qu’incident sur l’instrument d’optique 1. Il s’agit de la direction de polarisation linéaire d’illumination. Simultanément et de façon connue, le flux de rayonnement rétro-réfléchi R1’ tel que transmis par le diviseur de faisceau par polarisation 11, en direction du capteur 19, possède une direction de polarisation linéaire P1’ juste avant d’entrer dans ce diviseur 11, qui est perpendiculaire à celle P1 du flux de rayonnement R1. Cette direction de polarisation linéaire P1’ apparaît donc horizontalement en perspective dans [Fig. 2]. Par conséquent, entre l’instrument d’optique 1 et le rotateur de Faraday 17, le flux de rayonnement rétro-réfléchi R1’ tel que transmis ultérieurement par le diviseur de faisceau par polarisation 11 au capteur 19, possède une direction de polarisation linéaire qui est tournée de -θRF par rapport à la direction horizontale. Il s’agit de la direction de polarisation linéaire d’analyse, encore en l’absence de lame demi-onde 18.
Lorsque la lame demi-onde 18 est ajoutée entre l’instrument d’optique 1 et le rotateur de Faraday 17, elle procure un degré de liberté supplémentaire grâce à l’orientation de ses axes de biréfringence, dont l’un quelconque est noté A18. La combinaison des deux paramètres que sont l’angle de rotation de polarisation linéaire qui est produit par le rotateur de Faraday 17 et l’orientation de la lame demi-onde 18 permet d’obtenir tous les couples de valeurs possibles pour la direction de polarisation linéaire d’illumination et la direction de polarisation linéaire d’analyse.
Des sélections préférées pour la direction de polarisation linéaire d’illumination et la direction de polarisation linéaire d’analyse correspondent à la direction de polarisation linéaire d’illumination qui reste constante, et la direction de polarisation linéaire d’analyse qui est variable, pour être sélectionnée à volonté par un utilisateur du dispositif. Ces sélections préférées correspondent à la direction de l’axe de biréfringence A18 de la lame demi-onde 18 qui est orientée pour faire un angle égal à la moitié de l’angle θRF de rotation de polarisation linéaire qui est produit par le rotateur de Faraday 17, par rapport à la direction de polarisation linéaire P1 telle qu’existant entre le diviseur de faisceau par polarisation 11 et le rotateur de Faraday 17. Alors, la direction de polarisation linéaire d’illumination est constamment égale à la direction de polarisation linéaire P1 telle qu’existant entre le diviseur de faisceau par polarisation 11 et le rotateur de Faraday 17, et la direction de polarisation linéaire d’analyse est égale à θA = π/2 + 2·θRF. La direction de polarisation linéaire d’analyse est donc encore variable à volonté pour caractériser le comportement de rétro-réflexion de l’instrument d’optique 1, alors que la direction de polarisation linéaire d’illumination reste constante. Une telle sélection préférée est montrée dans .
Enfin, un cas particulier correspond à θRF= π/4 pour l’angle de rotation de polarisation linéaire qui est produit par le rotateur de Faraday 17, et π/8 pour l’angle entre l’axe de biréfringence A18de la lame demi-onde 18 et la direction de polarisation linéaire P1telle qu’existant entre le diviseur de faisceau par polarisation 11 et le rotateur de Faraday 17. Il s’agit d’un cas particulier des sélections préférées précédentes, et donc la direction de polarisation linéaire d’illumination est encore la direction de polarisation linéaire P1telle qu’existant entre le diviseur de faisceau par polarisation 11 et le rotateur de Faraday 17. Mais la direction de polarisation linéaire d’analyse est alors égale à θA= π/2 + 2·π/4 = π, c’est-à-dire qu’elle est identique à la direction de polarisation linéaire d’illumination. Le dispositif de l’invention permet alors de mesurer le pouvoir de rétro-réflexion de l’instrument d’optique 1 sans changement de direction de polarisation linéaire.
Pour améliorer la sensibilité du dispositif de mesure de l’invention, notamment lorsque l’intensité du flux de rayonnement rétro-réfléchi R1’ est faible ou très faible, il est possible de mettre en œuvre une détection synchrone entre le capteur d’éclairement principal 19 et l’unité de calcul 40. Pour cela, un système de détection synchrone 30 (voir ) peut être constitué par un mélangeur de signaux 31, suivi d’un filtre passe-bas 32. La sortie du filtre passe-bas 32 est connectée à l’entrée de l’unité de calcul 40, et une première entrée du mélangeur 31 reçoit le signal de détection qui est délivré par le capteur d’éclairement principal 19. Selon une première méthode possible, le mélangeur 31 peut recevoir sur une seconde entrée le signal de commande de déplacement tel que produit par l’unité de contrôle 5. La détection synchrone est ainsi effectuée par rapport au signal de commande du déplacement de l’instrument d’optique 1 ou du miroir 12.
Selon une autre méthode aussi possible, la détection synchrone peut être effectuée par rapport au déplacement réel de l’instrument d’optique, tel que produit par le système de déplacement 4. Pour cela, un système annexe 20 peut être prévu pour mesurer en temps réel la position de l’instrument d’optique 1, et un signal de mesure de position est transmis au mélangeur 31 pour servir de référence à la détection synchrone. illustre un exemple dans lequel la détection synchrone est effectuée par rapport à la position mesurée de l’instrument d’optique 1, et le système annexe 20 pour mesurer cette position de l’instrument d’optique 1 comprend un autre interféromètre du type de Michelson, qui a été appelé interféromètre secondaire dans la partie générale de la présente description, et un capteur d’éclairement secondaire 29. L’interféromètre secondaire peut comprendre un diviseur de faisceau par polarisation 21, un miroir mobile 22 qui est fixé sur l’instrument d’optique 1, un miroir fixe 24, et deux lames quart d’onde 23 et 25 qui sont disposées devant les miroirs 22 et 24, respectivement. L’interféromètre secondaire peut être alimenté optiquement par une source laser 28, par exemple encore de type YAG, et appelée source de rayonnement secondaire dans la partie générale de la description. Les miroirs mobile 22 et fixe 24 peuvent avantageusement être chacun en forme de coin de cube, et le miroir 22 a été appelé réflecteur secondaire dans la partie générale de la description. Dans ces conditions, le rayonnement qui est émis par la source 28 est divisé par le diviseur 21 en un troisième flux de rayonnement R3 qui est rétro-réfléchi par le miroir mobile 22, et un quatrième flux de rayonnement R4 qui est rétro-réfléchi par le miroir fixe 24. Le capteur d’éclairement secondaire 29 délivre alors un signal de mesure d’éclairement qui correspond à l’état d’interférence des flux de rayonnement R3 et R4, appelé éclairement d’interférence secondaire dans la partie générale de la description. Ce signal de mesure d’éclairement d’interférence secondaire dépend de la position instantanée de l’instrument d’optique 1, et peut être transmis au mélangeur de signaux 31 pour le fonctionnement de la détection synchrone.
Il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires des modes de réalisation qui ont été décrits en détail ci-dessus, tout en conservant certains au moins des avantages cités. Notamment, les modifications suivantes sont rappelées, sans limitation :
- le type de l’interféromètre principal 10 peut être changé ;
- la lame demi-onde 16 est optionnelle ;
- la lame demi-onde 18 peut être supprimée ;
- l’utilisation d’une détection synchrone est optionnelle ;
- la détection synchrone peut être effectuée à partir du signal de commande du déplacement de l’instrument d’optique 1 ou à partir d’un signal de détection de la position instantanée de cet instrument d’optique 1 ;
- la position instantanée de l’instrument d’optique 1 peut être mesurée d’une façon autre qu’en utilisant un interféromètre secondaire, par exemple en utilisant un transducteur électromécanique ; et
- lorsqu’un interféromètre secondaire est utilisé, son type d’interféromètre peut être changé.
En outre, toutes les valeurs numériques qui ont été citées, y compris les valeurs particulières d’angle pour repérer une direction de polarisation linéaire, ne l’ont été qu’à titre d’illustration et peuvent être changées.
- le type de l’interféromètre principal 10 peut être changé ;
- la lame demi-onde 16 est optionnelle ;
- la lame demi-onde 18 peut être supprimée ;
- l’utilisation d’une détection synchrone est optionnelle ;
- la détection synchrone peut être effectuée à partir du signal de commande du déplacement de l’instrument d’optique 1 ou à partir d’un signal de détection de la position instantanée de cet instrument d’optique 1 ;
- la position instantanée de l’instrument d’optique 1 peut être mesurée d’une façon autre qu’en utilisant un interféromètre secondaire, par exemple en utilisant un transducteur électromécanique ; et
- lorsqu’un interféromètre secondaire est utilisé, son type d’interféromètre peut être changé.
En outre, toutes les valeurs numériques qui ont été citées, y compris les valeurs particulières d’angle pour repérer une direction de polarisation linéaire, ne l’ont été qu’à titre d’illustration et peuvent être changées.
Claims (11)
- Procédé pour mesurer une quantité de lumière qui est rétro-réfléchie par un instrument d’optique (1), le procédé comprenant :
- d’utiliser l’instrument d’optique (1) en tant que réflecteur pour un interféromètre, appelé interféromètre principal (10), ledit interféromètre principal étant adapté pour produire une interférence entre un premier flux de rayonnement qui est rétro-réfléchi par ledit instrument d’optique, et un second flux de rayonnement, lesdits premier et second flux de rayonnement étant issus d’une même source de rayonnement (18) ;
- à l’aide d’un capteur d’éclairement principal (19), de mesurer un éclairement d’interférence qui est produit par l’interféromètre principal (10), appelé éclairement d’interférence principal, pendant que l’instrument d’optique (1) est utilisé en tant que réflecteur pour ledit interféromètre principal ;
- d’appliquer des variations à une position instantanée de l’instrument d’optique (1), de façon à provoquer des variations de l’éclairement d’interférence principal ; et
- de déduire la quantité de lumière rétro-réfléchie par l’instrument d’optique (1) à partir de variations qui existent entre plusieurs résultats de mesure de l’éclairement d’interférence principal,
procédé suivant lequel le premier flux de rayonnement possède une polarisation linéaire en étant incident sur l’instrument d’optique (1),
le procédé étant caractérisé en ce qu’un rotateur de Faraday (17) est disposé devant l’instrument d’optique (1), de façon à ce que ledit rotateur de Faraday soit traversé par le premier flux de rayonnement polarisé linéairement selon un premier sens de propagation avant que ledit premier flux de rayonnement soit réfléchi par l’instrument d’optique, le rotateur de Faraday étant agencé pour décaler angulairement une direction de polarisation linéaire du premier flux de rayonnement, et de façon à ce que ledit rotateur de Faraday soit traversé de nouveau par le premier flux de rayonnement selon un second sens de propagation parallèle mais opposé au premier sens de propagation, après que ledit premier flux de rayonnement a été réfléchi par l’instrument d’optique. - Procédé selon la revendication 1, suivant lequel une lame demi-onde (18) est disposée entre l’instrument d’optique (1) et le rotateur de Faraday (17), de façon à être traversée une première fois par le premier flux de rayonnement avant que ledit premier flux de rayonnement soit réfléchi par l’instrument d’optique, selon le premier sens de propagation, et traversée à nouveau par le premier flux de rayonnement selon le second sens de propagation, après que ledit premier flux de rayonnement a été réfléchi par l’instrument d’optique.
- Procédé selon la revendication 2, suivant lequel la lame demi-onde (18) est orientée de sorte qu’un axe de biréfringence de ladite lame demi-onde soit décalé angulairement d’une moitié d’un angle de rotation de polarisation linéaire qui est produit par le rotateur de Faraday (17) sur le premier flux de rayonnement avant d’être rétro-réfléchi par l’instrument d’optique (1), par rapport à la direction de polarisation linéaire dudit premier flux de rayonnement avant de traverser ledit rotateur de Faraday selon le premier sens de propagation.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel l’interféromètre principal (10) est d’un type de Michelson, notamment à diviseur de faisceau par polarisation (11).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel l’éclairement d’interférence principal est enregistré continuellement par le capteur d’éclairement principal (19) pendant une durée d’enregistrement,
et suivant lequel les variations sont appliquées pendant la durée d’enregistrement à la position instantanée de l’instrument d’optique (1),
et suivant lequel les résultats de mesure de l’éclairement d’interférence principal sont filtrés par détection synchrone pendant la durée d’enregistrement par rapport aux variations de la position instantanée de l’instrument d’optique (1) pendant la durée d’enregistrement. - Procédé selon la revendication 5, suivant lequel un réflecteur secondaire (22) est connecté rigidement à l’instrument d’optique (1), et un système annexe de mesure de position (20) est utilisé pour déterminer la position instantanée de l’instrument d’optique, ledit système annexe de mesure de position comprenant un autre interféromètre, appelé interféromètre secondaire, et un capteur d’éclairement secondaire (29),
l’interféromètre secondaire étant agencé pour produire une autre interférence entre un troisième flux de rayonnement qui est réfléchi par le réflecteur secondaire (22), et un quatrième flux de rayonnement, lesdits troisième et quatrième flux de rayonnement étant issus d’une même source de rayonnement secondaire (28) ; et
le capteur d’éclairement secondaire (29) étant disposé pour mesurer, continuellement pendant la durée d’enregistrement, un éclairement d’interférence qui est produit par l’interféromètre secondaire, qui est appelé éclairement d’interférence secondaire, et qui varie en fonction de la position instantanée de l’instrument d’optique (1),
procédé suivant lequel des résultats de mesure de l’éclairement d’interférence secondaire sont utilisés pour filtrer par détection synchrone les résultats de mesure de l’éclairement d’interférence principal (10). - Procédé selon la revendication 6, suivant lequel l’interféromètre secondaire est d’un type de Michelson, notamment à diviseur de faisceau par polarisation (21).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel l’instrument d’optique (1) comprend un télescope, et suivant lequel, pour mesurer la quantité de lumière rétro-réfléchie, le premier flux de rayonnement est rétro-réfléchi par l’instrument d’optique en ayant été dirigé au moins en partie sur une entrée optique du télescope, par exemple sur une surface réfléchissante d’un miroir secondaire (3) dudit télescope.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel les premier et second flux de rayonnement sont issus d’une source monochromatique (18), de préférence une source laser, de façon encore plus préférée une source laser de type YAG.
- Dispositif de mesure d’une quantité de lumière qui est rétro-réfléchie par un instrument d’optique (1), ledit dispositif comprenant :
- un interféromètre principal (10), qui est adapté pour produire une interférence entre un premier flux de rayonnement rétro-réfléchi par l’instrument d’optique (1), et un second flux de rayonnement, lesdits premier et second flux de rayonnement étant issus d’une même source de rayonnement (18) ;
- un capteur d’éclairement principal (19), qui est disposé pour mesurer un éclairement d’interférence principal produit par l’interféromètre principal (10), pendant que l’instrument d’optique (1) est utilisé en tant que réflecteur pour ledit interféromètre principal ;
- un système de déplacement (4), qui est disposé pour appliquer des variations à une position instantanée de l’instrument d’optique (1), de façon à provoquer des variations de l’éclairement d’interférence principal ; et
- une unité de calcul (40), qui est adaptée pour déduire la quantité de lumière rétro-réfléchie par l’instrument d’optique (1) à partir de variations qui existent entre plusieurs résultats de mesure produits par le capteur d’éclairement principal (19),
le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
- un rotateur de Faraday (17), qui est destiné à être devant l’instrument d’optique (1), de façon à ce que ledit rotateur de Faraday soit traversé par le premier flux de rayonnement polarisé linéairement selon un premier sens de propagation avant que ledit premier flux de rayonnement soit réfléchi par l’instrument d’optique (1), le rotateur de Faraday étant agencé pour décaler angulairement une direction de polarisation linéaire du premier flux de rayonnement, et de façon à ce que ledit rotateur de Faraday soit traversé de nouveau par le premier flux de rayonnement selon un second sens de propagation parallèle mais opposé au premier sens de propagation, après que ledit premier flux de rayonnement a été réfléchi par l’instrument d’optique. - Dispositif selon la revendication 10, dans lequel le capteur d’éclairement principal (19) est adapté pour enregistrer l’éclairement d’interférence principal continuellement pendant une durée d’enregistrement, et le système de déplacement (4) est adapté pour appliquer les variations à la position instantanée de l’instrument d’optique (1) pendant la durée d’enregistrement,
et le dispositif comprenant en outre :
- un système de détection synchrone (30), qui est adapté pour filtrer des résultats de mesure de l’éclairement d’interférence principal tels que produits par le capteur d’éclairement principal (19), par détection synchrone par rapport aux variations de la position instantanée de l’instrument d’optique (1).
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|---|---|---|---|
| FR1904299A FR3095514B1 (fr) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Mesure de lumiere retro-reflechie par un instrument d’optique |
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ID=67810834
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20150054941A1 (en) * | 2013-08-26 | 2015-02-26 | Nuflare Technology, Inc. | Image capturing device and inspection apparatus and inspection method |
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2019
- 2019-04-24 FR FR1904299A patent/FR3095514B1/fr active Active
-
2020
- 2020-04-10 WO PCT/EP2020/060311 patent/WO2020216638A1/fr active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150054941A1 (en) * | 2013-08-26 | 2015-02-26 | Nuflare Technology, Inc. | Image capturing device and inspection apparatus and inspection method |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ZU-HAN GU ET AL., APPLIED OPTICS, vol. 28, no. 3, 1 February 1989 (1989-02-01), pages 537 - 543 |
| ZU-HAN GU ET AL: "EXPERIMENTAL STUDY OF THE OPPOSITION EFFECT IN THE SCATTERING OF LIGHT FROM A RANDOMLY ROUGH METAL SURFACE", APPLIED OPTICS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, WASHINGTON, DC; US, vol. 28, no. 3, 1 February 1989 (1989-02-01), pages 537 - 543, XP000125568, ISSN: 0003-6935 * |
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