FR3107118A1 - Infrared thermography profilometry apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Texte Abrégé L’invention concerne un appareil de profilométrie par thermographie infrarouge pour caractériser un échantillon (9) comprenant une couche d’un premier milieu (19) disposée sur un deuxième milieu (29), l’appareil comprenant une source (1) apte à générer un rayonnement électro-magnétique (10) incident sur la couche du premier milieu (19) en un point de mesure de l’échantillon (9), le rayonnement électro-magnétique (10) comprenant une longueur d’onde sélectionnée pour former une source thermique (16) ponctuelle par absorption du rayonnement électro-magnétique à ladite longueur d’onde à une interface (12) entre le premier milieu (19) et le deuxième milieu (29), la couche du premier milieu (19) étant transparente à ladite longueur d’onde et le deuxième milieu (29) étant absorbant à ladite longueur d’onde, un détecteur thermique (6, 26) adapté pour acquérir, en fonction du temps, une série de mesures de variation locale de rayonnement thermique (60, 62) émis par ladite source thermique (16). Figure pour l’abrégé : Fig. 1The invention relates to an infrared thermography profilometry apparatus for characterizing a sample (9) comprising a layer of a first medium (19) arranged on a second medium (29), the apparatus comprising a suitable source (1). generating electromagnetic radiation (10) incident on the layer of the first medium (19) at a measuring point of the sample (9), the electromagnetic radiation (10) comprising a selected wavelength to form a point thermal source (16) by absorption of electromagnetic radiation at said wavelength at an interface (12) between the first medium (19) and the second medium (29), the layer of the first medium (19) being transparent to said wavelength and the second medium (29) being absorbent at said wavelength, a thermal detector (6, 26) adapted to acquire, as a function of time, a series of measurements of local variation in thermal radiation (60, 62) emitted by said source th ermal (16). Figure for the abstract: Fig. 1
Description
La présente invention concerne le domaine technique du contrôle non destructif de matériaux et de structures. Plus précisément, l’invention concerne un système et procédé de profilométrie par thermographie infrarouge. L’invention concerne aussi un microscope thermique multispectral par exemple pour l’analyse d’échantillons biologiques comprenant au moins une couche superficielle.The present invention relates to the technical field of the non-destructive testing of materials and structures. More specifically, the invention relates to a system and method for profilometry by infrared thermography. The invention also relates to a multispectral thermal microscope, for example for the analysis of biological samples comprising at least one surface layer.
La profilométrie est une méthode de mesure de l'épaisseur d'un revêtement, qui consiste à déterminer le profil d'une surface dans une ou plusieurs directions.Profilometry is a method of measuring the thickness of a coating, which consists in determining the profile of a surface in one or more directions.
Dans le domaine ci-dessus, on connait deux principaux types de profilomètres: les profilomètres à contact, basés sur un contact physique entre une pointe en diamant et la surface à mesurer, et les profilomètres optiques sans contact, qui permettent de mesurer la distance entre le capteur et la surface étudiée.In the above field, two main types of profilometers are known: contact profilometers, based on physical contact between a diamond point and the surface to be measured, and non-contact optical profilometers, which measure the distance between the sensor and the surface studied.
L’inconvénient des profilomètres à contact est que le contact de la pointe est susceptible d’entrainer des rayures sur les surfaces fragiles. De plus, les profilomètres à contact ou sans contact de l’art antérieur ne donnent accès qu’à la surface externe d’un échantillon et pas aux interfaces entre différents matériaux.The disadvantage of contact profilometers is that the contact of the tip is likely to cause scratches on fragile surfaces. In addition, the contact or non-contact profilometers of the prior art only provide access to the external surface of a sample and not to the interfaces between different materials.
Selon sa résolution spatiale, un profilomètre peut permettre d’évaluer la rugosité de surface ou la micro-géométrie de surface d’une pièce. Un profilomètre optique peut offrir une résolution spatiale sub-micrométrique, de par la longueur d’onde optique du faisceau lumineux utilisé.Depending on its spatial resolution, a profilometer can be used to assess the surface roughness or the surface micro-geometry of a part. An optical profilometer can offer sub-micrometric spatial resolution, due to the optical wavelength of the light beam used.
Dans le domaine de la microscopie, il existe de nombreux microscopes optiques ou électroniques qui permettent d’accéder à de nombreux paramètres physico-chimiques d’un échantillon. Toutefois, il reste difficile de caractériser les propriétés thermo-optiques à l’intérieur d’un échantillon à l’échelle microscopique, par exemple dans un échantillon biologique comprenant une ou plusieurs couches superficielles.In the field of microscopy, there are many optical or electronic microscopes that allow access to many physico-chemical parameters of a sample. However, it remains difficult to characterize the thermo-optical properties inside a sample at the microscopic scale, for example in a biological sample comprising one or more surface layers.
La thermographie infrarouge active est connue pour permettre d’effectuer des mesures d’augmentation de température par exemple au moyen d’une caméra thermique suite à une excitation externe en surface d’un matériau. Toutefois, ces méthodes sont généralement limitées à l’étude de la surface des matériaux.Active infrared thermography is known for making it possible to take temperature increase measurements, for example by means of a thermal camera following external excitation on the surface of a material. However, these methods are generally limited to the study of the surface of materials.
La publication J.C. Krapez («Résolution spatiale de la caméra thermique à source volante», Int. Journal of thermal sciences, 38, 769-779, 1999), décrit un système de balayage de faisceau permettant de déplacer simultanément un faisceau optique d’excitation émis par une source laser pour former un flux de chaleur incident sur la surface d’un échantillon et une zone imagée par une caméra thermique. Ce système permet de détecter des fissures dans un matériau.The J.C. Krapez publication (“Spatial resolution of the flying source thermal camera”, Int. Journal of thermal sciences, 38, 769-779, 1999), describes a beam scanning system for simultaneously moving an excitation optical beam emitted by a laser source to form an incident heat flux on the surface of a sample and an area imaged by a thermal camera. This system makes it possible to detect cracks in a material.
La publication P. Bison et al. («A thermographic technique for the simultaneous estimation of in-plane and in-depth thermal diffusivities of tbcs», Surface and Coatings Technology, 205, 3128-3133, 2011), décrit une méthode et un système basé sur un flux de chaleur incident généré par une impulsion laser de forme gaussienne et l’étude du rayon de la gaussienne pour mesurer des diffusivités thermiques dans différentes directions.The publication P. Bison et al. ("A thermographic technique for the simultaneous estimation of in-plane and in-depth thermal diffusivities of tbcs", Surface and Coatings Technology, 205, 3128-3133, 2011), describes a method and system based on incident heat flux generated by a laser pulse of Gaussian shape and the study of the radius of the Gaussian to measure thermal diffusivities in different directions.
Toutefois, ces méthodes basées sur un flux de chaleur incident généré par une excitation optique par laser sont conçues pour exciter uniquement la surface des matériaux et ne permettent pas de caractériser des grandeurs physiques en profondeur dans les milieux étudiés.However, these methods based on an incident heat flux generated by an optical excitation by laser are designed to excite only the surface of the materials and do not make it possible to characterize physical quantities in depth in the media studied.
D’autres sources de flux de chaleur notamment de type thermo-acoustique, thermo-mécanique, de thermo-induction ou thermo-chimie ont été utilisées pour convertir une énergie en source thermique à l’intérieur d’un matériau. La caractérisation de ces sources repose sur la mesure d’un champ de température à la surface du matériau. Ces méthodes reposent sur un modèle physique pour permettre une reconstruction en profondeur des propriétés du matériau. Toutefois, la température présente des propriétés de diffusion dans les matériaux, qui rendent complexe l’inversion des mesures.Other sources of heat flux, in particular of the thermo-acoustic, thermo-mechanical, thermo-induction or thermo-chemistry type, have been used to convert energy into a thermal source inside a material. The characterization of these sources is based on the measurement of a temperature field at the surface of the material. These methods rely on a physical model to allow an in-depth reconstruction of material properties. However, the temperature has diffusion properties in the materials, which make the inversion of the measurements complex.
Un des buts de l’invention est de proposer un appareil de caractérisation sans contact permettant des mesures résolues spatialement à l’intérieur d’un échantillon.One of the aims of the invention is to propose a contactless characterization device allowing spatially resolved measurements inside a sample.
Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose un appareil de profilométrie par thermographie infrarouge.In order to remedy the aforementioned drawbacks of the state of the art, the present invention proposes an apparatus for profilometry by infrared thermography.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un appareil de profilométrie par thermographie infrarouge pour caractériser un échantillon comprenant une couche d’un premier milieu disposée sur un deuxième milieu, l’appareil comprenant une source apte à générer un rayonnement électro-magnétique incident sur la couche du premier milieu en un point de mesure de l’échantillon, le rayonnement électro-magnétique comprenant une longueur d’onde sélectionnée pour former une source thermique ponctuelle par absorption du rayonnement électro-magnétique à ladite longueur d’onde à une interface entre le premier milieu et le deuxième milieu, la couche du premier milieu étant transparente à ladite longueur d’onde et le deuxième milieu étant absorbant à ladite longueur d’onde, un détecteur thermique adapté pour acquérir, en fonction du temps, une série de mesures de variation locale de rayonnement thermique émis par ladite source thermique ponctuelle au point de mesure de l’échantillon.More particularly, according to the invention, an infrared thermography profilometry device is proposed for characterizing a sample comprising a layer of a first medium placed on a second medium, the device comprising a source capable of generating incident electromagnetic radiation on the layer of the first medium at a measurement point of the sample, the electromagnetic radiation comprising a wavelength selected to form a point thermal source by absorption of electromagnetic radiation at said wavelength at an interface between the first medium and the second medium, the layer of the first medium being transparent at said wavelength and the second medium being absorbent at said wavelength, a thermal detector adapted to acquire, as a function of time, a series of measurements of local variation of thermal radiation emitted by said point thermal source at the point of measurement of the sample.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l’appareil de profilométrie par thermographie infrarouge conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes.Other non-limiting and advantageous characteristics of the apparatus for profilometry by infrared thermography in accordance with the invention, taken individually or according to all the technically possible combinations, are the following.
La source est apte à générer le rayonnement électro-magnétique à une pluralité de longueurs d’onde et dans lequel la longueur d’onde du rayonnement électro-magnétique est ajustable en fonction de l’échantillon.The source is able to generate electromagnetic radiation at a plurality of wavelengths and in which the wavelength of the electromagnetic radiation is adjustable according to the sample.
La source de rayonnement électro-magnétique est apte à générer le rayonnement électro-magnétique dans le domaine, visible, infrarouge, mégahertz, térahertz et/ou gigahertz.The source of electromagnetic radiation is capable of generating electromagnetic radiation in the visible, infrared, megahertz, terahertz and/or gigahertz domain.
L’appareil de thermographie infrarouge comprend un dispositif arrangé sur un trajet du rayonnement électro-magnétique entre la source et l’échantillon, le dispositif étant adapté pour diriger et/ou focaliser le rayonnement électro-magnétique en un point de l’échantillon.The infrared thermography apparatus comprises a device arranged on a path of the electromagnetic radiation between the source and the sample, the device being adapted to direct and/or focus the electromagnetic radiation at a point of the sample.
L’appareil de thermographie infrarouge comprend un système de traitement du signal adapté pour extraire de ladite série de mesures, un signal représentatif d’une mesure d’épaisseur de la couche du premier milieu et/ou de diffusivité thermique de l’échantillon.The infrared thermography device comprises a signal processing system adapted to extract from said series of measurements, a signal representative of a measurement of the thickness of the layer of the first medium and/or of the thermal diffusivity of the sample.
L’appareil de thermographie infrarouge comprend un système de déplacement spatial relatif entre le rayonnement électro-magnétique incident et l’échantillon, le système de déplacement spatial relatif étant configuré pour diriger le rayonnement électro-magnétique en chaque point d’une pluralité de points de mesure de l’échantillon.The infrared thermography apparatus includes a relative spatial displacement system between the incident electromagnetic radiation and the sample, the relative spatial displacement system being configured to direct the electromagnetic radiation at each of a plurality of points of sample measurement.
Selon un aspect particulier et avantageux, le système de déplacement spatial relatif est configuré pour positionner le rayonnement électro-magnétique perpendiculairement à l’échantillon en chaque point de mesure.According to a particular and advantageous aspect, the relative spatial displacement system is configured to position the electromagnetic radiation perpendicular to the sample at each measurement point.
Dans un mode de réalisation, le système de déplacement spatial relatif comprend un dispositif de balayage spatial du rayonnement électro-magnétique et/ou un système de déplacement de l’échantillon par rapport au rayonnement électro-magnétique incident.In one embodiment, the relative spatial displacement system comprises a device for spatial scanning of the electromagnetic radiation and/or a system for moving the sample with respect to the incident electromagnetic radiation.
De façon avantageuse, le dispositif de balayage spatial comprend au moins un miroir galvanométrique.Advantageously, the spatial scanning device comprises at least one galvanometric mirror.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, le déplacement spatial relatif du rayonnement électro-magnétique incident par rapport à l’échantillon suit une distribution spatiale choisie parmi une distribution prédéterminée en lignes et/ou en colonnes, une grille de mesure prédéterminée ou une distribution aléatoire.According to another aspect of the present disclosure, the relative spatial displacement of the incident electromagnetic radiation with respect to the sample follows a spatial distribution chosen from among a predetermined distribution in rows and/or columns, a predetermined measurement grid or a distribution random.
Le détecteur thermique comprend une caméra thermique adaptée pour acquérir, en fonction du temps, une série de mesures de variation locale de rayonnement thermique émis en chaque point d’une pluralité de points de mesure de l’échantillon et un système de traitement du signal adapté pour extraire de ladite série de mesures en ladite pluralité de points de mesure, une image représentative d’une distribution spatiale de diffusivité thermique et/ou d’épaisseur de l’échantillon.The thermal detector comprises a thermal camera adapted to acquire, as a function of time, a series of measurements of local variation of thermal radiation emitted at each point of a plurality of measurement points of the sample and a suitable signal processing system to extract from said series of measurements at said plurality of measurement points, an image representative of a spatial distribution of thermal diffusivity and/or thickness of the sample.
L’appareil de thermographie infrarouge comprend un miroir dichroïque disposé de manière à superposer un axe de propagation du rayonnement électro-magnétique et un axe optique du détecteur thermique.The infrared thermography apparatus comprises a dichroic mirror arranged so as to superimpose an axis of propagation of the electromagnetic radiation and an optical axis of the thermal detector.
Selon un mode de réalisation particulier et avantageux, l’appareil de thermographie infrarouge comprend un microscope optique confocal muni d’un objectif de microscope apte à focaliser le rayonnement électro-magnétique à l’intérieur de l’échantillon à au moins deux longueurs d’onde de la pluralité de longueurs d’onde pour former un microscope thermique multispectral.According to a particular and advantageous embodiment, the infrared thermography device comprises a confocal optical microscope equipped with a microscope objective able to focus the electromagnetic radiation inside the sample at least two lengths of wave of the plurality of wavelengths to form a multispectral thermal microscope.
Selon une variante, on acquiert une mesure de profil d’une surface externe de l’échantillon et on combine la mesure de profil d’une surface externe et la mesure du profil d’interface pour en déduire un signal représentatif de l’épaisseur de ladite couche en chaque point de la série de points de mesure.According to a variant, a profile measurement of an external surface of the sample is acquired and the profile measurement of an external surface and the measurement of the interface profile are combined to deduce therefrom a signal representative of the thickness of the sample. said layer at each point of the series of measurement points.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, le système de traitement du signal est adapté pour extraire d’une série de mesures en une pluralité de points, une image représentative d’une distribution spatiale d’épaisseur de couche sur la base d’une diffusivité thermique de la couche.According to another aspect of the present disclosure, the signal processing system is adapted to extract from a series of measurements at a plurality of points, an image representative of a spatial distribution of layer thickness on the basis of a thermal diffusivity of the layer.
L’invention concerne aussi une méthode de profilométrie par thermographie infrarouge pour caractériser un échantillon comprenant une couche d’un premier milieu disposée sur un deuxième milieu, comprenant les étapes suivantes : génération d’un rayonnement électro-magnétique, le rayonnement électro-magnétique ayant une longueur d’onde sélectionnée pour que la couche du premier milieu soit transparente à ladite longueur d’onde et le deuxième milieu soit absorbant à ladite longueur d’onde ; orientation du rayonnement électro-magnétique pour qu’il soit incident sur la couche du premier milieu en un point de mesure de l’échantillon ; acquisition, au points de mesure, d’une série de mesures de variation locale d’un rayonnement thermique émis en fonction du temps ; traitement de ladite série de mesures en fonction du temps au point de mesure pour en extraire un signal représentatif signal représentatif d’une mesure d’épaisseur et/ou de diffusivité thermique de la couche du premier milieu.The invention also relates to a method of profilometry by infrared thermography for characterizing a sample comprising a layer of a first medium placed on a second medium, comprising the following steps: generation of electromagnetic radiation, the electromagnetic radiation having a wavelength selected so that the layer of the first medium is transparent at said wavelength and the second medium is absorbent at said wavelength; orientation of the electromagnetic radiation so that it is incident on the layer of the first medium at a measurement point of the sample; acquisition, at the measurement points, of a series of measurements of local variation of thermal radiation emitted as a function of time; processing of said series of measurements as a function of time at the measurement point to extract therefrom a signal representative signal representative of a measurement of thickness and/or thermal diffusivity of the layer of the first medium.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.Of course, the different characteristics, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations insofar as they are not incompatible or exclusive of each other.
De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où:In addition, various other characteristics of the invention emerge from the appended description made with reference to the drawings which illustrate non-limiting forms of embodiment of the invention and where:
Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.It should be noted that in these figures the structural and/or functional elements common to the different variants may have the same references.
Description détailléedetailed description
La figure 1 représente schématiquement un appareil de thermographie infrarouge selon un exemple de réalisation.FIG. 1 schematically represents an infrared thermography device according to an exemplary embodiment.
L’appareil de la figure 1 comporte une source 1 de rayonnement électro-magnétique, au moins un détecteur thermique 6 et/ou 26 et un contrôleur 8.The apparatus of Figure 1 comprises a source 1 of electromagnetic radiation, at least one thermal detector 6 and/or 26 and a controller 8.
La source 1 émet un rayonnement électro-magnétique 10 dans le domaine spectral visible, infrarouge (IR), mégahertz (Mhz), térahertz (THz) ou gigahertz (GHz) qui induit un flux de chaleur dans l’échantillon. Dans un exemple, la source 1 est monochromatique. Par exemple, la source 1 génère des impulsions à la longueur d’onde de 905 nanomètres. Toutefois, de manière avantageuse, la source 1 de rayonnement électro-magnétique est polychromatique (ou multispectrale) et/ou ajustable en longueur d’onde, par exemple entre 400 nm et 15µm. La source 1 de rayonnement électro-magnétique comprend généralement un laser pulsé, par exemple une diode laser. Le laser pulsé génère un rayonnement électro-magnétique 10 sous la forme d’un faisceau d’impulsions lumineuses. La durée d’une impulsion lumineuse est généralement comprise entre 1 ns et 1 ms. De façon alternative ou complémentaire, la source 1 comprend une source micro-onde émettant un rayonnement électro-magnétique dans le domaine spectral du MHZ, THz ou GHz.Source 1 emits electromagnetic radiation 10 in the visible, infrared (IR), megahertz (Mhz), terahertz (THz) or gigahertz (GHz) spectral range which induces a heat flux in the sample. In one example, source 1 is monochromatic. For example, source 1 generates pulses at the wavelength of 905 nanometers. However, advantageously, the source 1 of electromagnetic radiation is polychromatic (or multispectral) and/or adjustable in wavelength, for example between 400 nm and 15 μm. Source 1 of electromagnetic radiation generally comprises a pulsed laser, for example a laser diode. The pulsed laser generates electromagnetic radiation 10 in the form of a beam of light pulses. The duration of a light pulse is generally between 1 ns and 1 ms. Alternatively or additionally, the source 1 comprises a microwave source emitting electromagnetic radiation in the spectral range of MHz, THz or GHz.
Le rayonnement électro-magnétique 10, constitué par exemple d’un faisceau d’impulsions lumineuses, est incident sur une surface extérieure 90 en face avant d’un échantillon 9. De façon avantageuse, dans le cas d’un faisceau d’impulsions lumineuses dans le domaine visible ou infrarouge, un système optique 3 de focalisation focalise le rayonnement électro-magnétique 10 sur la face avant de l’échantillon 9. Dans le cas d’un rayonnement électro-magnétique dans le domaine spectral du MHZ, THz ou GHz l’homme du métier peut utiliser d’autres moyens pour diriger et/ou focaliser le rayonnement électro-magnétique sur l’échantillon. On considère un repère orthonormé XYZ, dans lequel l’axe Z est orthogonal à la surface externe 90 au point d’incidence du rayonnement électro-magnétique. De préférence, on dirige le rayonnement électro-magnétique 10 sur l’échantillon 9 de façon à ce qu’il soit incident sur la surface externe de l’échantillon sous un angle d’incidence nul. Autrement dit, le rayonnement électro-magnétique 10 incident est orthogonal à la surface externe de l’échantillon au point de mesure. Cette disposition permet de déterminer la position du point d’impact P0 en (X, Y, Z=0) sur la surface externe de l’échantillon. On verra plus loin que cela simplifie l’inversion des mesures thermiques et ramène le problème d’inversion des mesures à une seule dimension suivant l’axe Z.The electromagnetic radiation 10, consisting for example of a beam of light pulses, is incident on an outer surface 90 on the front face of a sample 9. Advantageously, in the case of a beam of light pulses in the visible or infrared range, an optical focusing system 3 focuses the electromagnetic radiation 10 on the front face of the sample 9. In the case of electromagnetic radiation in the spectral range of MHz, THz or GHz the person skilled in the art can use other means to direct and/or focus the electromagnetic radiation on the sample. We consider an orthonormal frame XYZ, in which the Z axis is orthogonal to the external surface 90 at the point of incidence of the electromagnetic radiation. Preferably, the electromagnetic radiation 10 is directed onto the sample 9 so that it is incident on the outer surface of the sample at a zero angle of incidence. In other words, the incident electromagnetic radiation is orthogonal to the external surface of the sample at the point of measurement. This arrangement makes it possible to determine the position of the point of impact P0 in (X, Y, Z=0) on the external surface of the sample. We will see later that this simplifies the inversion of the thermal measurements and reduces the problem of inversion of the measurements to a single dimension along the Z axis.
De façon avantageuse, l’appareil comporte un système 2 de balayage de faisceau conçu pour déplacer le rayonnement électro-magnétique 10 incident par rapport à l’échantillon 9. Par exemple, le système 2 de balayage de faisceau comporte deux miroirs galvanométriques 21, 22 disposés en série sur le chemin optique d’un faisceau d’impulsions lumineuses pour déplacer le faisceau d’impulsions lumineuses suivant deux directions transverses par rapport à l’échantillon.Advantageously, the apparatus comprises a beam scanning system 2 designed to move the incident electromagnetic radiation 10 with respect to the sample 9. For example, the beam scanning system 2 comprises two galvanometric mirrors 21, 22 arranged in series on the optical path of a beam of light pulses to move the beam of light pulses in two transverse directions relative to the sample.
De façon alternative ou complémentaire, l’appareil comporte un système 5 de positionnement et/ou d’orientation de l’échantillon 9 par rapport au rayonnement électro-magnétique incident 10. Avantageusement, comme indiqué ci-dessus, le rayonnement électro-magnétique 10 et/ou l’échantillon 9 sont orientés de façon à ce que le rayonnement électro-magnétique 10 incident soit perpendiculaire à la surface extérieure 90 de l’échantillon 9 en chaque point de mesure. Le système 5 de positionnement et/ou d’orientation comporte une platine de déplacement multi-axes ou un bras de robot multi-axes. Par exemple, dans le cas d’un échantillon de grandes dimensions, l’échantillon 9 est fixé sur le bras d’un robot à six axes qui permet de positionner la surface externe en face avant de l’échantillon 9 perpendiculairement au rayonnement électro-magnétique incident, en chaque point de mesure. Dans le cas d’un échantillon biologique observé au moyen d’un microscope thermique, l’échantillon est généralement monté sur une platine porte-échantillon qui permet de translater l’échantillon suivant les trois directions X, Y et Z du repère orthonormé et éventuellement sur une platine mobile en rotation qui permet d’orienter la surface externe de l’échantillon perpendiculairement à l’axe optique du microscope.Alternatively or additionally, the device comprises a system 5 for positioning and/or orienting the sample 9 with respect to the incident electromagnetic radiation 10. Advantageously, as indicated above, the electromagnetic radiation 10 and/or the sample 9 are oriented so that the incident electromagnetic radiation 10 is perpendicular to the outer surface 90 of the sample 9 at each measurement point. The positioning and/or orientation system 5 comprises a multi-axis displacement stage or a multi-axis robot arm. For example, in the case of a sample of large dimensions, the sample 9 is fixed on the arm of a six-axis robot which makes it possible to position the external surface on the front face of the sample 9 perpendicular to the electro-radiation. incident magnetic field, at each measurement point. In the case of a biological sample observed by means of a thermal microscope, the sample is generally mounted on a sample holder plate which makes it possible to translate the sample along the three directions X, Y and Z of the orthonormal reference frame and possibly on a mobile rotating stage which makes it possible to orient the external surface of the sample perpendicularly to the optical axis of the microscope.
Comme décrit de manière plus détaillée ci-dessous, suite à l’exposition de l’échantillon au flux de chaleur induit par le rayonnement électro-magnétique 10, l’échantillon 9 émet un rayonnement thermique 60 en face avant. Lorsque l’échantillon 9 est suffisamment fin et conducteur thermique, l’échantillon peut aussi émettre un rayonnement thermique 62 en face arrière de l’échantillon 9. Dans le présent document, on entend par rayonnement thermique un rayonnement dans le domaine spectral infrarouge compris entre 0,8 µm et 22 µm.As described in more detail below, following the exposure of the sample to the heat flux induced by the electromagnetic radiation 10, the sample 9 emits thermal radiation 60 on the front face. When the sample 9 is sufficiently thin and thermally conductive, the sample can also emit thermal radiation 62 on the rear face of the sample 9. In this document, thermal radiation means radiation in the infrared spectral range between 0.8µm and 22µm.
Le détecteur thermique 6, 26 est choisi pour acquérir des mesures de rayonnement thermique résolues en fonction du temps suite à une excitation par le rayonnement électro-magnétique 10 incident. Le détecteur thermique 6, 26 acquiert des mesures à une fréquence d’acquisition comprise généralement entre 100 kHz et 10 Hz, par exemple de 50 kHz. Plus précisément, on acquiert un nombre de points de mesures de rayonnement thermique en fonction du temps pour chaque position de mesure suite à un flux de chaleur incident, par exemple 100 points, 1000 points ou plus de 1000 points. Ce nombre de points d’acquisition peut être adapté en fonction de l’échantillon, de la source 1 et/ou du détecteur thermique 6, 26. Le contrôleur 8 permet de synchroniser et/ou de déclencher l’acquisition de mesures de rayonnement thermique en fonction du temps par rapport à l’émission du rayonnement électro-magnétique incident.The thermal detector 6, 26 is selected to acquire time-resolved thermal radiation measurements following excitation by incident electromagnetic radiation. The thermal detector 6, 26 acquires measurements at an acquisition frequency generally comprised between 100 kHz and 10 Hz, for example 50 kHz. More specifically, a number of thermal radiation measurement points is acquired as a function of time for each measurement position following an incident heat flux, for example 100 points, 1000 points or more than 1000 points. This number of acquisition points can be adapted according to the sample, the source 1 and/or the thermal detector 6, 26. The controller 8 makes it possible to synchronize and/or trigger the acquisition of thermal radiation measurements as a function of time with respect to the emission of the incident electromagnetic radiation.
Dans un mode de réalisation, le détecteur thermique 6, 26 comporte un seul capteur sans résolution spatiale. Dans ce cas, la résolution spatiale de l’appareil est déterminée par les dimensions du rayonnement électro-magnétique 10 sur l’échantillon. De façon avantageuse, dans ce cas, la fréquence d’acquisition peut être plus élevée et atteindre par exemple quelques mégahertz (MHz). Toutefois, de manière préférée, le détecteur thermique 6, 26 comprend une caméra thermique munie d’un objectif 27 infrarouge pour former une série d’images vidéo de l’échantillon. La caméra thermique comporte une matrice de détecteurs infrarouge ou matrice de pixels. Dans ce cas, la résolution spatiale du détecteur thermique dépend du nombre de pixels de la caméra thermique et du grandissement de l’objectif infrarouge. La fréquence d’acquisition d’une caméra thermique est généralement comprise entre 10 Hz et 100 kHz.In one embodiment, the thermal detector 6, 26 comprises a single sensor with no spatial resolution. In this case, the spatial resolution of the device is determined by the dimensions of the electromagnetic radiation 10 on the sample. Advantageously, in this case, the acquisition frequency can be higher and reach for example a few megahertz (MHz). However, preferably, the thermal detector 6, 26 comprises a thermal camera provided with an infrared lens 27 to form a series of video images of the sample. The thermal camera comprises an array of infrared detectors or an array of pixels. In this case, the spatial resolution of the thermal detector depends on the number of pixels of the thermal camera and the magnification of the infrared lens. The acquisition frequency of a thermal camera is generally between 10 Hz and 100 kHz.
On considère un premier mode de réalisation dans lequel le détecteur thermique 6 est disposé côté face avant de l’échantillon 9. Dans ce cas, l’appareil comporte avantageusement une lame ou un miroir dichroïque 4 disposé pour séparer le rayonnement thermique 60 émis en face avant de l’échantillon de la réflexion du rayonnement électro-magnétique 10 incident sur l’échantillon.We consider a first embodiment in which the thermal detector 6 is arranged on the front face side of the sample 9. In this case, the device advantageously comprises a blade or a dichroic mirror 4 arranged to separate the thermal radiation 60 emitted in front front of the sample from the reflection of electromagnetic radiation incident on the sample.
En variante ou de manière complémentaire, l’appareil comporte un autre détecteur thermique 26 disposé en face arrière de l’échantillon 9 pour détecter le rayonnement thermique 62 émis en face arrière. L’autre détecteur thermique 26 comporte par exemple une caméra thermique munie d’un objectif 27 infrarouge.As a variant or additionally, the apparatus comprises another thermal detector 26 arranged on the rear face of the sample 9 to detect the thermal radiation 62 emitted on the rear face. The other thermal detector 26 comprises for example a thermal camera provided with an infrared lens 27.
De préférence, le détecteur thermique 6, respectivement 26 acquiert des mesures thermiques perpendiculairement à la surface externe 90 en face avant, respectivement à la surface externe 99 en face arrière de l’échantillon.Preferably, the thermal detector 6, respectively 26 acquires thermal measurements perpendicular to the external surface 90 on the front face, respectively to the external surface 99 on the rear face of the sample.
Le détecteur thermique 6, respectivement 26, acquiert une mesure du rayonnement thermique 60, respectivement 62, émis par l’échantillon 9 en fonction du temps. Le détecteur thermique 6, respectivement 26, a une résolution temporelle déterminée en fonction de l’application, par exemple en fonction de l’épaisseur de la couche ou des couches à mesurer.The thermal detector 6, respectively 26, acquires a measurement of the thermal radiation 60, respectively 62, emitted by the sample 9 as a function of time. The thermal detector 6, respectively 26, has a time resolution determined according to the application, for example according to the thickness of the layer or layers to be measured.
Le contrôleur 8 synchronise la source 1 de rayonnement électro-magnétique et l’acquisition temporelle par le détecteur thermique 6, respectivement 26. Le contrôleur 8 comprend un système de traitement du signal qui reçoit des mesures de rayonnement thermique résolues en fonction du temps suite à l’émission du rayonnement électro-magnétique incident sur l’échantillon.The controller 8 synchronizes the source 1 of electromagnetic radiation and the temporal acquisition by the thermal detector 6, respectively 26. The controller 8 comprises a signal processing system which receives thermal radiation measurements resolved as a function of time following the emission of electromagnetic radiation incident on the sample.
La source 1 de rayonnement électro-magnétique génère un flux de chaleur qui excite l’échantillon 9 thermiquement. Plus précisément, on considère ici un échantillon 9 représenté schématiquement en coupe sur la figure 2.Source 1 of electromagnetic radiation generates a heat flux which excites sample 9 thermally. More precisely, we consider here a sample 9 represented schematically in section in FIG. 2.
On a représenté ici la partie en face avant de l’échantillon 9. L’échantillon 9 comprend au moins une couche d’un premier milieu 19 et une couche inférieure ou un substrat d’un deuxième milieu 29. Le rayonnement électro-magnétique 10 est incident sur la surface extérieure 90 en face avant de l’échantillon 9, qui est aussi la surface externe de la couche du premier milieu 19. La longueur d’onde du rayonnement électro-magnétique 10 est sélectionnée pour que la couche du premier milieu 19 soit transparente ou au moins partiellement transparente au rayonnement électro-magnétique 10. Ainsi, le rayonnement électro-magnétique 10 traverse la couche du premier milieu 19 jusqu’à une interface 12 avec le deuxième milieu 29. De façon avantageuse, le système optique 3 comprend une lentille de balayage de type F-Thêta qui focalise et corrige la planéité du rayonnement électro-magnétique 10 sur l’interface 12. La longueur d’onde du rayonnement électro-magnétique 10 est aussi sélectionnée pour que le deuxième milieu 29 soit absorbant ou opaque au rayonnement électro-magnétique 10. De cette manière, le rayonnement électro-magnétique 10 est absorbé dans le deuxième milieu 29 au niveau de l’interface 12. Autrement dit, l’absorption du rayonnement électro-magnétique créée une source thermique 16 ponctuelle en un point P de l’interface 12.The part on the front face of the sample 9 has been represented here. The sample 9 comprises at least one layer of a first medium 19 and a lower layer or a substrate of a second medium 29. The electromagnetic radiation 10 is incident on the outer surface 90 on the front face of the sample 9, which is also the outer surface of the layer of the first medium 19. The wavelength of the electromagnetic radiation 10 is selected so that the layer of the first medium 19 is transparent or at least partially transparent to the electromagnetic radiation 10. Thus, the electromagnetic radiation 10 passes through the layer of the first medium 19 to an interface 12 with the second medium 29. Advantageously, the optical system 3 comprises an F-Theta type scanning lens which focuses and corrects the flatness of the electromagnetic radiation 10 on the interface 12. The wavelength of the electromagnetic radiation 10 is also selected so that the second medium 29 is absorbent or opaque to electromagnetic radiation 10. In this way, the electromagnetic radiation 10 is absorbed in the second medium 29 at the level of the interface 12. In other words, the absorption of the electromagnetic radiation creates a heat source 16 point at a point P of the interface 12.
De façon avantageuse, le rayonnement électro-magnétique 10 incident se propage le long de l’axe Z du repère orthonormé (X, Y, Z). La surface externe 90 est située dans le plan Z = 0. L’interface 12 est située dans le plan Z = L1. La face arrière 99 de l’échantillon est située dans le plan Z = L2. Autrement dit, la couche du premier milieu 19 a une épaisseur égale à L1 et le deuxième milieu 29 a une épaisseur égale à L2. Par exemple, L1 est égal à 1 mm et L2est égal à 2 mm (la figure 2 n’est pas à l’échelle). On note β1le coefficient d’absorption du premier milieu 19 à la longueur d’onde du rayonnement électro-magnétique 10 incident. On note β2le coefficient d’absorption du deuxième milieu 29 à la longueur d’onde du rayonnement électro-magnétique 10 incident. On choisit la longueur d’onde de la source 1 de rayonnement électro-magnétique de façon à ce que la couche du premier milieu 19 soit transparente à cette longueur d’onde et le deuxième milieu 29 soit absorbant à cette longueur d’onde. Autrement dit, à la longueur d’onde du rayonnement électro-magnétique 10 incident émis par la source 1, le coefficient d’absorption β1 du premier milieu 19 est pratiquement nul: β1≈ 0 tandis que le coefficient d’absorption β2du deuxième milieu 29 est non nul et fortement supérieur au coefficient d’absorption β1 du premier milieu 19 : β2>> β1. Par exemple, pour un échantillon dans lequel le premier milieu 19 comporte une couche de polymère de type PDMS et le deuxième milieu 29 est constitué de carbone, les coefficients d’absorption respectifs sont β1 =0.3cm-1et β2=100cm-1à la longueur d’onde de 905 nm. Pour simplifier les explications, on peut considérer que β2est infini.Advantageously, the incident electromagnetic radiation 10 propagates along the Z axis of the orthonormal frame (X, Y, Z). The external surface 90 is located in the plane Z=0. The interface 12 is located in the plane Z=L1. The rear face 99 of the sample is located in the plane Z = L2. In other words, the layer of the first medium 19 has a thickness equal to L1 and the second medium 29 has a thickness equal to L2. For example, L1 is equal to 1 mm and L2is equal to 2 mm (Figure 2 is not to scale). We note β1the absorption coefficient of the first medium 19 at the wavelength of the incident electromagnetic radiation 10. We note β2the absorption coefficient of the second medium 29 at the wavelength of the incident electromagnetic radiation 10. The wavelength of the source 1 of electromagnetic radiation is chosen so that the layer of the first medium 19 is transparent at this wavelength and the second medium 29 is absorbent at this wavelength. In other words, at the wavelength of the incident electromagnetic radiation 10 emitted by the source 1, the absorption coefficient β1 of the first medium 19 is practically zero: β1≈ 0 while the absorption coefficient β2of the second medium 29 is non-zero and strongly greater than the absorption coefficient β1 of the first medium 19: β2>> β1. For example, for a sample in which the first medium 19 comprises a layer of polymer of the PDMS type and the second medium 29 consists of carbon, the respective absorption coefficients are β1 =0.3cm-1and β2=100cm-1at the wavelength of 905 nm. To simplify the explanations, we can consider that β2is infinite.
Dans autre un exemple simplifié, on considère que le coefficient d’absorption β1du premier milieu 19 est tel que l’intensité I du rayonnement électro-magnétique 10 est réduite de quelques pourcents, par exemple de 2% en z= L1par rapport à l’intensité I0du rayonnement électro-magnétique 10 incident sur la surface externe 90 à la longueur d’onde choisie. De plus, à cette longueur d’onde choisie, le rapport entre le coefficient d’absorption β2du deuxième milieu 29 et le coefficient d’absorption β1 du premier milieu 19 est supérieur à un seuil déterminé, par exemple : β2 / β1 >>100.In another simplified example, we consider that the absorption coefficient β1of the first medium 19 is such that the intensity I of the electromagnetic radiation 10 is reduced by a few percent, for example by 2% in z=L1with respect to intensity I0electromagnetic radiation 10 incident on the outer surface 90 at the chosen wavelength. Moreover, at this chosen wavelength, the ratio between the absorption coefficient β2of the second medium 29 and the absorption coefficient β1 of the first medium 19 is greater than a determined threshold, for example: β2 / β1 >>100.
Dans le présent document, on entend par transparent à une longueur d’onde, un milieu dans lequel l’intensité I du rayonnement électro-magnétique 10 est réduite de quelques pourcents à l’interface avec le milieu sous-jacent par rapport à l’intensité du rayonnement électro-magnétique 10 incident sur ce milieu sous incidence normale à la longueur d’onde choisie. Dans le présent document, on entend par absorbant à une longueur d’onde, un milieu ayant un coefficient d’absorption supérieur d’environ deux ordres de grandeur par rapport au coefficient d’absorption d’un milieu transparent à ladite longueur d’onde.In this document, the term transparent to a wavelength means a medium in which the intensity I of the electromagnetic radiation 10 is reduced by a few percent at the interface with the underlying medium with respect to the intensity of the electromagnetic radiation 10 incident on this medium under normal incidence at the chosen wavelength. In this document, by absorbent at a wavelength is meant a medium having an absorption coefficient approximately two orders of magnitude higher than the absorption coefficient of a medium transparent at said wavelength. .
L’absorption du rayonnement électro-magnétique 10 créée une source thermique 16 ponctuelle à l’interface 12 entre la couche du premier milieu 19 et le deuxième milieu 29. Pour la simplification de l’explication, considérons qu’il n’y a qu’un seul impact du rayonnement électro-magnétique 10 sur l’échantillon au point P de coordonnées (x, y, z = L1).The absorption of the electromagnetic radiation 10 creates a point thermal source 16 at the interface 12 between the layer of the first medium 19 and the second medium 29. For the simplification of the explanation, consider that there is only a single impact of the electromagnetic radiation 10 on the sample at the point P with coordinates (x, y, z=L 1 ).
La source thermique 16 ponctuelle génère un rayonnement thermique 60 qui se propage dans le premier milieu 19 en direction de la surface externe 90.The point heat source 16 generates heat radiation 60 which propagates in the first medium 19 in the direction of the outer surface 90.
Le détecteur thermique 6 mesure la variation de température surfacique θ (x,y,z, t) de l’échantillon en fonction du temps au droit de l’impact, c’est-à-dire au point (x, y, z=0), c’est-à-dire θ (x, y, z=0, t). Autrement dit, le détecteur thermique 6 acquiert un signal représentatif du rayonnement thermique 60 émis par la source thermique 16 ponctuelle au point P situé à l’interface 12 entre la couche du premier milieu 19 et le deuxième milieu 29.The thermal detector 6 measures the surface temperature variation θ (x, y, z, t) of the sample as a function of time at the right of the impact, that is to say at the point (x, y, z =0), i.e. θ (x, y, z=0, t). In other words, the thermal detector 6 acquires a signal representative of the thermal radiation 60 emitted by the thermal source 16 at point P located at the interface 12 between the layer of the first medium 19 and the second medium 29.
Pour chaque impact du rayonnement électro-magnétique 10 incident, connaissant les propriétés thermiques de la couche transparente ou semi-transparente supérieure, il est possible d’estimer la profondeur du milieu absorbant par une méthode d’inversion. Ainsi, il est possible d’estimer sans contact l’épaisseur de la couche supérieure ou le profil de l’interface entre les deux milieux.For each impact of the incident electromagnetic radiation, knowing the thermal properties of the upper transparent or semi-transparent layer, it is possible to estimate the depth of the absorbing medium by an inversion method. Thus, it is possible to estimate without contact the thickness of the upper layer or the profile of the interface between the two media.
Un algorithme d’inversion est appliqué pour déterminer la position de la source thermique 16, autrement dit la position z du point P.An inversion algorithm is applied to determine the position of the thermal source 16, in other words the position z of the point P.
On utilise par exemple une méthode d’inversion de type logarithme transitoire. On déduit des mesures de variation de température surfacique, une valeur de durée caractéristique de diffusion, notée tcd. La durée caractéristique de diffusion correspond à la pente de la mesure de variation de température surfacique, en échelle logarithmique, suite l’absorption du rayonnement électro-magnétique à un instant t=0. On considère ici pour simplifier que la diffusivité thermique de l’échantillon est isotrope. Il existe aussi des modèles d’inversion qui prennent en compte une anisotropie de la diffusivité thermique de l’échantillon suivant les directions X, Y, Z.For example, an inversion method of transient logarithm type is used. From the surface temperature variation measurements, a value of characteristic duration of diffusion, denoted t cd , is deduced. The characteristic duration of diffusion corresponds to the slope of the surface temperature variation measurement, on a logarithmic scale, following the absorption of electromagnetic radiation at a time t=0. It is considered here for simplicity that the thermal diffusivity of the sample is isotropic. There are also inversion models which take into account an anisotropy of the thermal diffusivity of the sample along the directions X, Y, Z.
Cette durée caractéristique de diffusion est fonction d’une diffusivité thermique du premier milieu 19, notéea, et de l’épaisseurede la couche du premier milieu selon la formule suivante:t cd = e²/a. Cette formule s’applique aussi bien lorsque l’acquisition des mesures thermiques est effectuée en face avant ou en face arrière.This characteristic duration of diffusion is a function of a thermal diffusivity of the first medium 19, denoted a , and of the thickness e of the layer of the first medium according to the following formula: t cd =e²/a . This formula applies just as well when the acquisition of the thermal measurements is carried out on the front face or on the rear face.
Si la diffusivité thermique de l’échantillonaest connue ou mesurée, on en déduit une évaluation de l’épaisseurede la couche du premier milieu 19 ou de la profondeur de l’interface 12 par rapport à la surface externe 90. On obtient ainsi une mesure sans contact de l’épaisseurede la couche du premier milieu 19 au point P.If the thermal diffusivity of the sample a is known or measured, an evaluation of the thickness e of the layer of the first medium 19 or of the depth of the interface 12 with respect to the external surface 90 is deduced therefrom. thus a non-contact measurement of the thickness e of the layer of the first medium 19 at point P.
Inversement, si l’épaisseurede la couche du premier milieu 19 est connue, on en déduit une évaluation la diffusivité thermiqueade l’échantillon au point P (x, y, z=L1). Plus précisément, on en déduit la diffusivité thermiqueade l’échantillon suivant l’axe Z entre la source thermique ponctuelle au point P (x, y, z=L1) sur l’interface 12 et la surface de l’échantillon en face avant au point (x, y, z=0). Lorsque l’échantillon est isotrope thermiquement, la diffusivité thermiqueade l’échantillon suivant les axes X et Y est identique à celle suivant l’axe Z. Pour un échantillon anisotrope ou orthotrope la diffusivité thermiqueade l’échantillon suivant les axes X et Y est différente de celle suivant l’axe Z. Dans ce cas, il est important que le flux de chaleur incident soit perpendiculaire à la surface et que l’acquisition des mesures thermiques soit aussi perpendiculaire à la surface de l’échantillon, pour extraire uniquement la composante diffusivité thermiqueade l’échantillon suivant l’axe Z.Conversely, if the thickness e of the layer of the first medium 19 is known, an evaluation is deduced therefrom of the thermal diffusivity a of the sample at the point P (x, y, z=L1). More precisely, the thermal diffusivity a of the sample is deduced therefrom along the Z axis between the point thermal source at the point P (x, y, z=L1) on the interface 12 and the surface of the sample opposite forward to point (x, y, z=0). When the sample is thermally isotropic, the thermal diffusivity a of the sample along the X and Y axes is identical to that along the Z axis. For an anisotropic or orthotropic sample the thermal diffusivity a of the sample along the X axes and Y is different from that along the Z axis. In this case, it is important that the incident heat flux is perpendicular to the surface and that the acquisition of the thermal measurements is also perpendicular to the surface of the sample, to extract only the thermal diffusivity component a of the sample along the Z axis.
Comme indiqué ci-dessus, l’appareil de profilométrie par thermographie infrarouge comporte avantageusement un système de balayage du rayonnement électro-magnétique 10 incident qui permet d’effectuer des mesures en plusieurs points de l’échantillon. De façon particulièrement avantageuse, le système de balayage de faisceau est configuré pour que le rayonnement électro-magnétique 10 soit incident sous incidence normale en chaque point de mesure et pour que la mesure thermique soit aussi effectuée sous un angle d’incidence normale. De cette manière, on obtient une pluralité de mesures en une pluralité de points de l’échantillon.As indicated above, the infrared thermography profilometry device advantageously comprises a system for scanning the incident electromagnetic radiation which makes it possible to carry out measurements at several points of the sample. Particularly advantageously, the beam scanning system is configured so that the electromagnetic radiation 10 is incident under normal incidence at each measurement point and so that the thermal measurement is also performed under a normal incidence angle. In this way, a plurality of measurements are obtained at a plurality of points of the sample.
Par exemple, on acquiert ou on utilise un fichier numérique représentatif d’une cartographie du relief externe de l’échantillon, par exemple un fichier de CAO en 3D de l’échantillon. L’échantillon est monté sur un système de déplacement, par exemple un bras de robot à six degrés de liberté, qui permet de positionner et orienter l’échantillon de manière à ce que la surface externe 90 de l’échantillon soit perpendiculaire au rayonnement électro-magnétique 10 en chaque point de mesure. De façon avantageuse, l’axe de propagation du rayonnement électro-magnétique 10 et l’axe optique du détecteur thermique 6 sont colinéaires sur l’échantillon. Ainsi, le détecteur thermique 6 acquiert des mesures thermiques perpendiculairement à la surface de l’échantillon.For example, a digital file representative of an external relief map of the sample is acquired or used, for example a 3D CAD file of the sample. The sample is mounted on a movement system, for example a robot arm with six degrees of freedom, which makes it possible to position and orient the sample so that the external surface 90 of the sample is perpendicular to the electro radiation. -magnetic 10 at each measurement point. Advantageously, the axis of propagation of the electromagnetic radiation 10 and the optical axis of the thermal detector 6 are collinear on the sample. Thus, the thermal detector 6 acquires thermal measurements perpendicular to the surface of the sample.
La figure 3 illustre le principe de la mesure effectuée en deux points sur l’échantillon par balayage du rayonnement électro-magnétique 10 suivant la direction X. On effectue ici une première mesure en un point P1 de coordonnées (X1, Y1, Z1) où est créée une première source thermique ponctuelle 16. La diffusivité thermiqueaétant connue, on en déduit une première mesure d’épaisseur e(X1) = Z1 de la couche du premier milieu 19 au point P1. On déplace le rayonnement électro-magnétique 10 et/ou l’échantillon suivant la direction X. On effectue ici une deuxième mesure en un point P2 de coordonnées (X2, Y2=Y1, Z2) où est créée une deuxième source thermique ponctuelle 162. La diffusivité thermique a étant connue, on en déduit une deuxième mesure d’épaisseur e(X2) = Z2 de la couche du premier milieu 19 au point P2. La répétition de ces mesures suivant l’axe X permet de détecter sans contact une rainure ou une fissure enterrée à l’interface entre le premier milieu 19 et le deuxième milieu 29, cette rainure s’étendant transversalement à l’axe X. L’homme du métier comprendra aisément comment effectuer le balayage suivant l’axe Y pour obtenir des mesures d’épaisseur en deux dimensions.FIG. 3 illustrates the principle of the measurement carried out at two points on the sample by scanning the electromagnetic radiation 10 along the direction X. A first measurement is carried out here at a point P1 with coordinates (X1, Y1, Z1) where a first point thermal source 16 is created. The thermal diffusivity a being known, a first thickness measurement e(X1)=Z1 of the layer of the first medium 19 at the point P1 is deduced therefrom. The electromagnetic radiation 10 and/or the sample is moved along the direction X. A second measurement is taken here at a point P2 with coordinates (X2, Y2=Y1, Z2) where a second point thermal source 162 is created. The thermal diffusivity a being known, a second thickness measurement e(X2)=Z2 of the layer of the first medium 19 at the point P2 is deduced therefrom. Repeating these measurements along the X axis makes it possible to detect without contact a groove or a crack buried at the interface between the first medium 19 and the second medium 29, this groove extending transversely to the X axis. Those skilled in the art will readily understand how to scan along the Y axis to obtain two-dimensional thickness measurements.
La figure 4 illustre une application de la présente divulgation à la profilométrie de couche ou d’interface enterrée. On suppose que la diffusivité thermiquea est connue. On en déduit une mesure de la variation d’épaisseur e(x) de la couche du premier milieu 19 suivant la direction x. Dans l’exemple illustré sur la figure 4, la surface externe 90 de la couche du premier milieu 19 est plane et située dans le plan Z=0. La mesure du relief de la surface extérieure peut être obtenue par l’une quelconque des méthodes citées dans l’arrière-plan technologique de l’invention. L’évaluation de e(x) permet ici d’en déduire le profil de l’interface 12 entre la couche du premier milieu 19 et le deuxième milieu 29. Nous soulignons à nouveau que cette évaluation du profil d’une interface 12 enterrée est obtenue sans contact.Figure 4 illustrates an application of the present disclosure to buried layer or interface profilometry. It is assumed that the thermal diffusivityTo is known. A measurement of the variation in thickness e(x) of the layer of the first medium 19 in the direction x is deduced therefrom. In the example illustrated in FIG. 4, the outer surface 90 of the layer of the first medium 19 is planar and located in the plane Z=0. The measurement of the relief of the outer surface can be obtained by any of the methods mentioned in the technological background of the invention. The evaluation of e(x) makes it possible here to deduce the profile of the interface 12 between the layer of the first medium 19 and the second medium 29. We emphasize again that this evaluation of the profile of a buried interface 12 is obtained without contact.
La couche du premier milieu 19 peut être opaque dans le visible et transparente à la longueur d’onde du rayonnement électro-magnétique 10, par exemple située dans le proche infrarouge, à 900 nm.The layer of the first medium 19 can be opaque in the visible and transparent to the wavelength of the electromagnetic radiation 10, for example located in the near infrared, at 900 nm.
On a considéré sur les figures 2 à 4 que la surface externe de l’échantillon est plane. Dans le cas où la surface externe n’est pas plane ou dans le cas où on souhaite discriminer les variations d’épaisseur provenant de la surface externe et de l’interface, il est souhaitable d’effectuer une mesure de la surface externe 90. Dans un mode de réalisation particulier et avantageux, on utilise un profilomètre conventionnel par exemple de contact, pour déterminer le profil de la surface externe de l’échantillon. Cette mesure de profil externe est combinée avec la mesure de profilométrie thermique décrite ci-dessus pour en déduire une mesure du profil de l’interface 12 en se basant sur la mesure d’épaisseur de la couche corrigée du profil de la surface externe de l’échantillon.It was considered in Figures 2 to 4 that the outer surface of the sample is flat. In the case where the external surface is not flat or in the case where one wishes to discriminate the variations of thickness coming from the external surface and from the interface, it is desirable to carry out a measurement of the external surface 90. In a particular and advantageous embodiment, a conventional profilometer, for example contact, is used to determine the profile of the external surface of the sample. This external profile measurement is combined with the thermal profilometry measurement described above to deduce therefrom a measurement of the profile of the interface 12 based on the thickness measurement of the corrected layer of the profile of the external surface of the interface 12. 'sample.
La figure 5 illustre l’application du principe de mesure d’une couche superficielle exposé ci-dessus à la mesure d’une ou plusieurs couches superposées au moyen d’un microscope équipé d’une source 1 de rayonnement électro-magnétique, ici une source de lumière pulsée et d’un détecteur thermique 6, 26. Le système optique 3 comporte ici un objectif de microscope pour focaliser le rayonnement électro-magnétique visible ou infrarouge émis par la source en un ou plusieurs points de l’échantillon. De façon avantageuse, l’échantillon 9 est disposé sur une platine 5 de déplacement multiaxe, pour déplacer l’échantillon par rapport au rayonnement électro-magnétique incident.FIG. 5 illustrates the application of the principle of measurement of a surface layer explained above to the measurement of one or more superposed layers by means of a microscope equipped with a source 1 of electromagnetic radiation, here a pulsed light source and a thermal detector 6, 26. The optical system 3 here comprises a microscope objective to focus the visible or infrared electromagnetic radiation emitted by the source at one or more points of the sample. Advantageously, the sample 9 is placed on a multi-axis displacement stage 5, to move the sample relative to the incident electromagnetic radiation.
L’échantillon 9 est par exemple un échantillon biologique. L’échantillon 9 comprend une première couche de surface d’un premier milieu 19 qui recouvre une deuxième couche d’un deuxième milieu 29. La deuxième couche du deuxième milieu 29 recouvre une troisième couche d’un troisième milieu 39. La troisième couche du troisième milieu 39 est par exemple disposée sur un quatrième milieu 49.Sample 9 is for example a biological sample. Sample 9 comprises a first surface layer of a first medium 19 which covers a second layer of a second medium 29. The second layer of the second medium 29 covers a third layer of a third medium 39. The third layer of the third medium 39 is for example arranged on a fourth medium 49.
Pour différencier les signaux des différentes couches, on utilise une source 1 de rayonnement électro-magnétique à plusieurs longueurs d’onde aussi appelée source multi-spectrale. On peut aussi utiliser plusieurs sources, par exemple plusieurs lasers, ayant chacun une longueur d’onde spécifique. Dans l’exemple de réalisation décrit ci-dessous, on ajuste une par une, la longueur d’onde du rayonnement électro-magnétique incident. En variante, on applique un rayonnement électro-magnétique simultanément à plusieurs longueurs d’onde.To differentiate the signals from the different layers, a source 1 of electromagnetic radiation at several wavelengths, also called a multi-spectral source, is used. It is also possible to use several sources, for example several lasers, each having a specific wavelength. In the embodiment described below, the wavelength of the incident electromagnetic radiation is adjusted one by one. Alternatively, electromagnetic radiation is applied simultaneously at several wavelengths.
La première longueur d’ondeλ 1 est sélectionnée comme indiqué ci-dessus de manière à ce que la première couche soit transparente et la deuxième couche soit absorbante ou opaque à cette première longueur d’onde. Ainsi, le rayonnement électro-magnétique 10 créée une source thermique ponctuelle à l’interface 12 entre le premier milieu 19 et le deuxième milieu 29. Le rayonnement électro-magnétique 10 à la première longueur d’ondeλ 1 permet ainsi d’évaluer une épaisseure 1 et/ou une diffusivité thermique de la première couche ou encore un profil de l’interface 12 comme détaillé en lien avec les figures 2 à 4.The first wavelength λ 1 is selected as indicated above so that the first layer is transparent and the second layer is absorbent or opaque at this first wavelength. Thus, the electromagnetic radiation 10 creates a point thermal source at the interface 12 between the first medium 19 and the second medium 29. The electromagnetic radiation 10 at the first wavelength λ 1 thus makes it possible to evaluate a thickness e 1 and/or a thermal diffusivity of the first layer or even a profile of the interface 12 as detailed in connection with FIGS. 2 to 4.
La deuxième longueur d’ondeλ 2 est sélectionnée de manière à ce que la première couche et la deuxième couche soient transparentes à cette deuxième longueur d’onde et la troisième couche soit absorbante ou opaque à cette deuxième longueur d’onde. Ainsi, le rayonnement électro-magnétique 10 à la deuxième longueur d’ondeλ 2 créée une deuxième source thermique ponctuelle à l’interface 23 entre le deuxième milieu 29 et le troisième milieu 39. Le rayonnement électro-magnétique 10 à la deuxième longueur d’ondeλ 2 permet ainsi d’évaluer une épaisseure 2 et/ou une diffusivité thermique de la deuxième couche ou encore un profil de l’interface 23 entre le deuxième milieu 29 et le troisième milieu 39.The second wavelengthλ 2 is selected so that the first layer and the second layer are transparent at this second wavelength and the third layer is absorbent or opaque at this second wavelength. Thus, the electromagnetic radiation 10 at the second wavelengthλ 2 created a second point thermal source at the interface 23 between the second medium 29 and the third medium 39. The electromagnetic radiation 10 at the second wavelengthλ 2 thus makes it possible to evaluate a thicknesse 2 and/or a thermal diffusivity of the second layer or even a profile of the interface 23 between the second medium 29 and the third medium 39.
De manière analogue, la troisième longueur d’ondeλ 3 est sélectionnée de manière à ce que les première couche, deuxième couche et troisième couche soient transparentes à cette troisième longueur d’onde et le quatrième milieu 49 soit absorbant ou opaque à cette troisième longueur d’onde. Ainsi, le rayonnement électro-magnétique 10 à la troisième longueur d’ondeλ 3 créée une source thermique ponctuelle à l’interface 34 entre le troisième milieu 39 et le quatrième milieu 49. Le rayonnement électro-magnétique 10 à la troisième longueur d’ondeλ 3 permet ainsi d’évaluer une épaisseure 3 et/ou une diffusivité thermique de la troisième couche ou encore un profil de l’interface 34 entre le troisième milieu 39 et le quatrième milieu 49.Similarly, the third wavelengthλ 3 is selected so that the first layer, second layer and third layer are transparent at this third wavelength and the fourth medium 49 is absorbent or opaque at this third wavelength. Thus, electromagnetic radiation 10 at the third wavelengthλ 3 created a point thermal source at the interface 34 between the third medium 39 and the fourth medium 49. The electromagnetic radiation 10 at the third wavelengthλ 3 thus makes it possible to evaluate a thicknesse 3 and/or a thermal diffusivity of the third layer or even a profile of the interface 34 between the third medium 39 and the fourth medium 49.
On forme ainsi un microscope thermique sans contact qui permet d’évaluer les épaisseurs de différentes couches et/ou les propriétés thermo-optiques à l’intérieur d’un échantillon à l’échelle microscopique.A non-contact thermal microscope is thus formed which makes it possible to evaluate the thicknesses of different layers and/or the thermo-optical properties inside a sample on a microscopic scale.
Les figures 6 à 8 illustrent différents balayage de surface de l’échantillon et les mesures obtenues au moyen d’une caméra thermique. Les figures 6 à 8 représentent une image thermique de l’échantillon en fonction de la position X, Y des points de mesure. En niveau de gris sont représentés les niveaux d’élévation de température suite au balayage de faisceau. Dans ces exemples, on utilise le même échantillon, qui est ici constitué de quatre quadrants de mêmes dimensions dans des matériaux différents. Le rayonnement électro-magnétique incident est ici constitué d’impulsions laser à une longueur d’onde de 905 nm. Le quadrant supérieur gauche est constitué d’un matériau composite isotrope, le quadrant supérieur droit est constitué d’un matériau isolant thermique (de type PVC), le quadrant inférieur gauche est constitué de bois et le quadrant inférieur droit est constitué d’un matériau composite anisotrope ayant des fibres orientées selon l’axe Y.Figures 6 to 8 illustrate different surface scans of the sample and the measurements obtained using a thermal camera. Figures 6 to 8 represent a thermal image of the sample according to the X, Y position of the measurement points. In gray level are represented the levels of temperature rise following the beam scanning. In these examples, the same sample is used, which here consists of four quadrants of the same dimensions in different materials. The incident electromagnetic radiation here consists of laser pulses at a wavelength of 905 nm. The upper left quadrant is made of isotropic composite material, the upper right quadrant is made of thermal insulation material (PVC type), the lower left quadrant is made of wood, and the lower right quadrant is made of anisotropic composite having fibers oriented along the Y axis.
Plus précisément, sur la figure 6, on effectue un balayage ligne par ligne aussi appelé CVFS (pour Constant Velocity Flying Spot).More specifically, in FIG. 6, a line-by-line scan, also called CVFS (for Constant Velocity Flying Spot), is performed.
Sur la figure 7, on effectue un balayage suivant une grille de mesure prédéterminée de maille carrée en X et Y. Cette mesure est aussi appelée GPFS pour Grid Pulse Flying Spot.In FIG. 7, a scan is performed along a predetermined measurement grid of square mesh in X and Y. This measurement is also called GPFS for Grid Pulse Flying Spot.
Sur la figure 8, on effectue un balayage aléatoire en x et en Y. Ce balayage est aussi appelée RPFS pour Random Pulse Flying Spot.In FIG. 8, a random scan is performed in x and in Y. This scan is also called RPFS for Random Pulse Flying Spot.
Comme détaillé en lien avec les figures 2 à 5, pour chaque impact du laser, il est possible, par le biais d’une méthode inverse, d’estimer la profondeur du matériau absorbant connaissant les propriétés thermiques de la couche semi-transparente supérieure ou d’estimer les propriétés thermiques de la couche semi-transparente supérieure connaissant l’épaisseur jusqu’au matériau absorbant.As detailed in connection with Figures 2 to 5, for each laser impact, it is possible, by means of an inverse method, to estimate the depth of the absorbent material knowing the thermal properties of the upper semi-transparent layer or to estimate the thermal properties of the upper semi-transparent layer knowing the thickness up to the absorbent material.
Pour illustrer cette méthode d’inversion, une simulation est présentée sur les figures 9A à 9D. Dans cet exemple, l’échantillon est constitué d’une couche d’un premier milieu homogène ayant une épaisseur de 1 mm et d’un deuxième milieu isolant d’épaisseur semi-infinie. Une ouverture de forme carrée est formée à travers le premier milieu et s’étend dans le deuxième milieu jusqu’à une profondeur 1,5 mm au centre de l’échantillon. On suppose que le rayonnement électro-magnétique incident est entièrement absorbé à l’interface entre le premier milieu et le deuxième milieu.To illustrate this inversion method, a simulation is shown in Figures 9A-9D. In this example, the sample consists of a layer of a first homogeneous medium having a thickness of 1 mm and a second insulating medium of semi-infinite thickness. A square-shaped opening is formed through the first medium and extends into the second medium to a depth of 1.5 mm at the center of the sample. It is assumed that the incident electromagnetic radiation is entirely absorbed at the interface between the first medium and the second medium.
La figure 9A montre une représentation numérique en 2D de l’épaisseur de l’échantillon en projection dans un plan XY.Figure 9A shows a 2D digital representation of the sample thickness projected into an XY plane.
La figure 9B montre une simulation d’un champ de température de l’échantillon de la figure 9A, au cours d’un balayage de faisceau du rayonnement électro-magnétique de type CVFS suivant l’axe Y. On simule une série d’images en fonction du temps et au cours du balayage de toute la surface de l’échantillon par CVFS.FIG. 9B shows a simulation of a temperature field of the sample of FIG. 9A, during a beam scan of CVFS type electromagnetic radiation along the Y axis. A series of images is simulated as a function of time and during the scanning of the whole surface of the sample by CVFS.
On estime, à partir des images de thermographie infrarouge générées lors du balayage, l’amplitude de la source de rayonnement thermique en chaque point X, Y de l’échantillon. La figure 9C représente l’image de l’amplitude de la source de rayonnement thermique déduite des mesures de thermographie infrarouge.From the infrared thermography images generated during the scan, the amplitude of the thermal radiation source at each point X, Y of the sample is estimated. Figure 9C represents the image of the amplitude of the thermal radiation source deduced from the infrared thermography measurements.
On utilise une méthode d’inversion de type logarithme transitoire pour estimer, à partir de l’image 9C, l’épaisseur de l’échantillon en fonction des coordonnées X, Y.A transient logarithm type inversion method is used to estimate, from image 9C, the thickness of the sample as a function of the X, Y coordinates.
Le résultat obtenu sur la figure 9D correspond au modèle utilisé pour la simulation, avec une bonne résolution spatiale, comme on peut le constater sur les bords du carré central.The result obtained in FIG. 9D corresponds to the model used for the simulation, with good spatial resolution, as can be seen on the edges of the central square.
L’invention trouve une application dans la mesure sans contact d’un échantillon composite recouvert d’un revêtement de résine transparente à une longueur d’onde de 905 nm. La figure 10 montre des mesures de profil d’interface dans différents plans XZ, en particulier le plan X= 1,275, le plan X=2,5544 et le plan X = 3,8512 (en unités arbitraires), en fonction d’un balayage le long de l’axe Y obtenues selon la méthode de la présente divulgation. On observe nettement une variation d’épaisseur du revêtement de résine entre environ 1mm et 3 ou 3,5 mm. Cette méthode permet de détecter sans contact un défaut à l’interface entre deux matériaux.The invention finds an application in the non-contact measurement of a composite sample covered with a coating of transparent resin at a wavelength of 905 nm. Figure 10 shows interface profile measurements in different XZ planes, specifically the X=1.275 plane, the X=2.5544 plane, and the X=3.8512 plane (in arbitrary units), as a function of a scanning along the Y axis obtained according to the method of the present disclosure. There is clearly a variation in thickness of the resin coating between about 1 mm and 3 or 3.5 mm. This method makes it possible to detect, without contact, a defect at the interface between two materials.
La présente divulgation trouve des applications dans les domaines industriels pour le contrôle non destructif de pièces dans le secteur automobile, aéronautique ou spatial pour la détection de défauts ou d’anomalies. La présente divulgation trouve aussi des applications dans les domaines de la biologie et du médical.This disclosure finds applications in the industrial fields for the non-destructive testing of parts in the automotive, aeronautical or space sector for the detection of defects or anomalies. The present disclosure also finds applications in the fields of biology and medicine.
Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées à l’invention dans le cadre des revendications annexées.Of course, various other modifications may be made to the invention within the scope of the appended claims.
Claims (10)
Priority Applications (2)
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| FR2001297A FR3107118A1 (en) | 2020-02-10 | 2020-02-10 | Infrared thermography profilometry apparatus and method |
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Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR2001297 | 2020-02-10 | ||
| FR2001297A FR3107118A1 (en) | 2020-02-10 | 2020-02-10 | Infrared thermography profilometry apparatus and method |
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Family Applications (1)
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Citations (2)
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| EP0233120A2 (en) * | 1986-02-06 | 1987-08-19 | Universite De Reims Champagne Ardenne | Method and device for the measurement and analysis of the physical parameters of a layered material using thermal radiometry |
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-
2021
- 2021-02-10 WO PCT/EP2021/053201 patent/WO2021160665A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0233120A2 (en) * | 1986-02-06 | 1987-08-19 | Universite De Reims Champagne Ardenne | Method and device for the measurement and analysis of the physical parameters of a layered material using thermal radiometry |
| FR3061289A1 (en) * | 2016-12-23 | 2018-06-29 | Centre National De La Recherche Scientifique | INFRARED DETECTION DEVICE |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| DOSHVARPASSAND SIAVASH ET AL: "An overview of corrosion defect characterization using active infrared thermography", INFRARED PHYSICS AND TECHNOLOGY, vol. 96, 10 December 2018 (2018-12-10), pages 366 - 389, XP085577507, ISSN: 1350-4495, DOI: 10.1016/J.INFRARED.2018.12.006 * |
| GAVERINA L ET AL: "Constant Velocity Flying Spot for the estimation of in-plane thermal diffusivity on anisotropic materials", INTERNATIONAL JOURNAL OF THERMAL SCIENCES, EDITIONS ELSEVIER, PARIS, FR, vol. 145, 2 July 2019 (2019-07-02), XP085838481, ISSN: 1290-0729, [retrieved on 20190702], DOI: 10.1016/J.IJTHERMALSCI.2019.106000 * |
| J.C. KRAPEZ: "Résolution spatiale de la caméra thermique à source volante", INT. JOURNAL OF THERMAL SCIENCES, vol. 38, 1999, pages 769 - 779, XP000859811, DOI: 10.1016/S0035-3159(00)80139-7 |
| P. BISON ET AL.: "A thermographie technique for the simultaneous estimation of in-plane and in-depth thermal diffusivities of tbcs", SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY, vol. 205, 2011, pages 3128 - 3133, XP027586598 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021160665A1 (en) | 2021-08-19 |
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