Interferómetro de compensación de campo.

Interferómetro (1) de compensación de campo, que comprende

un conjunto (2) óptico apto para dirigir unos haces luminosos incidentes (4) que presentan un ángulo de campo θ

con respecto a un eje óptico del interferómetro (1) hacia unos brazos (5, 6) del interferómetro,

una lámina separadora (12),

comprendiendo los brazos (5, 6) por lo menos un dispositivo (15, 16) óptico mecánicamente móvil para la creaciónde una diferencia de camino óptico variable entre unos haces procedentes de la separación de cada haz (4)incidente por medio de dicha lámina separadora (12),

estando dicho interferómetro (1) caracterizado porque comprende:

por lo menos un elemento (E) óptico de compensación del campo, dispuesto en uno u otro de los planos focalesimagen del conjunto (2) óptico conjugados con respecto a la lámina separadora (12),

comprendiendo dicho elemento (E) por lo menos una superficie (9) curvada de manera que crea una diferencia decamino óptico entre los haces incidentes que presentan un ángulo de campo no nulo y los haces incidentes quepresentan un ángulo de campo nulo, permitiendo la diferencia de camino óptico así creada compensar la autoapodizaciónresultante del ángulo de campo.

Interferómetro de compensación de campo.

La invención se refiere a un interferómetro y a un procedimiento de interferometría en el campo de los interferómetros de Transformada de Fourier con dos espejos. Más precisamente, la invención se refiere a la compensación del campo de este tipo de instrumento.

Estado de la técnica Los interferómetros de Transformada de Fourier con dos espejos (designados asimismo según la expresión anglosajona "FTS", por "Fourier Transform Spectrometer") se utilizan comúnmente en interferometría, y conocen en particular unas aplicaciones en espectrometría, como por ejemplo la espectrometría infrarroja.

En este tipo de instrumento, unos haces luminosos distintos, procedentes de la separación de un haz luminoso incidente, recorren unos caminos ópticos diferentes en unas porciones del interferómetro, denominadas asimismo "brazos" del interferómetro, generalmente en número de dos.

La recombinación de los haces distintos permite obtener entonces un interferograma, medido por un detector, que resulta de la diferencia de camino óptico entre dichos haces.

Una diferencia de camino óptico variable se crea generalmente desplazando en el brazo del interferómetro uno o varios dispositivos ópticos mecánicamente móviles.

Se conoce a partir del documento EP 0 957 346 un interferómetro que permite generar una diferencia de camino óptico variable entre unos rayos luminosos que atraviesan dicho interferómetro, por translación de un dispositivo óptico mecánicamente móvil.

El documento US nº 5.131.747 describe un interferómetro que comprende un dispositivo óptico constituido por prismas unidos entre sí.

El artículo titulado "Michelson wide-field stellar interferometr y : principles and experimental verification", de Montilla et al. (20 de enero de 2005) describe un interferómetro que comprende un espejo en escalera para la introducción de una diferencia de camino óptico variable en función del ángulo de incidencia.

Por último, el documento 2003/0103209 describe un interferómetro de Transformada de Fourier.

Un criterio fundamental para examinar las prestaciones de un interferómetro es su resolución espectral, es decir su capacidad para separar sin ambigüedad dos elementos espectrales contiguos.

La resolución espectral es tan elevada como elevada es la diferencia de camino óptico creada entre los brazos del interferómetro. En particular, la finura espectral es igual a la inversa de la diferencia de camino óptico creada entre los brazos del interferómetro.

Sin embargo, el aumento de la diferencia de camino óptico está sometido a ciertas limitaciones en los instrumentos de la técnica anterior.

Cuando los haces luminosos incidentes presentan un ángulo de campo 8 no nulo con respecto al eje óptico del interferómetro, que resulta del campo angular de la escena observada (por ejemplo, una zona de la superficie de la Tierra) , dichos haces recorrerán un camino óptico de longitud diferente con respecto a los haces luminosos incidentes a nivel del eje óptico, que presentan, a su vez, un ángulo de campo 8 nulo.

La diferencia de camino óptico real δ es entonces una función del ángulo de campo 8. En un interferómetro de tipo Michelson, la diferencia de camino óptico real δ, variable en función del ángulo de campo 8, se escribe δ = δ'cos (8) , en el que δ' es la diferencia de camino óptico creada según el eje óptico por medio del dispositivo óptico móvil en los brazos del interferómetro, y 8 es el ángulo de campo.

En consecuencia, cada haz luminoso incidente procedente de un punto del campo produce su propio interferograma, diferente de otro haz luminoso, lo cual desenfoca el interferograma medido por el detector y disminuye su contraste.

Cuanto más grande es la diferencia de camino óptico δ' creada entre los brazos del interferómetro por medio del dispositivo óptico móvil, más disminuirá el contraste con el campo, hasta anularse en ciertos casos.

Este fenómeno es conocido por el experto en materia bajo el nombre de auto-apodización.

La resolución espectral está por lo tanto limitada por la apertura angular del instrumento, es decir su campo de visión.

Se ha representado en la figura 1 (tomada de "Chemical infrared fourier- transform spectroscopy", Peter R. Griffiths, John Wiley, London, New York, Sydney y Toronto, 1975, p. 127) un interferómetro según la técnica anterior, para intentar evitar los problemas antes citados, es decir para compensar la presencia de campo, que provoca una diferencia de camino óptico no deseada.

El interferómetro comprende una lámina separadora semi-reflectante 12, apta para separar el haz luminoso incidente 4, que presenta un ángulo de campo 8 con respecto a un eje óptico de dicho interferómetro, hacia dos brazos 5, 6 del interferómetro, que comprenden cada uno un prisma 18, 19 de los cuales una de las superficies es reflectora. La diferencia de camino óptico entre los dos brazos 5, 6 del interferómetro se obtiene desplazando uno de los primas 18 según el eje 20. La compensación de campo se obtiene gracias a la distancia sustancialmente constante recorrida en el prisma, sea cual sea el ángulo de visión.

Un inconveniente de esta solución es que utiliza unos haces paralelos, lo cual necesita para la compensación de campo unos prismas muy grandes, del tamaño de la pupila de entrada, lo cual acentúa el volumen del interferómetro.

Otro inconveniente de esta solución es que sufre problemas de cromatismo debidos al paso de prismas muy gruesos por el haz luminoso.

Otro inconveniente también se refiere al desplazamiento del prisma, pesado y voluminoso, que se realiza en grandes distancias (del orden de 5 cm) , lo cual plantea unos problemas fundamentales de posicionamiento y de mantenimiento del prisma a lo largo del eje de desplazamiento.

Presentación de la invención La invención propone evitar por lo menos uno de estos inconvenientes.

Para ello, la invención propone un interferómetro de compensación de campo, que comprende un conjunto óptico apto para dirigir unos haces luminosos incidentes que presentan un ángulo de campo 8 con respecto a un eje óptico del interferómetro hacia unos brazos del interferómetro, una lámina separadora, comprendiendo los brazos por lo menos un dispositivo óptico mecánicamente móvil para la creación de una diferencia de camino óptico variable entre unos haces procedentes de la separación de cada haz incidente por medio de dicha lámina separadora, estando dicho interferómetro caracterizado porque comprende por lo menos un elemento óptico de compensación del campo, dispuesto en uno u otro de los planos focales de imagen del conjunto óptico, conjugados con respecto a la lámina separadora, comprendiendo dicho elemento por lo menos una superficie curvada con el fin de crear una diferencia de camino óptico entre los haces incidentes que presentan un ángulo de campo no nulo y los haces incidentes, que presentan un ángulo de campo nulo, permitiendo la diferencia de camino óptico así creada compensar la autoapodización resultante del ángulo de campo.

La invención está ventajosamente completada por las características siguientes, consideradas solas o en cualquiera de sus combinaciones técnicamente posibles:

- el interferómetro comprende dos elementos ópticos de compensación del campo dispuestos respectivamente en cada uno de los dos planos focales de imagen del conjunto óptico, conjugados con respecto a la lámina separadora;

- la superficie del elemento óptico es curva en por lo menos uno de sus meridianos;

- el interferómetro comprende dos elementos ópticos, comprendiendo uno de los elementos una superficie curva sobre un primer meridiano, comprendiendo el otro de los elementos una superficie curva sobre un segundo meridiano, siendo dichos primero y segundo meridianos ortogonales;

- el elemento óptico es un espejo, comprendiendo dicho espejo una superficie curva reflectante sobre por lo menos uno de sus meridianos;

- la superficie curva reflectante de dicho espejo presenta un perfil mecánico continuadamente curvado;

- la superficie curva reflectante de dicho espejo presenta un perfil mecánico compuesto por un conjunto discreto de superficies planas reflectantes;

- el interferómetro comprende unos medios de rotación de las superficies planas reflectantes;

- el elemento óptico es un espejo delgado y deformable por medio de un sistema de deformación;

- el sistema de deformación es un sistema piezoeléctrico;

- el interferómetro comprende una herramienta de metrología láser para... [Seguir leyendo]

1. Interferómetro (1) de compensación de campo, que comprende un conjunto (2) óptico apto para dirigir unos haces luminosos incidentes (4) que presentan un ángulo de campo 8 con respecto a un eje óptico del interferómetro (1) hacia unos brazos (5, 6) del interferómetro,

una lámina separadora (12) ,

comprendiendo los brazos (5, 6) por lo menos un dispositivo (15, 16) óptico mecánicamente móvil para la creación de una diferencia de camino óptico variable entre unos haces procedentes de la separación de cada haz (4) incidente por medio de dicha lámina separadora (12) ,

estando dicho interferómetro (1) caracterizado porque comprende:

por lo menos un elemento (E) óptico de compensación del campo, dispuesto en uno u otro de los planos focales imagen del conjunto (2) óptico conjugados con respecto a la lámina separadora (12) ,

comprendiendo dicho elemento (E) por lo menos una superficie (9) curvada de manera que crea una diferencia de camino óptico entre los haces incidentes que presentan un ángulo de campo no nulo y los haces incidentes que presentan un ángulo de campo nulo, permitiendo la diferencia de camino óptico así creada compensar la autoapodización resultante del ángulo de campo.

2. Interferómetro según la reivindicación 1, que comprende dos elementos (E) ópticos de compensación del campo dispuestos respectivamente en cada uno de los dos planos focales imagen del conjunto (2) óptico conjugados con respecto a la lámina separadora (12) .

3. Interferómetro según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la superficie (9) del elemento (E) óptico es curva sobre por lo menos uno de sus meridianos (13) . 30

4. Interferómetro según una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende dos elementos (E) ópticos,

comprendiendo uno de los elementos una superficie (9) curva sobre un primer meridiano,

comprendiendo el otro de los elementos una superficie (9) curva sobre un segundo meridiano,

siendo el primer y el segundo meridiano ortogonales.

5. Interferómetro según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el elemento (E) es un espejo (7, 8) ,

comprendiendo dicho espejo (7, 8) una superficie (9) curva reflectante sobre por lo menos uno de sus meridianos (13) .

6. Interferómetro según la reivindicación 5, en el que la superficie (9) curva reflectante presenta un perfil mecánico curvado continuamente. 45

7. Interferómetro según la reivindicación 5, en el que la superficie (9) curva reflectante presenta un perfil mecánico compuesto por un conjunto discreto de superficies planas reflectantes (S80, S81, S82, etc.) .

8. Interferómetro según la reivindicación 7, que comprende unos medios (10) de rotación de las superficies planas 50 reflectantes (S80, S81, S82, etc.) .

9. Interferómetro según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el elemento (E) es un espejo (7, 8) y deformable por medio de un sistema (22) de deformación.

10. Interferómetro según la reivindicación 9, en el que el sistema (22) de deformación es un sistema piezoeléctrico.

11. Interferómetro según una de las reivindicaciones 7 a 10, que comprende una herramienta de metrología láser para el control del desplazamiento creado por los medios (10) de desplazamiento o de la deformación creada por el sistema (22) de deformación.

12. Interferómetro según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el elemento (E) óptico de compensación del campo es una lámina de vidrio delgada (11) .

13. Interferómetro según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el interferómetro (1) comprende dos elementos 65 (E) ópticos de compensación del campo: una lámina de vidrio delgada (11) y la lámina separadora (12) , dispuestas en el plano focal de imagen del conjunto 2 óptico.

14. Procedimiento de interferometría de compensación de campo en un interferómetro (1) según una de las reivindicaciones 7, 8 u 11, en el que:

el conjunto (2) óptico dirige los haces luminosos incidentes (4) hacia los brazos (5, 6) del interferómetro,

el dispositivo (15, 16) óptico mecánicamente móvil está desplazado para crear una diferencia de camino óptico entre los haces procedentes de la separación de cada haz (4) incidente, cuya recombinación permite realizar la 10 interferometría,

estando dicho procedimiento caracterizado porque comprende la etapa según la cual:

se desplazan en rotación las superficies planas reflectantes (S81, S82, etc.) del espejo (7, 8) simultáneamente al 15 dispositivo (15, 16) óptico en un ángulo que compensa la diferencia de camino óptico creada por el desplazamiento de dicho dispositivo (15, 16) óptico.

15. Procedimiento de interferometría de compensación de campo en un interferómetro (1) según una de las reivindicaciones 8 a 10, en el que:

el conjunto (2) óptico dirige los haces luminosos incidentes (4) hacia los brazos (5, 6) del interferómetro,

el dispositivo (15, 16) óptico mecánicamente móvil está desplazado para crear una diferencia de camino óptico entre los haces procedentes de la separación de cada haz (4) incidente, cuya recombinación permite realizar la 25 interferometría,

estando dicho procedimiento caracterizado porque comprende la etapa según la cual:

la superficie (9) del espejo (7, 8) delgado está deformada simultáneamente al dispositivo (15, 16) óptico en una 30 distancia que compensa la diferencia de camino óptico creada por el desplazamiento de dicho dispositivo (15, 16) óptico.