FR3079313A1 - Dispositif d'eclairage pour microscope - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif d'éclairage (1, 100) pour un système d'imagerie avec un objectif (2) d'imagerie, comprenant : un manchon (10) configuré pour être positionné autour dudit objectif (2) d'imagerie ; au moins une fibre optique (14) solidaire dudit manchon (10) et agencée pour guider une lumière issue d'au moins une source de lumière ; et un moyen de direction (17, 17') configuré pour orienter un faisceau lumineux émis par ladite au moins une fibre optique (14) de façon à éclairer un champ d'observation dudit système d'imagerie selon un axe d'éclairage formant un angle par rapport à l'axe optique dudit objectif (2) supérieur à l'ouverture numérique du système d'imagerie. L'invention concerne également un système d'imagerie mettant en œuvre ce dispositif.
Description
« Dispositif d'éclairage pour microscope »
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif d'éclairage pour un objectif de microscope. Elle concerne également un système d'éclairage mettant en œuvre ce dispositif.
Le domaine de l’invention est plus particulièrement, mais de manière non limitative, celui de l'inspection optique d'objets.
État de la technique
L'inspection de substrats semi-conducteurs ou transparents, par exemple pour des applications électroniques, optiques ou optoélectroniques, et contenant, sur leurs surfaces ou dans leur volume, des structures ou défauts issues de procédés de fabrication requiert souvent différentes étapes. Celles-ci peuvent notamment comprendre des observations par microscopie optique (en champ clair, en champ sombre ou de profilométrie, ...).
Pour la microscopie en champ sombre par réflexion, il est nécessaire d'éclairer l'objet à observer ou inspecter du même côté que se trouve l'objectif du microscope. Pour cela, des sources d'illumination en champ sombre peuvent être agencées autour l'objectif de microscope, ou être intégrées avec l'objectif même. Ces sources doivent notamment être agencées de sorte à fournir un éclairage de l'objet à inspecter selon un angle par rapport à l'axe de l'objectif permettant de collecter la lumière diffusée par la structure de l'objet éclairée mais pas la lumière incidente ou la réflexion spéculaire sur l'objet.
On connaît notamment les documents US 2014126049 Al et US 4,186,993 qui décrivent des dispositifs d'illumination en champ sombre intégrés à des objectifs de microscope.
Cependant, les dispositifs d'illumination en champ sombre connus sont encombrants et nécessitent une architecture de microscope spécifiquement adaptée. Ils ne peuvent en particulier pas être utilisés avec des objectifs de
-2microscope standard existants, et/ou intégrés à des systèmes de microscopie non prévus pour. En outre, les dispositifs connus n'offrent pas assez de flexibilité pour obtenir un éclairage selon plusieurs angles azimutaux ou différentes directions sans modification importante de la configuration d'illumination.
Exposé de l'invention
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d'éclairage pour un système d'imagerie avec un objectif permettant de remédier à ces inconvénients.
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d'éclairage en champ sombre permettant une illumination de l'objet à inspecter à la fois uniforme en champ et en angle, offrant des angles d'incidence larges. L'éclairage doit être adapté aux caractéristiques des structures ou défauts à inspecter.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'éclairage permettant de couvrir des angles azimutaux ou directions variés sans modification de la configuration d'illumination près de l'objectif ou de l'objet à inspecter.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'éclairage s'adaptant à différents types d'objectifs de microscope existants.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'éclairage peu encombrant et léger autour de l'objectif de microscope.
Ces objectifs sont atteints au moins en partie avec un dispositif d'éclairage pour un système d'imagerie avec un objectif d'imagerie, comprenant :
- un manchon configuré pour être positionné autour dudit objectif d'imagerie,
- au moins une fibre optique solidaire dudit manchon et agencée pour guider une lumière issue d'au moins une source de lumière, et
-3- un moyen de direction configuré pour orienter un faisceau lumineux émis par ladite au moins une fibre optique de façon à éclairer un champ d'observation dudit système d'imagerie selon un angle par rapport à l'axe optique dudit objectif supérieur à l'ouverture numérique du système d'imagerie.
Le dispositif d'éclairage selon l'invention peut notamment être mis en œuvre avec un objectif d'imagerie sous la forme d'un objectif de microscope pour réaliser un éclairage en champ sombre.
Le dispositif d'éclairage selon l'invention peut comprendre un manchon de forme substantiellement ou essentiellement cylindrique, avec un diamètre intérieur correspondant approximativement au diamètre extérieur d'un objectif d'imagerie ou de microscope, de sorte à pouvoir être positionné de manière coulissante ou serrée autour de l'objectif. Il peut ainsi être fixé ou attaché à l'objectif par serrage ou par tout autre moyen tels que des vis.
Le dispositif d'éclairage selon l'invention peut également comprendre des moyens de fixation permettant de le fixer à un élément mécanique autre que l'objectif.
De manière générale, un manchon selon l'invention peut comprendre toute pièce d'extension ou tout assemblage mécanique apte à se positionner autour d'un objectif.
De manière avantageuse, le manchon du dispositif peut être adapté pour être fixé sur, ou positionné autour de, un ou plusieurs objectifs de microscope existants. Des systèmes d'imagerie sous la forme de microscopes existants peuvent ainsi facilement être modifiés pour créer des systèmes de détection en champ sombre. Plus précisément, un même manchon peut être adapté à plusieurs objectifs dont les diamètres, les grossissements et les distances de travail sont différents.
Par ailleurs, le dispositif d'éclairage selon l'invention peut également être mis en œuvre avec des objectifs interférométriques, tels que par exemple des objectifs de Mirau.
-4Le manchon peut comprendre une paroi ou une partie avec des ouvertures ou des guides (« \/-grooves ») permettant de positionner la ou les fibres optiques solidairement de la paroi dudit manchon.
La ou les fibres optiques peuvent être agencées, au niveau du manchon, selon une direction parallèle ou sensiblement parallèle à une direction d'extension dudit manchon, laquelle direction d'extension étant destinée à être parallèle ou sensiblement parallèle à l'axe optique d'un objectif d'imagerie autour duquel le manchon est positionné.
Plus généralement, la ou les fibres optiques peuvent être agencées, au niveau du manchon, selon une ou des directions se situant respectivement dans un même plan que la direction d'extension dudit manchon.
De préférence, le ou les moyens de direction sont également solidaires du manchon, de sorte à constituer avec la ou les fibres optiques un ensemble mécaniquement stable.
L'arrangement des fibres optiques dans ou solidairement de la paroi du manchon permet de minimiser l'encombrement et le poids du dispositif. L'épaisseur de la paroi est adaptée à la fois à la dimension des fibres et à l'exigence de stabilité mécanique du manchon. Le poids et l'encombrement de l'objectif lui-même sur lequel le dispositif est utilisé ne sont donc pas altérés de manière significative.
Ainsi, par exemple, la paroi du manchon a une épaisseur comprise entre environ 2 et 4 mm pour un objectif d'environ 30 à 35 mm de diamètre.
Aussi, la source de lumière ainsi que d'autres composants optiques sont placés à distance de l'objectif afin de ne pas encombrer la zone autour de l'objectif. Ceci est particulièrement important lorsque le dispositif est utilisé avec plusieurs objectifs placés à proximité l'un de l'autre. Il est ainsi également possible d'éviter l'échauffement de l'environnement de l'objectif sur lequel est fixé le dispositif, l'échauffement pouvant en effet provoquer une variation de l'indice de réfraction de l'air, ce qui peut conduire à une dégradation de la résolution du système optique d'imagerie ou du microscope.
De manière avantageuse, l'objectif sur lequel le dispositif est fixé peut également être utilisé pour des mesures de microscopie en champ clair (avec
-5une illumination du champ d'observation au travers de l'objectif) sans que l'éclairage en champ sombre doive être modifié ou retiré.
Selon un mode de réalisation, le dispositif peut comprendre une pluralité de fibres optiques agencées autour du périmètre du manchon, par exemple de manière régulière.
Selon un autre mode de réalisation, les fibres optiques peuvent être groupées en une pluralité de groupes de fibres optiques, les groupes pouvant être agencés par exemple de manière régulière autour du périmètre du manchon.
Les différents agencements des fibres optiques dans le manchon permettent à la fois de contrôler l'uniformité de l'illumination et de sélectionner les angles azimutaux ou les directions d'illumination dans le champ d'observation du système d'imagerie ou du microscope.
On rappelle que l'angle azimutal de l'illumination correspond à la direction ou l'orientation du faisceau d'illumination dans le plan du champ d'observation.
Selon un mode de réalisation, le moyen de direction comprend un miroir, par exemple pour chaque fibre optique. Le miroir est alors placé à la sortie de la fibre optique afin de diriger le faisceau lumineux émis par celle-ci dans la direction souhaitée.
Selon un autre mode de réalisation, le moyen de direction comprend un élément de guidage agencé pour courber l'extrémité de l'au moins une fibre optique, de sorte à diriger le faisceau lumineux émis par celle-ci dans la direction souhaitée, ou selon l'axe d'éclairage souhaité. Cet élément de guidage peut notamment comprendre une pièce mécanique de guidage solidaire de, ou faisant partie de, une paroi du manchon.
Selon un autre mode de réalisation, le moyen de direction est réalisé par un traitement, tel qu'un polissage ou un clivage, de l'extrémité de la fibre optique afin de diriger le faisceau lumineux émis par celle-ci selon un angle
-6déterminé par l'angle de la face de sortie par rapport à l'axe longitudinal de la fibre.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre une lentille agencée en regard ou à la sortie de l'au moins une fibre optique. La lentille permet de contrôler l'angle d'ouverture du faisceau émis par la fibre et donc de modifier la taille de la zone illuminée sur l'objet à inspecter.
Par exemple, la lentille peut être configurée pour collimater le faisceau lumineux émis par la fibre optique, ou pour le focaliser.
Suivant des modes de réalisation, la lentille peut être réalisée par polissage de l'extrémité de sortie de la fibre optique elle-même.
De préférence, dans le dispositif selon l'invention, l'au moins une fibre optique est une fibre multimode. Une fibre multimode a l'avantage de pouvoir délivrer un faisceau de plus grande uniformité, comparé à une fibre monomode. Elle présente en outre un angle d'acceptance plus large qui permet un couplage de lumière plus efficace avec une plus grande variété de types de sources.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d'éclairage selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de translation configurés pour déplacer le manchon relativement à un objectif d'imagerie (autour duquel il est positionné), selon une direction parallèle à l'axe optique dudit objectif.
Ces moyens de translation peuvent comprendre des moyens de coulissement du manchon le long de l'objectif, et/ou un système de translation solidaire d'un autre élément que l'objectif.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d'éclairage peut comprendre en outre des moyens d'attaches aptes à fixer le manchon sur un objectif d'imagerie. Ces moyens d'attaches peuvent permettre de fixer le manchon selon une ou plusieurs positions le long de l'axe de révolution ou de l'axe optique de l'objectif. Ils peuvent comprendre par exemple des vis de serrage.
-7Le déplacement relatif du manchon par rapport à l'objectif permet notamment de modifier la largeur de la zone illuminée dans le champ d'observation, de modifier l'angle d'incidence des faisceaux lumineux sur celui-ci, et plus généralement d'adapter l'éclairage à la distance de travail de l'objectif.
Selon des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre au moins une source de lumière configurée pour émettre au moins un faisceau lumineux, et des moyens de contrôle d'injection pour injecter ledit au moins un faisceau lumineux dans ladite au moins une fibre optique.
Selon des modes de réalisation, les moyens de contrôle d'injection peuvent comprendre au moins un coupleur de fibres pour injecter un faisceau lumineux émis par une source de lumière dans au moins deux fibres optiques.
Selon d'autres modes de réalisation, les moyens de contrôle d'injection peuvent comprendre au moins un commutateur configuré pour injecter un faisceau lumineux dans au moins deux fibres optiques différentes de manière séquentielle.
L'utilisation d'un commutateur permet notamment d'éclairer l'objet à inspecter de manière séquentielle selon différents angles azimutaux, et/ou selon différentes directions. La précision de détection de défauts ou de structures sur l'objet peut ainsi être améliorée.
De manière avantageuse, le système selon l'invention peut comprendre en outre des moyens pour modifier l'ouverture numérique de la lumière émise par ladite au moins une fibre optique.
Ces moyens pour modifier l'ouverture numérique peuvent être agencés entre l'au moins une source de lumière et une entrée (ou une extrémité à
-8l'opposé de l'extrémité vers le champ d'observation) de l'au moins une fibre optique.
La modification de l'ouverture numérique de la lumière émise par les fibres permet notamment de varier la largeur et la luminance de la zone éclairée sur l'objet à inspecter sans avoir à modifier la position du manchon et/ou de l'objective par rapport au champ d'observation ou à l'objet inspecté.
Selon un mode de réalisation, les moyens pour modifier l'ouverture numérique peuvent comprendre un système de lentilles (qui peut comprendre une ou plusieurs lentilles).
Les moyens pour modifier l'ouverture numérique peuvent également comprendre un composant fibré avec une variation graduelle du diamètre de section guidant la lumière le long de l'axe de propagation. Ce composant peut comprendre une fibre unique allongée ou étirée (appelé « fiber taper» en anglais) ou un faisceau de plusieurs fibres allongé ou étirées (« tapered fiber bundle » en anglais).
En effet, l'ouverture numérique du faisceau de lumière injecté à l'entrée d'une fibre optique multimode (dans la limite d'une ouverture numérique maximale) est conservée à la sortie de cette fibre tant qu'il n'y a pas de contraintes de stress trop importantes générant des micro-courbures.
Ainsi, de manière avantageuse, les moyens pour modifier l'ouverture numérique de la lumière émise par ladite au moins une fibre optique sont placés vers l'entrée de l'au moins une fibre optique, et donc à l'écart de l'objectif de microscope, permettant ainsi une flexibilité d'ajustement sans l'encombrement d'éléments additionnels près de l'objectif.
Selon un mode de réalisation avantageux, le système selon l'invention peut comprendre au moins deux sources de lumière. Ces sources de lumière peuvent émettre des faisceaux lumineux ayant des polarisations et/ou longueurs d'onde différentes.
Il est, par exemple, possible de choisir des sources émettant des longueurs d'onde pour lesquelles l'objet à inspecter apparait opaque ou transparent. Ceci permet notamment d'observer différentes surfaces de
-9l'objet, par exemple, les surfaces extérieures ou une interface à l'intérieur de l'objet.
Suivant un autre aspect, il est proposé un système d'imagerie, comprenant un objectif d'imagerie, et un dispositif d'éclairage selon l'invention pour réaliser un éclairage en champ sombre.
Ce système d'imagerie peut bien entendu tout autre élément nécessaire, tel qu'une caméra. Il peut en particulier se présenter sous la forme d'un microscope.
Il peut également comprendre une pluralité d'objectifs de microscopes, par exemple montés sur une tourelle rotative ou linéaire.
Dans ce cas, un ou plusieurs objectifs peuvent être pourvue d'un dispositif d'éclairage selon l'invention.
Un dispositif d'éclairage selon l'invention peut également être adapté pour être monté sur un ou plusieurs objectifs, manuellement ou par un moyen d'automation mécanique.
Avantageusement, l'objectif de microscope sur lequel le manchon du système d'éclairage est fixé peut-être remplacé par un autre objectif de microscope sans qu'il soit nécessaire de modifier la configuration du manchon par rapport à l'objet à inspecter (sauf éventuellement en ajustant une distance de travail) et de modifier les conditions d'éclairage des fibres optiques (ouverture numérique, angle d'incidence, etc.).
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des figures annexées dans lesquelles :
la Figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un dispositif selon l'invention, mis en place sur deux types d'objectif de microscope différents ;
-10la Figure 2A illustre une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention ;
la Figure 2B montre un détail de la Figure 2A ;
la Figure 3 montre un détail d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ;
la Figure 4 montre un détail d'un dispositif selon un autre mode de réalisation ;
les Figures 5A à 5D représentent schématiquement des modes de réalisation d'un système selon l'invention ; et les Figures 6A et 6B illustrent schématiquement des moyens pour contrôler l'ouverture numérique en sortie des fibres.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Les modes de réalisation présentés illustrent, sans perte de généralité, des mises en œuvre du dispositif d'éclairage selon l'invention dans un système d'imagerie de type microscope, pourvu d'un objectif d'imagerie de
-11type objectif de microscope. Un tel dispositif permet par exemple de réaliser une image d'un objet à inspecter selon un champ d'observation sur un capteur d'imagerie (par exemple de type caméra ou capteur CCD).
De même, par la suite, les termes « inférieur » et « supérieur » sont utilisés pour désigner l'emplacement d'éléments lorsque le dispositif selon l'invention est utilisé avec un microscope, c'est-à-dire, fixé sur un objectif, sans être limitatifs. En particulier, le terme « inférieur » peut désigner l'extrémité de l'objectif (de microscope) en regard du champ d'observation.
Dans les modes de réalisation présentés, un objet à inspecter ou observer peut être notamment tout substrat ou toute plaquette destiné(e) à être utilisé(e) dans le domaine de l'électronique, de l'optique ou de l'optoélectronique.
La Figure 1 illustre schématiquement un exemple d'un dispositif 1 d'éclairage selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif 1 d'éclairage est illustré monté sur un objectif 2 de microscope. Le dispositif 1 comprend un élément cylindrique en forme de manchon 10. Le manchon 10 peut être attaché à l'objectif 2 de différentes façons connues, par exemple au moyen d'une vis ou d'un collier de serrage (non représentés). De préférence, le diamètre intérieur du manchon cylindrique 10 est adapté pour que le manchon 10 puisse être attaché à plusieurs types d'objectifs. Par exemple, le même manchon peut se fixer sur des objectifs de 32 à 34 mm de diamètre.
Le manchon cylindrique 10 comprend au moins une, ou dans le mode de réalisation illustré une pluralité, de fibres optiques 14. Chaque fibre optique 14 est agencée dans la paroi du manchon 10 parallèlement à l'axe de révolution du manchon 10.
Chaque fibre optique 14 est configurée pour guider de la lumière afin d'illuminer un substrat 3 à inspecter selon un angle par rapport à l'axe du manchon 10, de façon à obtenir une illumination en champ sombre du substrat 3. Le faisceau d'illumination est indiqué par la référence 16 sur la Figure 1. La réflexion spéculaire sur le substrat 3 due au faisceau l'illumination 16 est indiquée par la référence 18.
-12La Figure 2A montre une vue en coupe du manchon cylindrique 10 dans le plan perpendiculaire à son axe, et la Figure 2B montre un détail de la Figure 2A. Le manchon 10 est constitué d'un anneau intérieur 11 et d'un anneau extérieur 12. Le diamètre extérieur de l'anneau intérieur 11 correspond substantiellement au diamètre intérieur de l'anneau extérieur 12.
L'anneau intérieur 11 comporte des rainures 13 en forme de V agencées selon l'axe et sur toute la longueur du manchon 10. Les rainures 13 servent à recevoir des fibres optiques 14. Les fibres optiques 14 sont maintenues dans les rainures lorsque l'anneau intérieur 11 et l'anneau extérieur 12 sont assemblés ensemble.
Selon des variantes, les rainures 13 peuvent avoir d'autres formes adaptées à maintenir les fibres optiques 14, telle qu'une forme en U par exemple.
Selon un autre mode de réalisation, le manchon cylindrique 10 est réalisé en une seule pièce. Dans ce cas, des canaux dans la paroi du manchon peuvent recevoir les fibres optiques, éventuellement insérées et collées à leur extrémité dans une férule. Dans ce cas, l'insertion des férules dans des canaux de diamètre adapté assure un positionnement précis et aisé des fibres optiques 14. Les canaux peuvent ne s'étendre que vers l'extrémité inférieure du manchon 10 faisant face au champ d'observation pour assurer le maintien de l'extrémité des fibres optiques 14 dans les férules, et déboucher dans des ouvertures plus larges ou des évidements dans la paroi du manchon vers son extrémité supérieure permettant un passage aisé des fibres optiques.
Selon l'exemple de réalisation illustré sur la Figure 2, le dispositif 1 comprend 64 fibres optiques 14, reparties de manière homogène sur tout le périmètre du manchon 10. Selon d'autres exemples, le dispositif selon l'invention peut comprendre une seule fibre optique, ou entre deux et environ une centaine de fibres optiques. Le nombre de fibres dépend en particulier des configurations d'illumination que l'on souhaite réaliser.
Les fibres optiques 14 sont, de préférence, des fibres multimodes. Leur diamètre est, par exemple, de l'ordre de 400 pm.
-13La Figure 3 représente une vue en détail de la partie inférieure du dispositif 1 selon le mode de réalisation de la Figure 1.
Selon ce mode de réalisation, l'anneau intérieur 11 comprend un cache 15 sur l'une de ses extrémités. Le cache 15 a, par exemple, une forme d'anneau. De préférence, le cache 15 fait partie intégrante de l'anneau intérieur 11. Le cache 15 peut alternativement être fixé sur l'anneau intérieur 11 par des moyens connus. Le cache 15 permet d'occulter la lumière venant des fibres optiques 14 et étant réfléchie par l'objet inspecté 3 dans le champ d'observation du microscope, pour éviter que cette lumière réfléchie ne rentre à l'intérieur du manchon et soit réfléchie par la paroi intérieure de celui-ci pour constituer des sources de lumière parasites. Ainsi, seule la lumière directement issue des fibres optiques 14 et diffusée par des défauts ou structures du substrat est recueillie par l'objectif et ainsi détectée par un système de détection.
L'anneau extérieur 12 comprend un miroir 17 à son extrémité inférieure. Le miroir 17 est disposé de façon à ce que la lumière émise par chaque fibre optique 14 soit orientée par le miroir 17 selon un angle par rapport à l'axe du manchon cylindrique 10 afin d'éclairer en champ sombre le substrat à inspecter qui se trouve dans le champ d'observation du microscope, ou plus précisément dans le cône d'acceptance de l'objectif du microscope. L'angle d'illumination est ajusté de façon à ce que les réflexions spéculaires soient en dehors du cône d'acceptance de l'objectif du microscope.
Le miroir 17 peut avoir une forme annulaire. Il peut notamment être réalisé sous la forme d'une bague métallique polie. Le miroir 17 peut également comprendre une pluralité d'éléments de miroir plans de façon à ce qu'un élément de miroir soit disposé dans l'axe de chaque fibre optique 14.
Les fibres optiques 14 disposés dans le manchon 10 ont chacune une extrémité inférieure (en regard du miroir 17) sans terminaison, polie ou clivée à angle droit, et une extrémité supérieure couplée à une source de lumière, un coupleur ou un autre composant optique, par exemple par l'intermédiaire de connecteurs ou d'épissures.
La Figure 4 représente un détail d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Une lentille 19 est agencée à proximité de la sortie
-14d'une fibre optique 14. La lentille 19 contrôle l'angle d'ouverture du faisceau lumineux illuminant le substrat à inspecter. Selon un exemple, la lentille 19 peut être configurée pour obtenir un faisceau collimaté ou focalisé. Dans ce mode de réalisation, l'extrémité de la fibre optique peut être maintenu comme précédemment par une gorge (V-groove) ou, comme illustré à la Figure 4, insérée dans une férule 40. La lentille 19 peut être une micro-lentille, ou une lentille à gradient d'index (GR.IN). Dans ce dernier cas, elle peut aussi être intégrée dans la férule 40.
De manière alternative, l'extrémité de sortie de la fibre optique 14 peut être traitée directement, par exemple par polissage, pour modifier les caractéristiques du faisceau émis par la fibre 14. Elle peut notamment être traitée de sorte à former une lentille à son extrémité, et/ou polie en angle pour générer un faisceau d'illumination dévié de l'axe de la fibre 14.
Selon un autre aspect, l'invention concerne également un système d'éclairage en champ sombre pour un système d'imagerie avec un objectif de microscope.
Les Figures 5A à 5D représentent schématiquement des exemples de réalisation du système d'éclairage 100. Le système 100 comprend le dispositif décrit précédemment et au moins une source de lumière 20 ainsi que des moyens 21, 22 pour contrôler l'injection des faisceaux dans les fibres optiques 14, tels que des commutateurs 22 et/ou des coupleurs 21.
La source de lumière 20 est placée à distance de l'objectif du microscope. Les fibres optiques 14 sont couplées directement ou indirectement, par exemple via des coupleurs 21, à la source lumineuse 20. La source 20 peut être, par exemple, une source à diodes électroluminescentes (LED), une source thermique ou un laser. La source 20 est, de préférence, pourvue d'un connecteur à fibre optique. Si le dispositif selon l'invention comprend plusieurs fibres optiques 14, le faisceau lumineux sortant de la source lumineuse 20 peut être divisé en plusieurs faisceaux à l'aide d'un coupleur 21. Le coupleur 21 peut être réalisé par un composant à fibres optiques, un circuit optique intégré ou un composant
-15optique de volume. Chaque faisceau 24 sortant du coupleur 21 est injecté dans une des fibres optiques 14.
Les différents exemples du système, illustrés schématiquement sur les Figures 5A à 5D, permettent d'obtenir différentes configurations d'illumination. Le contrôle individuel de l'illumination de chaque fibre 14 est réalisé au moyen de différentes associations de coupleurs 21 et/ou commutateurs 22. Sur les Figures 5A à 5D, seulement l'une des bases 10a du manchon 10, correspondant à la face d'entrée des fibres optiques 14, est représentée schématiquement.
La Figure 5A illustre un mode de réalisation du système d'éclairage dans lequel un faisceau lumineux 24 est injecté dans chaque fibre optique 14 en même temps, les fibres 14 étant distribuées de manière régulière dans la paroi du manchon, autour de son périmètre. Pour ce faire, le faisceau lumineux 23 émis par la source 20 est divisé en autant de faisceaux 24 qu'il y a des fibres optiques 14 par un coupleur 21. Ce mode de réalisation permet ainsi un éclairage uniforme et continue.
La Figure 5B montre un autre mode de réalisation du système d'éclairage. Un commutateur 22 est placé entre la source 20 et deux coupleurs 21a, 21b. Selon l'état du commutateur 22, l'un ou l'autre des coupleurs 21a, 21b reçoit la lumière de la source 20 de manière séquentielle. Les fibres optiques 14 en sortie des coupleurs 21a, 21b sont agencées dans le manchon 10 afin d'assurer un éclairage suivant deux angles azimutaux différents. Selon des variantes, plus que deux coupleurs peuvent être utilisés afin d'obtenir plus que deux angles azimutaux d'illumination.
La Figure 5C présente un mode de réalisation permettant d'illuminer le substrat selon différentes directions ou différents angles azimutaux, avec une pluralité de sources. De préférence, l'illumination est réalisée de manière séquentielle. L'utilisation de deux sources de lumière 20a, 20b ou plus permet en outre de varier les caractéristiques de la lumière émise. Les sources 20a, 20b peuvent, par exemple, émettre des faisceaux lumineux 23a, 23b de longueurs d'onde différentes l'une de l'autre. Il est ainsi possible de choisir une longueur d'onde pour laquelle le substrat à inspecter est transparent afin de pouvoir pénétrer le substrat, et une autre longueur d'onde pour laquelle le
-16substrat est opaque. La lumière des deux sources peut également présenter des états de polarisation différents. Bien entendu, selon des variantes, plus que deux sources de lumière peuvent être utilisées.
Bien entendu, les configurations décrites par les figures 5B et 5A peuvent être combinées avec la configuration de la Figure 5C afin de pouvoir connecter une fibre à plusieurs sources pouvant être commutées séquentiellement. Cela permet de modifier les conditions d'éclairage (telle que par exemple la longueur d'onde) émanant d'une fibre.
Dans le mode de réalisation montré sur la Figure 5D, deux sources de lumière 20a, 20b sont associées chacune à un coupleur 21a, 21b. Les coupleurs 21a, 21b présentent chacun une voie d'entrée et plusieurs voies de sortie. Les fibres optiques 14 du dispositif d'éclairage sont groupées en quatre groupes 14' de trois fibres respectivement. Les groupes 14' sont agencés de manière régulière autour du périmètre du manchon. Cet agencement permet un éclairage du substrat selon des angles azimutaux privilégiés. Comme pour le mode de réalisation de la Figure 5C, l'utilisation de deux sources de lumière 20a, 20b permet de disposer de faisceaux lumineux 23a, 23b ayant des caractéristiques différentes. Bien entendu, d'autres groupements de fibres 14 sont également possibles.
En plus de l'angle azimutal ou de la direction d'illumination, il est également important de pouvoir contrôler l'uniformité et la luminance de l'illumination sur une zone donnée du substrat à inspecter. La dimension de la zone illuminée peut être ajustée grâce à la position du manchon, et donc des fibres optiques, par rapport au substrat.
Il est en outre possible de contrôler l'ouverture numérique en sortie des fibres an ajustant l'ouverture numérique en entrée des fibres.
Les Figures 6A et 6B illustrent schématiquement des moyens pour contrôler et ajuster l'ouverture numérique des faisceaux lumineux en sortie des fibres.
Sur la Figure 6A est montrée une fibre optique 14 avec un convertisseur d'ouverture numérique 30 placé entre la source de lumière et l'entrée 14a de la fibre optique 14 afin de contrôler les conditions d'injection
-17de la lumière dans la fibre. Ainsi, le convertisseur 30 est configuré pour modifier l'ouverture numérique NAin d'un faisceau d'entrée afin d'obtenir une ouverture numérique NAout différente pour le faisceau de sortie. Le faisceau d'entrée provient de la source lumineuse. Le convertisseur d'ouverture numérique 30 peut être réalisé, par exemple, par des lentilles ou des composants fibrés tels que des combinateurs de fibres multimodes avec des changements graduels des guides le long de l'axe de propagation. Le faisceau sortant du convertisseur est injecté dans la fibre optique 14 et possède une ouverture numérique NAout· L'ouverture numérique NAout est conservé en sortie 14b de la fibre 14.
La Figure 6B représente un exemple d'un composant fibré pour réaliser un convertisseur 30 d'ouverture numérique. Le convertisseur 30 est réalisé par un coupleur de fibre. Un tel coupleur de fibre consiste en un faisceau de fibres optiques d'un côté qui sont fusionnées en une seule fibre optique de l'autre côté (« tapered fiber bundie »). La partie fusionnée 31 a une forme conique (« taper ») définissant un rapport d'étirement dout/dm entre le diamètre de sortie riout et le diamètre d'entrée riin. Le coupleur 31 peut être connecté à une source lumineuse à l'entrée 31a (côté fibre unique) et sur les fibres optiques 14 du dispositif d'éclairage côté faisceau 31b. Le rapport d'étirement du coupleur de fibre 31 définit un rapport entre l'ouverture numérique d'entrée NAin et l'ouverture numérique NAout de sortie :
NAout = d\n/doUi NAin.
Cette relation peut être appliqué au cas particulier d'une fibre optique unique étirée {«fiber taper») avec un cœur de guide de diamètre riin en début d'étirement et riout en fin d'étirement.
De manière avantageuse, la conversion d'ouverture numérique est réalisée à l'écart de l'objectif de microscope, permettant ainsi une flexibilité d'ajustement sans les encombrements d'éléments additionnels. La fibre optique émettra vers le substrat inspecté un faisceau d'ouverture numérique NAout contrôlée par l'ouverture numérique de la source et/ou du convertisseur d'ouverture numérique.
-18Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (17)
- REVENDICATIONS1. Dispositif d'éclairage (1, 100) pour un système d'imagerie avec un objectif (2) d'imagerie, caractérisé en ce qu'il comprend :- un manchon (10) configuré pour être positionné autour dudit objectif (2) d'imagerie,- au moins une fibre optique (14) solidaire dudit manchon (10) et agencée pour guider une lumière issue d'au moins une source de lumière, et- un moyen de direction (17, 17') configuré pour orienter un faisceau lumineux émis par ladite au moins une fibre optique (14) de façon à éclairer un champ d'observation dudit système d'imagerie selon un axe d'éclairage formant un angle par rapport à l'axe optique dudit objectif (2) supérieur à l'ouverture numérique du système d'imagerie.
- 2. Dispositif (1, 100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de fibres optiques (14), les fibres optiques (14) étant agencées autour du périmètre du manchon (10), soit individuellement de manière régulière, soit groupées en une pluralité de groupes de fibres optiques (14), les groupes étant agencés de manière régulière.
- 3. Dispositif (1, 100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de direction comprend un miroir (17, 17').
- 4. Dispositif (1, 100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de direction comprend un élément de guidage agencé pour courber l'extrémité de l'au moins une fibre optique (14).
- 5. Dispositif (1, 100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une lentille (19) agencée en regard ou à la sortie de l'au moins une fibre optique (14).
- 6. Dispositif (1, 100) selon la revendication5, caractérisé en ce que la lentille est réalisée par polissage de l'extrémité de sortie de la fibre optique (14).
- 7. Dispositif (1, 100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins une fibre optique (14) est une fibre multimode.
- 8. Dispositif (1, 100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de translation configurés pour déplacer le manchon (10) relativement à un objectif (2) d'imagerie, selon une direction parallèle à l'axe optique dudit objectif (2).
- 9. Dispositif (1, 100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'attaches aptes à fixer le manchon (10) sur un objectif (2) d'imagerie.
- 10. Dispositif (1, 100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une source de lumière (20, 20a, 20b) configurée pour émettre au moins un faisceau lumineux, et des moyens (21, 21a, 21b, 22) de contrôle d'injection pour injecter ledit au moins un faisceau lumineux dans ladite au moins une fibre optique (14).
- 11. Dispositif (1, 100) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de contrôle d'injection comprennent au moins un coupleur de fibre (21, 21a, 21b) pour injecter un faisceau lumineux émis par une source de lumière (20, 20a, 20b) dans au moins deux fibres optiques (14).
- 12 . Dispositif (1, 100) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens de contrôle d'injection comprennent au moins un commutateur (22) configuré pour injecter un faisceau lumineux dans au moins deux fibres optiques (14) différentes de manière séquentielle.
- 13. Dispositif (1, 100) selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (30) pour modifier l'ouverture numérique de la lumière émise par ladite au moins une fibre optique (14).
- 14. Dispositif (1, 100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens (30) pour modifier l'ouverture numérique sont agencés entre l'au moins une source de lumière (20, 20a, 20b) et une entrée de l'au moins une fibre optique (14).
- 15 . Dispositif (1, 100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens (30) pour modifier l'ouverture numérique comprennent au moins l'un des éléments suivants :- un système de lentilles ;- un composant fibré avec une variation graduelle du diamètre de section guidant la lumière le long de l'axe de propagation.
- 16. Dispositif (1, 100) selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux sources de lumière (20a, 20b) configurées pour émettre des faisceaux lumineux ayant des polarisations et/ou longueurs d'onde différentes.
- 17. Système d'imagerie, comprenant un objectif (2) d'imagerie, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'éclairage (1, 100) selon l'une des revendications précédentes pour réaliser un éclairage en champ sombre.
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