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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX APPAREILS DU GENRE DES INTERFEROMETRES
L'invention a pour objet des perfectionnements apportés aux appareils du genre des interféromètres, c'est-à-dire aux appareils de mesure (par exemple pour la mesure de l'état des surfaces, de l'indice de réfraction des liquides ou solides transparents, ou pour toutes autres applications) basés sur la mesure des différences de chemins optiques par le procédé des interférenceso
Elle consiste, principalement, dans les appareils du genre en question, à séparer la lumière en deux faisceaux à l'aide d'un sépa- rateur comportant une couche mince semi-réfléchissante, en combinaison avec au moins un miroir ou autre dispositif optique propre à permettre d'assurer auxdits faisceaux, jusqu'à ce système d'observation,
deux che- mins optiques substantiellement égaux, donnant lieu.au phénomène d'in- terférence.
Elle consiste, mise à part cette disposition principale, en certaines autres qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'applica- tion (notamment celui pour lequel on l'applique aux appareils du genre en question pour l'étude de l'état de surface des pièces métalliques ou autres), ainsi qué certains modes de réalisation, des susdites disposi- tions ; et elle vise, plus particulièrement encore et ce à titre de pro- duits industriels nouveaux, les appareils du genre en question compor- tant application de ces mêmes dispositions, les éléments spéciaux propres à leur établissement, ainsi que les ensembles ou installations pouvant comprendre de semblables appareils.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés,
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lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à ti- tre d'indication.
La fige 1, de ces dessins, montre en perspective un appareil interféromètre, par exemple pour l'étude ou la mesure des états de sur- face, établi conformément à l'invention.
Les figs. 2 et 3 montrent, respectivement et à plus grande échelle, en coupe axiale et en vue de côté partielles, portions arrachées, certaines parties dudit appareil.
La fig. 4 est un schéma illustrant le fonctionnement optique de l'ensemble.
Les figs. 5 et 6 illustrent schématiquement, en élévation et en plan, les déplacements angulaires de l'axe optique de l'appareil.
La fig. 7 est un schéma analogue à celui de la fig. 4, pour un autre mode de réalisation de l'invention.
Selon l'invention, et pius spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation, de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, de procéder à des mesures (no- tamment des états de surface de pièces métalliques ou autres), on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
En ce qui concerne d'abord l'appareil dans son principe, on l'agence de façon telle que soit interposé, sur le parcours des rayons venant d'une source lumineuse appropriée pour parvenir à un dis- positif d'observation après avoir traversé ou:frappé le milieu à étudier, un dispositif séparateur constitué essentiellement par au moins une cou- che mince semi-transparente propre à permettre, en combinaison avec au moins un miroir ou autre dispositif optique, d'assurer la division du faisceau en deux chemins optiques substantiellement égaux, ainsi qu'ex- pliqué ci-après, et donnant ainsi naissance à des interférences.
Ce séparateur est constitué notamment par deux lames trans- parentes 1,2 (figs. 2 et 4) ayant des épaisseurs convenables égales ou non, à faces par exemple planes, de préférence parallèles et polies, l'une au moins de ces lames recevant, sur sa surface en regard de l'autre lame, et avant collage sur celle-ci, la susdite couche mince, illustrée en 3, et constituée par exemple par un dépôt métallique, ainsi que bien connu en Cette technique.
S'il s'agit par exemple d'examiner par la méthode des in- terférences, à travers un système optique d'observation schématisé fig.4 par la lentille.L, la surface d'une pièce P éclairée par une source S supposée disposée du côté du système d'observation (bien qu'on puisse procéder différemment, comme il apparaîtra plus loin), on obtient le ré- sultat cherché en faisant coagir, avec le séparateur 3, une surface de référence, ou miroir 4, disposé du côté de la lentille L, par exemple sur celle-ci, et agencé de façon à ne masquer qu'une faible partie du faisceau incident. Ce miroir sera toutefois de surface suffisante pour éviter la transmission, sur le système d'observation, de rayons parasi- tes.
En pratique, si l'on veut réaliser un microinterféromètre des- tiné soit à repérer une surface polie, soit à en étudier le fini superfi-' ciel, la lentille L de la fige 4 sera matérialisée par un ob jectif de mi- croscope 5 (fig. 2), en combinaison avec une source lumineuse S dispo- sée en tout point approprié de l'appareil, par exemple agencée à la maniè- re des dispositifs métallographiques de type courant, c'est-à-dire dis- posée notamment latéralement au bâti 6 de l'appareil (fig. 1), avec une lame semi-transparente 7 ou un prisme à réflexion totale ou tout autre dispositif permettant l'émission d'un faisceau lumineux vers l'objet à
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éclairer, sans gêner la vision à travers l'oculaire 8 de l'appareil.
Le faisceau utile de lumière est défini par la pupille de l'objectif du côté objet et le champ du microscope. Ce champ est pour la plupart des mi- croscopes assez petit devant les dimensions des lentilles de l'objectif.
Le miroir 4 peut être constitué par exemple, soit par un dépôt métallique sur la surface de la lentille frontale de l'objectif (fig. 2), soit par une petite pastille métallique, plane, sphérique, cylindrique ou autre, cette pastille pouvant être collée ou non sur la surface dudit objectif et pouvant être amovible ou non par rapport au reste de l'appareil. Dans le cas où l'on a recours à un dépôt métalli- que sur la surface de l'objectif, ce dépôt peut être de l'aluminium vapo- risé; il.suffit de poser sur cette surface, pendant la vaporisation de l'aluminium, un cache qui permet de ne déposer le métal qu'à l'intérieur d'un petit cercle, centré sur l'axe de l'objectif et de diamètre substan- tiellement égal au champ du microscope.
L'ensemble de l'appareil, contenant les éléments essentiels venant d'être décrits, et avec des moyens pour assurer au séparateur et à l'objectif, par rapport à la pièce P, des positions relatives convenables, et de préférence réglables, donne lieu au fonctionnement schématisé sur la fige 4.
Considérant sur cette fig. 4 le faisceau incident arrivant de la source S ou, pour simplifier, le rayon élémentaire AB, on voit que ce faisceau se divise en deux parties, selon les deux chemins : - ABCDEFG, d'une part, avec traversée du séparateur, réfle- xion sur la pièce P, nouvelle traversée du séparateur et retour à l'ob- jectif, c'est-à-dire au dispositif d'observation, - et ABCD'EFG, d'autre part, avec réflexions successives sur le séparateur et sur le miroir ou surface de référence 4, puis égale- ment retour au dispositif d'observation.
Si les deux faisceaux suivant des chemins optiques égaux, ce que l'on obtient par un réglage approprié des positions relatives des éléments en jeu, on voit dans l'oculaire des franges d'interférences se dessiner sur la surface examinée et en suivre tous les détails comme visible par exemple en 9 figo 6, les inégalités se traduisant par des inégalités correspondantes 10 desdites franges.
On peut donc, à l'aide d'un tel appareil, examiner et me- surer le fini des surfaces.
Mais un tel appareil permet aussi de repérer, avec une gran- de précision, et sans contact matériel, la position d'une surface polie, ou même de définir 1'orientation de cette surface, en donnant le mouve- ment nécessaire à l'un des éléments dont la position et l'orientation dé- finissent le phénomène d'interférence.
C'est ainsi que, selon une disposition préférée de l'inven- tion, on fait en sorte qu'on puisse modifier à volonté l'orientation du faisceau incident, ou de l'axe optique de l'appareil, par rapport à la surface ou objet à étudier ou réciproquement. Les figs. 5 et 6 montrent schématiquement, à cet égard, que, si l'on fait varier l'angle M entre l'axe optique A-A et la surface P, la distance d des franges 9 (fige 6) - qui sont l'intersection avec la surface P, des plans d'interférence i représentés à une échelle très agrandie sur la fige 5 - vient à variero De même, si l'on fait tourner dans l'espace l'axe A-A autour d'un,axe vertical Z-Z, l'orientation des franges 9 vient à varier;
celles-ci pren- nent par exemple la nouvelle orientation indiquée en pointillé en 9' -(sur ce pointillé et pour ne pas compliquer le dessin, on n'a pas reproduit les crans 10). En déplaçant donc l'axe optique, l'opérateur acquiert de nouvelles possibilités d'examen ou de mesure.
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Bien qu'on puisse procéder de multiples manières pour réali- ser un interféromètre répondant aux diverses conditions misées dans ce qui précède, on peut adopter par exemple le mode de réalisation représen- té figso 1 à 3 et qui permet, à la fois, le réglage de l'objectif sui- vant son axe, et les variations d'orientation de ce dernier..
Selon ce mode de réalisation (figs. 1 à 3), on vient visser l'objectif5 dans une pièce 11 qui peut servir à supporter, à sa base, le séparateur 1 à 3, ce premier montage à vis permettant d'assurer une mise au point préalable de l'objectif sur le miroir ou pastille 4, par réfle- xion sur la-couche semi-transparente 3 du séparateur. Puis, on monte éga- le-ment à vis la-pièce 11 dans le bâti 6 de l'appareil, avec des moyens pour commander de l'extérieur la rotation relative de ces deux organes, moyens tels qu'un manchon de commande 12 entourant à sa base le bâti cy- lindrique 6 et relié à la pièce 11 par une vis 13 traversant une échan- crure 14 du bâti.
En manoeuvrant ce manchon 12, on effectue la mise au point de l'objectif par rapport à la pièce à étudier P, vis-à-vis de laquelle l'ensemble de l'appareil est positionné par les moyens qui vont être décrits .
Pour déterminer la ou les positions opératoires de l'appa- reil par rapport à la pièce ou objet à examiner, on a recours, dans la réalisation représentée, à un montage à rotule comprenant une embase 15 susceptible d'être amenée, par exemple par une surface plane 16, au con- tact ou à proximité de la pièce P, avec au moins un trou 17 pour le pas- sage du faisceau explorateur, ladite pièce présentant une surface sphéri- que 18, dont le centre 0 est par exemple dans le plan 16 et à l'intérieur du trou 17, et sur laquelle puisse venir reposer la surface inférieure, également sphérique, du bâti 60 Avantageusement, pour permettre de faire supporter l'embase à rotule 15 par le bâti 6, on prévoit entre eux une liaison à ressorts 19 qui ne s'oppose pas à leurs déplacements angulaires relatifs.
Ainsi, on peut imprimer au bâti 6 de l'appareil tous dépla- cements, de relativement faible amplitude (mais qui pourraient être plus importants si on le désirait), autour d'un axe quelconque passant par le centre 0, lesquels déplacements permettent, les franges étant visibles au centre du champ, de modifier à volonté leur écartement et leur orien- tation, selon le type de la surface étudiée, sans qu'elles se déplacent sensiblement dans le champo La douceur de ce réglage rend inutile l'em- ploi des mouvements lents habituellement utilisés en interférométrieo
Il convient de prévoir encore une liaison entre l'appareil et un point d'appui fixe, tel qu'une colonne 20 sur socle 21, liaison tel- le qu'elle rende possible les déplacements de l'appareil autour ,du centre 0, et qu'elle permette ainsi de déplacer l'embase 15,
notamment selon les dimensions des pièces ou objets à examiner.
Une telle liaison assurera donc de préférence trois degrés de liverté et sera réalisée par exemple : - soit à l'aide de bras à rotule , - soit, plus simplement et comme représenté, à l'aide d'un bras élastique constitué par une lame de-ressort 22 fixée de façon amovible et réglable en hauteur, en 23, 24, res- pectivement à la colonne 20 et au bâti 6, - soit de toute autre manière.
Le dispositif représenté, à bras élastique, permet à la fois de déplacer légèrement la rotule sur la pièce, et d'orienter l'axe optique
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N-N de l'appareil 6 ;'on peut donc orienter à volonté lés franges et en régler l'écartement avec une facilité extrêmeo- En outre, la mise en pla- ce de l'appareil est ainsi instantanée quelle que soit l'épaisseur des pièces à examiner, d'où une grande rapidité de contrôlée
L'invention vise encore certaines dispositions relatives à l'éclairage par la source S.
Tout d'ab ord, il y a intérét, à loger cette source , comme visible fige 1, à la partie supérieure de l'appareil, c'est-à-dire du tube 6, ce qui diminue l'encombrement de la tête de l'appareil. Ladite source est montée dans un tube latéral 25, avec sa lentille 26.
-En outre, avantageusement, on fait en sorte que ce tube' latéral 25, monté à frottement gras dans son logement (ou de toute autre manière) soit de même diamètre que celui du tube porte-oculaire et soit interchangeable avec celui-ci. On peut ainsi adopter soit la disposi- tion représentée, soit celle selon laquelle la source lumineuse serait disposée en haut du tube 6 et l'oculaire 8 latéralement, les deux dispo- sitifs coagissant toujours avec le miroir semi-transparent 7 ou tout autre dispositif y assimilable. -
Enfin l'appareil est présenté dans un coffret 27 pouvant remplir plusieurs rôles, par exemple :
- logement de l'appareil, - alimentation en courant électrique, par exemple, soit à l'aide d'un transformateur 28 pour l'installation à poste fixe, soit à l'aide d'une pile de poche 29, pour les dé- placements, - logement du système de fixation comprenant le socle 21 et la colonne 20.
L'application visée dans ce qui précède, aux appareils pour la mesure des états de surface, n'est aucunement limitative. On pourrait utiliser des appareils de ce genre pour vérifier la constance de l'indice de réfraction d'un liquide transparent ou pour mesurer l'écart de cet in- dice par rapport à celui d'un milieu type servant de référence. Il suf- fit pour cela d'interposer entre l'objectif et le système séparateur le fluide étalon et de faire passer le fluide étudié entre le système sépa- rateur et la surface telle que P figo 4. Une variation d'indice se tra- duira par un déplacement de franges d'interférences facile à mesurer, qui permettra de la calculer facilement.
De même, on peut appliquer l'invention à l'observation de matières transparentes, et par exemple de préparations biologiques. Il suffit pour cela de disposer la préparation à examiner sur une surface métallique parfaitement polie ; les discontinuités des franges d'inter- férences seront alors dues aux différences d'indices des substances tra- versées par la lumière et feront apparaître ainsi des détails qu'on n'ob- tient pas par les procédés habituels, si l'absorption de la lumière par les substances examinées est uniforme.
Il doit être entendu encore que le schéma optique de la figo 4 n'est nullement limitatif, et que les positions relatives des faisceaux incidents et réfléchis, ainsi que des dispositifs optiques et du sépara- teur, pourraient être différentes. C'est ainsi qu'on pourrait, dans cer- tains cas, et notamment s'il s'agit de déterminer l'indice de réfraction de corps transparents, faire coagir avec un même séparateur deux systèmes optiques ou objectifs tels que L L' (figo 7) avec deux miroirs ou surfaces de référence D D'o
Un rayon incident arrivant en AB par l'objectif L peut se di- viser en deux chemins ABCD'EG' et ABCDEG' ; ces deux rayons sont alors observés dans l'objectif L'.
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L'un des objectifs, L, peut donc servir seulement à l'éclai- rage, et l'autre, L', à l'observation. Mais l'observation pourrait aussi avoir lieu concurremment des deux côtés, respectivement à travers les ob jectifs L et L'.
En suite de quoi, quel'que soit le mode de réalisation adop- té, on obtient un ensemble dont le fonctionnement ressort suffisamment' de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister davantage à son su- jet et qui présente,, par rapport aux appareils du genre en question déjà existants, de nombreux avantages, notamment une plus grande simplicité, une plus grande précision, et une plus grande facilité de manipulation.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précédé, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, de ses diver- ses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
REVENDICATIONS.