WO2019179841A1 - Dispositif d'eclairage pour microscope - Google Patents

Dispositif d'eclairage pour microscope Download PDF

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WO2019179841A1
WO2019179841A1 PCT/EP2019/056236 EP2019056236W WO2019179841A1 WO 2019179841 A1 WO2019179841 A1 WO 2019179841A1 EP 2019056236 W EP2019056236 W EP 2019056236W WO 2019179841 A1 WO2019179841 A1 WO 2019179841A1
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WO
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sleeve
optical fiber
light
objective
fiber
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Application number
PCT/EP2019/056236
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Inventor
Mayeul DURAND DE GEVIGNEY
Jérôme PORQUE
Original Assignee
Unity Semiconductor
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Publication date
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    • G02B21/00—Microscopes
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    • G02B21/08—Condensers
    • G02B21/082—Condensers for incident illumination only
    • G02B21/084—Condensers for incident illumination only having annular illumination around the objective
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
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    • G02B21/08—Condensers
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    • G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
    • G02B21/367—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes providing an output produced by processing a plurality of individual source images, e.g. image tiling, montage, composite images, depth sectioning, image comparison

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device for a microscope objective. It also relates to a lighting system implementing this device.
  • the field of the invention is more particularly, but without limitation, that of the optical inspection of objects.
  • dark field illumination sources can be arranged around the microscope objective, or integrated with the objective itself. These sources must in particular be arranged so as to provide illumination of the object to be inspected at an angle with respect to the axis of the objective making it possible to collect the light scattered by the structure of the illuminated object but not the incident light or specular reflection on the object.
  • the known dark-field illumination devices are bulky and require a specifically adapted microscope architecture. In particular, they can not be used with standard microscope, and / or integrated into microscopy systems not intended for. In addition, the known devices do not offer enough flexibility to obtain illumination according to several azimuthal angles or different directions without significant modification of the illumination pattern.
  • An object of the present invention is to provide a lighting device for an imaging system with an objective to overcome these disadvantages.
  • An object of the present invention is to provide a dark field illumination device allowing illumination of the object to be inspected both uniformly in field and angle, offering wide angles of incidence.
  • the lighting shall be adapted to the characteristics of the structures or defects to be inspected.
  • Another object of the present invention is to provide a lighting device for covering azimuthal angles or various directions without changing the illumination pattern near the objective or the object to be inspected.
  • Another object of the present invention is to provide a lighting device adapting to different types of existing microscope objectives.
  • Another object of the present invention is to provide a compact and lightweight lighting device around the microscope objective.
  • a lighting device for an imaging system with an imaging objective comprising:
  • a sleeve configured to be positioned around said imaging lens
  • At least one optical fiber integral with said sleeve and arranged to guide a light coming from at least one light source, and a direction means configured to orient a light beam emitted by said at least one optical fiber so as to illuminate an observation field of said imaging system at an angle with respect to the optical axis of said lens greater than the opening digital imaging system.
  • the lighting device according to the invention can in particular be implemented with an imaging objective in the form of a microscope objective to achieve a dark field illumination.
  • the illumination device according to the invention may comprise a sleeve of substantially or substantially cylindrical shape, with an inner diameter corresponding approximately to the outside diameter of an imaging or microscope objective, so that it can be slidably positioned or tight around the lens. It can thus be fixed or attached to the lens by clamping or by any other means such as screws.
  • the lighting device according to the invention may also comprise fixing means for attaching it to a mechanical element other than the objective.
  • a sleeve according to the invention may comprise any extension piece or any mechanical assembly able to position itself around an objective.
  • the sleeve of the device may be adapted to be attached to, or positioned around, one or more existing microscope objectives. Imaging systems in the form of existing microscopes can thus easily be modified to create dark field detection systems. More precisely, the same sleeve can be adapted to several objectives whose diameters, magnifications and working distances are different.
  • the lighting device according to the invention can also be implemented with interferometric objectives, such as for example Mirau lenses.
  • the sleeve may comprise a wall or part with openings or guides ("V-grooves") for positioning the optical fiber or fibers integrally from the wall of said sleeve.
  • the optical fiber or fibers may be arranged, at the sleeve, in a direction parallel or substantially parallel to an extension direction of said sleeve, which direction of extension being intended to be parallel or substantially parallel to the optical axis of the sleeve. an imaging lens around which the sleeve is positioned.
  • the optical fiber or fibers may be arranged, at the sleeve, in one or more directions lying respectively in the same plane as the direction of extension of said sleeve.
  • the steering means are also integral with the sleeve, so as to constitute with the optical fiber or fibers a mechanically stable assembly.
  • Arranging the optical fibers in or integrally with the sleeve wall minimizes the size and weight of the device.
  • the thickness of the wall is adapted to both the size of the fibers and the requirement of mechanical stability of the sleeve. The weight and bulk of the lens itself on which the device is used are therefore not significantly altered.
  • the wall of the sleeve has a thickness of between about 2 and 4 mm for an objective of about 30 to 35 mm in diameter.
  • the light source and other optical components are placed away from the lens so as not to clutter the area around the lens. This is particularly important when the device is used with multiple lenses placed close to each other. It is thus also possible to avoid heating up the environment of the objective on which the device is fixed, since this heating may indeed cause a variation of the refractive index of the air, which can lead to a degradation of the resolution of the optical imaging system or microscope.
  • the objective on which the device is attached can also be used for light field microscopy measurements (with illumination of the field of view through the lens) without dark field lighting being changed or removed.
  • the device may comprise a plurality of optical fibers arranged around the perimeter of the sleeve, for example in a regular manner.
  • the optical fibers can be grouped into a plurality of groups of optical fibers, the groups being able to be arranged for example in a regular manner around the perimeter of the sleeve.
  • optical fibers in the sleeve make it possible both to control the uniformity of the illumination and to select azimuthal angles or illumination directions in the field of view of the imaging system or the microscope.
  • the azimuthal angle of illumination corresponds to the direction or orientation of the illumination beam in the plane of the field of view.
  • the steering means comprises a mirror, for example for each optical fiber.
  • the mirror is then placed at the output of the optical fiber in order to direct the light beam emitted by the latter in the desired direction.
  • the steering means comprises a guide element arranged to curve the end of the at least one optical fiber, so as to direct the light beam emitted by the latter in the desired direction, or according to the desired lighting axis.
  • This guide element may in particular comprise a mechanical guide part integral with, or part of, a wall of the sleeve.
  • the steering means is produced by a treatment, such as polishing or cleavage, of the end of the optical fiber in order to direct the light beam emitted by the latter at an angle. determined by the angle of the exit face relative to the longitudinal axis of the fiber.
  • the device according to the invention may comprise a lens arranged facing or at the exit of the at least one optical fiber.
  • the lens makes it possible to control the opening angle of the beam emitted by the fiber and thus to modify the size of the illuminated area on the object to be inspected.
  • the lens may be configured to collimate the light beam emitted by the optical fiber, or to focus it.
  • the lens can be made by polishing the output end of the optical fiber itself.
  • the at least one optical fiber is a multimode fiber.
  • a multimode fiber has the advantage of being able to deliver a beam of greater uniformity, compared to a monomode fiber. It also has a wider acceptance angle that allows for more efficient light coupling with a wider variety of source types.
  • the lighting device according to the invention may further comprise translation means configured to move the sleeve relative to an imaging objective (around which it is positioned), in a direction parallel to the optical axis of said objective.
  • These translation means may comprise sliding means of the sleeve along the objective, and / or a translational system integral with another element than the objective.
  • the lighting device may further comprise fastener means adapted to fix the sleeve on an imaging lens.
  • These fastening means may allow to fix the sleeve in one or more positions along the axis of revolution or the optical axis of the lens. They may comprise, for example, clamping screws.
  • the relative displacement of the sleeve with respect to the objective makes it possible in particular to modify the width of the illuminated zone in the field of view, to modify the angle of incidence of the light beams thereon, and more generally to adapt lighting at the working distance of the lens.
  • the device according to the invention may furthermore comprise at least one light source configured to emit at least one light beam, and injection control means for injecting said at least one light beam into said light beam. less an optical fiber.
  • the injection control means may comprise at least one fiber coupler for injecting a light beam emitted by a light source into at least two optical fibers.
  • the injection control means may comprise at least one switch configured to inject a light beam in at least two different optical fibers sequentially.
  • the use of a switch makes it possible in particular to illuminate the object to be inspected sequentially according to different azimuthal angles, and / or in different directions. The accuracy of detection of defects or structures on the object can thus be improved.
  • system according to the invention may further comprise means for modifying the numerical aperture of the light emitted by said at least one optical fiber.
  • These means for modifying the numerical aperture may be arranged between the at least one light source and an input (or an end to the opposite of the end to the field of view) of the at least one optical fiber.
  • the modification of the numerical aperture of the light emitted by the fibers makes it possible in particular to vary the width and the luminance of the illuminated zone on the object to be inspected without having to modify the position of the sleeve and / or the objective relative to to the field of view or the object inspected.
  • the means for modifying the numerical aperture may comprise a lens system (which may include one or more lenses).
  • the means for modifying the numerical aperture may also comprise a fiber component with a gradual variation of the light guide section diameter along the propagation axis.
  • This component may comprise a single fiber elongate or stretched (called “fiber taper” in English) or a bundle of several fibers elongated or stretched (“tapered fiber bundle” in English).
  • the numerical aperture of the light beam injected at the input of a multimode optical fiber (in the limit of a maximum numerical aperture) is kept at the output of this fiber as long as there is no excessive stress constraints generating micro-curvatures.
  • the means for modifying the numerical aperture of the light emitted by said at least one optical fiber are placed towards the entrance of the at least one optical fiber, and thus away from the objective microscope, thereby allowing flexibility of fit without the clutter of additional elements near the lens.
  • the system according to the invention may comprise at least two light sources. These light sources can emit light beams having different polarizations and / or wavelengths.
  • sources emitting wavelengths for which the object to be inspected appears opaque or transparent This allows in particular to observe different surfaces of the object, for example, the outer surfaces or an interface within the object.
  • an imaging system including an imaging lens, and a lighting device according to the invention for providing dark field illumination.
  • This imaging system can of course any other necessary element, such as a camera. It may in particular be in the form of a microscope.
  • It may also comprise a plurality of microscope objectives, for example mounted on a rotating or linear turret.
  • one or more objectives may be provided with a lighting device according to the invention.
  • a lighting device according to the invention may also be adapted to be mounted on one or more objectives, manually or by means of mechanical automation.
  • the microscope objective on which the sleeve of the lighting system is fixed may be replaced by another microscope objective without it being necessary to modify the configuration of the sleeve with respect to the object to be inspected (except possibly by adjusting a working distance) and to modify the lighting conditions of the optical fibers (numerical aperture, angle of incidence, etc.).
  • Figure 1 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of a device according to the invention, set up on two different types of microscope objective;
  • Figure 2A illustrates a sectional view of a device according to the invention;
  • Figure 2B shows a detail of Figure 2A
  • Figure 3 shows a detail of a device according to one embodiment of the invention
  • Figure 4 shows a detail of a device according to another embodiment
  • FIGS. 5A-5D schematically show embodiments of a system according to the invention.
  • Figures 6A and 6B schematically illustrate means for controlling the numerical aperture at the output of the fibers.
  • the embodiments presented illustrate, without loss of generality, implementations of the lighting device according to the invention in a microscope-type imaging system, provided with an imaging objective of microscope objective type.
  • a microscope-type imaging system provided with an imaging objective of microscope objective type.
  • Such a device makes it possible, for example, to make an image of an object to be inspected according to a field of observation on an imaging sensor (for example of the camera or CCD sensor type).
  • the terms “lower” and “upper” are used to designate the location of elements when the device according to the invention is used with a microscope, that is to say, fixed on a objective, without being limiting.
  • the term “inferior” may refer to the end of the (microscope) objective opposite the field of view.
  • an object to be inspected or observed may be in particular any substrate or wafer intended to be used in the field of electronics, optics or optoelectronics.
  • FIG. 1 schematically illustrates an example of a lighting device 1 according to one embodiment of the invention.
  • the lighting device 1 is illustrated mounted on a microscope objective 2.
  • the device 1 comprises a cylindrical element in the form of a sleeve 10.
  • the sleeve 10 can be attached to the objective 2 in various known ways, for example by means of a screw or a clamp (not shown).
  • the inside diameter of the cylindrical sleeve 10 is adapted so that the sleeve 10 can be attached to several types of lenses.
  • the same sleeve can be attached to lenses 32 to 34 mm in diameter.
  • the cylindrical sleeve 10 comprises at least one or in the illustrated embodiment a plurality of optical fibers 14. Each optical fiber 14 is arranged in the wall of the sleeve 10 parallel to the axis of revolution of the sleeve 10.
  • Each optical fiber 14 is configured to guide light in order to illuminate a substrate 3 to be inspected at an angle with respect to the axis of the sleeve 10, so as to obtain a dark-field illumination of the substrate 3.
  • the beam of The illumination is indicated by reference 16 in FIG. 1.
  • the specular reflection on the substrate 3 due to the illumination beam 16 is indicated by the reference 18.
  • Figure 2A shows a sectional view of the cylindrical sleeve 10 in the plane perpendicular to its axis
  • Figure 2B shows a detail of Figure 2A.
  • the sleeve 10 consists of an inner ring 11 and an outer ring 12.
  • the outer diameter of the inner ring 11 corresponds substantially to the inside diameter of the outer ring 12.
  • the inner ring 11 has V-shaped grooves 13 arranged along the axis and over the entire length of the sleeve 10.
  • the grooves 13 serve to receive optical fibers 14.
  • the optical fibers 14 are held in the grooves when the inner ring 11 and the outer ring 12 are assembled together.
  • the grooves 13 may have other shapes adapted to hold the optical fibers 14, such as a U-shaped for example.
  • the cylindrical sleeve 10 is made in one piece.
  • channels in the wall of the sleeve can receive the optical fibers, possibly inserted and glued at their end in a ferrule.
  • the insertion of the ferrules into channels of suitable diameter ensures a precise and easy positioning of the optical fibers 14.
  • the channels may extend only towards the lower end of the sleeve 10 facing the field of view for maintain the end of the optical fibers 14 in the ferrules, and lead into wider openings or recesses in the wall of the sleeve towards its upper end allowing easy passage of the optical fibers.
  • the device 1 comprises 64 optical fibers 14 distributed homogeneously over the entire perimeter of the sleeve 10.
  • the device according to the invention may comprise a single fiber optical, or between two and about a hundred optical fibers. The number of fibers depends in particular on the illumination configurations that one wishes to achieve.
  • the optical fibers 14 are preferably multimode fibers. Their diameter is, for example, of the order of 400 pm.
  • Figure 3 shows a detail view of the lower part of the device 1 according to the embodiment of Figure 1.
  • the inner ring 11 comprises a cover 15 on one of its ends.
  • the cache 15 has, for example, a ring shape.
  • the cover 15 is an integral part of the inner ring 11.
  • the cover 15 may alternatively be fixed on the inner ring 11 by known means.
  • the cover 15 makes it possible to conceal the light coming from the optical fibers 14 and being reflected by the object inspected 3 in the field of observation of the microscope, to prevent this reflected light from returning inside the sleeve and being reflected by the inner wall thereof to form parasitic light sources.
  • only the light directly from the optical fibers 14 and diffused by defects or structures of the substrate is collected by the objective and thus detected by a detection system.
  • the outer ring 12 comprises a mirror 17 at its lower end.
  • the mirror 17 is arranged so that the light emitted by each optical fiber 14 is oriented by the mirror 17 at an angle with respect to the axis of the cylindrical sleeve 10 in order to illuminate in a dark field the substrate to be inspected which is found in the field of observation of the microscope, or more precisely in the cone of acceptance of the objective of the microscope.
  • the illumination angle is adjusted so that the specular reflections are outside the acceptance cone of the microscope objective.
  • the mirror 17 may have an annular shape. It can in particular be made in the form of a polished metal ring.
  • the mirror 17 may also comprise a plurality of plane mirror elements so that a mirror element is disposed in the axis of each optical fiber 14.
  • the optical fibers 14 disposed in the sleeve 10 each have a lower end (facing the mirror 17) without termination, polished or cleaved at right angles, and an upper end coupled to a light source, a coupler or other optical component, for example via connectors or splices.
  • Figure 4 shows a detail of another embodiment of the device according to the invention.
  • a lens 19 is arranged near the exit an optical fiber 14.
  • the lens 19 controls the opening angle of the light beam illuminating the substrate to be inspected.
  • the lens 19 may be configured to obtain a collimated or focused beam.
  • the end of the optical fiber can be maintained as previously by a groove (V-groove) or, as shown in Figure 4, inserted in a ferrule 40.
  • the lens 19 may be a micro-lens , or an index gradient lens (GRIN). In the latter case, it can also be integrated in ferrule 40.
  • GRIN index gradient lens
  • the output end of the optical fiber 14 can be processed directly, for example by polishing, to modify the characteristics of the beam emitted by the fiber 14. It can in particular be treated so as to form a lens at its end. , and / or polished at an angle to generate an illumination beam deviated from the axis of the fiber 14.
  • the invention also relates to a dark field illumination system for an imaging system with a microscope objective.
  • FIGS. 5A to 5D show diagrammatically exemplary embodiments of the lighting system 100.
  • the system 100 comprises the device described above and at least one light source 20 as well as means 21, 22 for controlling the injection of the beams into the beams.
  • the light source 20 is placed at a distance from the objective of the microscope.
  • the optical fibers 14 are coupled directly or indirectly, for example via couplers 21, to the light source 20.
  • the source 20 may be, for example, a light-emitting diode (LED) source, a thermal source or a laser.
  • the source 20 is preferably provided with an optical fiber connector. If the device according to the invention comprises several optical fibers 14, the light beam 23 coming out of the light source 20 can be divided into several beams
  • the coupler 21 can be made by a fiber optic component, an integrated optical circuit or a component optical volume. Each beam 24 emerging from the coupler 21 is injected into one of the optical fibers 14.
  • FIGS. 5A to 5D make it possible to obtain different illumination configurations.
  • the individual control of the illumination of each fiber 14 is achieved by means of different combinations of couplers 21 and / or switches 22.
  • FIGS. 5A to 5D only one of the bases 10a of the sleeve 10, corresponding to the face of The input of the optical fibers 14 is shown schematically.
  • Figure 5A illustrates an embodiment of the illumination system in which a light beam 24 is injected into each optical fiber 14 at the same time, the fibers 14 being evenly distributed in the wall of the sleeve around its perimeter. To do this, the light beam 23 emitted by the source 20 is divided into as many beams 24 as there are optical fibers 14 by a coupler 21. This embodiment thus allows a uniform and continuous illumination.
  • Figure 5B shows another embodiment of the lighting system.
  • a switch 22 is placed between the source 20 and two couplers 21a, 21b. Depending on the state of the switch 22, one or other of the couplers 21a, 21b receives the light from the source 20 sequentially.
  • the optical fibers 14 at the output of the couplers 21a, 21b are arranged in the sleeve 10 to provide illumination along two different azimuthal angles. According to variants, more than two couplers can be used to obtain more than two azimuthal illumination angles.
  • Figure 5C shows an embodiment for illuminating the substrate in different directions or azimuthal angles with a plurality of sources.
  • the illumination is performed sequentially.
  • the use of two light sources 20a, 20b or more also makes it possible to vary the characteristics of the light emitted.
  • the sources 20a, 20b may, for example, emit light beams 23a, 23b of different wavelengths from one another. It is thus possible to choose a wavelength for which the substrate to be inspected is transparent in order to be able to penetrate the substrate, and another wavelength for which the substrate is opaque.
  • the light from both sources may also have different polarization states.
  • more than two light sources can be used.
  • FIGS. 5B and 5A may be combined with the configuration of FIG. 5C in order to be able to connect a fiber to a plurality of sequentially switchable sources. This makes it possible to modify the lighting conditions (such as, for example, the wavelength) emanating from a fiber.
  • two light sources 20a, 20b are each associated with a coupler 21a, 21b.
  • the couplers 21a, 21b each have an input channel and several output channels.
  • the optical fibers 14 of the lighting device are grouped into four groups 14 'of three fibers respectively.
  • the groups 14 ' are arranged in a regular manner around the perimeter of the sleeve. This arrangement allows illumination of the substrate at preferred azimuthal angles.
  • the use of two light sources 20a, 20b makes it possible to have light beams 23a, 23b having different characteristics.
  • other fiber groups 14 are also possible.
  • the azimuthal angle or direction of illumination it is also important to be able to control the uniformity and luminance of the illumination over a given area of the substrate to be inspected.
  • the size of the illuminated area can be adjusted by the position of the sleeve, and thus the optical fibers, relative to the substrate.
  • Figures 6A and 6B schematically illustrate means for controlling and adjusting the numerical aperture of the light beams at the output of the fibers.
  • Fig. 6A is shown an optical fiber 14 with a digital aperture converter 30 placed between the light source and the input 14a of the optical fiber 14 to control the injection conditions. light in the fiber.
  • the converter 30 is configured to change the numerical aperture NA in an input beam to obtain a numerical aperture NA 0 different for the output beam.
  • the input beam comes from the light source.
  • the digital aperture converter 30 may be embodied, for example, by lenses or fiber components such as multimode fiber combiners with gradual changes of the guides along the axis of propagation.
  • the output beam of the converter is injected into the optical fiber 14 and has a numerical aperture NA 0UT .
  • the numerical aperture NA 0Ut is kept at the output 14b of the fiber 14.
  • FIG. 6B shows an example of a fiber component for making a digital aperture converter.
  • the converter 30 is made by a fiber coupler.
  • a fiber coupler consists of a bundle of optical fibers on one side which are fused into a single optical fiber on the other side ("tapered fiber bundle").
  • the fused portion 31 has a tapered shape ("tap") defining a stretch ratio d out / d in between the output diameter d or t and the input diameter d m .
  • the coupler 31 may be connected to a light source at the input 31a (single fiber side) and to the optical fibers 14 of the beam side lighting device 31b.
  • the stretch ratio of the fiber coupler 31 defines a ratio between the input numerical aperture NA in and the numerical aperture NA 0Ut of output:
  • the digital aperture conversion is performed away from the microscope objective, thus allowing for adjustment flexibility without the clutter of additional elements.
  • the optical fiber will emit to the inspected substrate a digital aperture beam NA or controlled by the numerical aperture of the source and / or digital aperture converter.

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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.
Etat 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 microscope 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 - 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. Le manchon peut comprendre une paroi ou une partie avec des ouvertures ou des guides (« V-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 réchauffement de l'environnement de l'objectif sur lequel est fixé le dispositif, réchauffement 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 une 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 déterminé 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. Le 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 l'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 apparaît opaque ou transparent. Ceci permet notamment d'observer différentes surfaces de l'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.
II 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 ; la 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 type 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. La 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. La 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 d'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 (GRIN). 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 23 sortant de la source lumineuse 20 peut être divisé en plusieurs faisceaux
24 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 optique 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 substrat 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 de 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 NA0Ut 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 NA0Ut. L'ouverture numérique NA0Ut 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 bundle »). La partie fusionnée 31 a une forme conique (« taper ») définissant un rapport d'étirement d0ut/din entre le diamètre de sortie dou t et le diamètre d'entrée dm. 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 NA0Ut de sortie :
N A0ut = dm/d0ut NAn·
Cette relation peut être appliqué au cas particulier d'une fibre optique unique étirée (« fiber taper ») avec un cœur de guide de diamètre dm en début d'étirement et dou t 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. Bien 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

REVENDICATIONS
1. 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 revendication
7. 5, caractérisé en ce que la lentille est réalisée par polissage de l'extrémité de sortie de la fibre optique (14).
8. Dispositif (1, 100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins une fibre optique (14) est une fibre multimode.
9. 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).
10. 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.
11. 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).
12. 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).
13. 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.
14. 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).
15. 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).
16. 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.
17. Dispositif (1, 100) selon l'une des revendications à, 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.
18. 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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