Brevet FR3135793A1 — publié le 20231124

La présente invention concerne un objectif (3) pour un système (1) confocal de mesure interférométrique spectrale comprenant : - un trou source (14) ; - un deuxième diviseur de faisceau (12) présentant une face partiellement réfléchissante (12a), - un premier diviseur de faisceau (10) présentant une face configurée pour former une surface de référence (6) et se trouvant entre le trou source (14) et le deuxième diviseur de faisceau (12) ; et - des lentilles (11, 13). Le premier et le deuxième diviseur de faisceau sont positionnés dans l’objectif (3) de sorte qu’une distance optique (d ref ) entre la surface de référence (10a) et la surface partiellement réfléchissante (12a) est sensiblement égale à une distance optique (d m ) entre la surface partiellement réfléchissante (12a) et un plan focal de l’objectif (3). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Sonde interférométrique à faible encombrement DOMAINE DE L'INVENTION L’invention concerne de manière générale le domaine de l’inspection et du contrôle optique d’une pièce, et plus précisément la mesure d’une hauteur d’une surface d’un échantillon ou de son une épaisseur à l’aide d’un dispositif optique. ETAT DE LA TECHNIQUE Il existe à ce jour des dispositifs de mesure du type comparateurs optiques comprenant un capteur optique permettant de mesurer ponctuellement et sans contact la topographie (hauteur/distance) d’une surface d’un échantillon et/ou son épaisseur. Afin de réaliser des mesures d’une précision nanométrique (inférieure à 10 nm), il est notamment possible d’utiliser une sonde de mesure interférométrique spectral. Pour cela, une lumière blanche est focalisée par un objectif puis séparée en deux faisceaux par une lame semi réfléchissante. L’un de ces faisceaux est réfléchi par l’échantillon que l’on souhaite caractériser ; l’autre des faisceaux est réfléchi sur une surface de référence placée dans la sonde de mesure. Les deux faisceaux se recombinent ensuite avant d’être transmis à une unité de traitement comprenant un système d’analyse spectrale. Le système d’analyse spectrale génère alors un spectre cannelé comprenant des franges résultant de l’interférence des faisceaux recombinés et dont la fréquence dépend notamment de la différence de distance entre la surface de l’échantillon et la surface de référence. Ces sondes interférométriques permettent d’obtenir des mesures confocales très précises. Toutefois, leur encombrement est important, car elles imposent la présence d’une surface de référence à proximité de la sortie du faisceau lumineux, ce qui empêche leur utilisation lorsque la taille ou la forme de l’échantillon n’est pas adaptée. Par ailleurs, ces sondes ne peuvent pas être coudées afin d’effectuer des mesures radiales (dans un plan normal au plan focal image) sans augmenter drastiquement leur encombrement, car la distance de travail ne serait alors pas suffisante compte-tenu de l’ouverture numérique nécessaire pour ne pas perdre le signal en mesure confocale. Un but de la présente demande est de remédier aux inconvénients précités en proposant une sonde de mesure dont la précision peut atteindre quelques nanomètres et dont l’encombrement, notamment au niveau de l’objectif, soit plus faible que dans les sondes de mesure interférométriques conventionnelles. Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention un objectif pour un système confocal de mesure interférométrique spectrale comprenant : - un trou source ; - un premier diviseur de faisceau présentant une face configurée pour former une surface de référence ; - un deuxième diviseur de faisceau présentant une face partiellement réfléchissante, le deuxième diviseur de faisceau étant positionné en aval du premier diviseur de faisceau de sorte que le premier diviseur de faisceau se trouve entre le trou source et le deuxième diviseur de faisceau ; et - des lentilles. Le premier diviseur de faisceau, le deuxième diviseur de faisceau et les lentilles sont coaxiaux de sorte que les axes optiques du premier diviseur de faisceau, du deuxième diviseur de faisceau et des lentilles sont confondus. De plus, le premier diviseur de faisceau et le deuxième diviseur de faisceau sont positionnés dans l’objectif de sorte qu’une distance optique entre la surface de référence et la surface partiellement réfléchissante est sensiblement égale à une distance optique entre la surface partiellement réfléchissante et un plan focal de l’objectif. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’objectif selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - les lentilles comprennent une première lentille positionnée entre le premier diviseur de faisceau et le deuxième diviseur de faisceau et une deuxième lentille positionnée en aval du deuxième diviseur de faisceau, une distance optique entre la première lentille et le deuxième diviseur de faisceau étant égale à une distance optique entre le deuxième diviseur de faisceau et la deuxième lentille ; - des caractéristiques optiques de la première lentille et de la deuxième lentille sont identiques, en particulier leur distance focale ; - l’objectif comprend en outre un miroir monté en aval du premier diviseur de faisceau, du deuxième diviseur de faisceau et des lentilles, le miroir étant incliné par rapport à l’axe optique des lentilles afin de couder un faisceau lumineux qu’il reçoit des lentilles ; - le premier diviseur de faisceau comprend l’un au moins des éléments suivants : un ensemble formé d’une lentille et d’une lame partiellement-réfléchissante ; une lentille dont une face est dépourvue de traitement antireflet ; une lentille sur laquelle est rapporté et fixé un miroir dont une surface est inférieure à une surface de la lentille ; et/ou - le trou source forme en outre un trou de filtrage de l’objectif. Selon un deuxième aspect, l’invention propose un système confocal de mesure interférométrique spectrale comprenant une source lumineuse et un objectif selon le premier aspect, dans lequel l’objectif la source lumineuse et raccordée au trou source, par exemple à l’aide d’une fibre optique. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du système confocal de mesure interférométrique spectrale selon le deuxième aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - la source lumineuse est polychromatique ; et/ou - le système comprend en outre une unité de traitement raccordée à l’objectif ; le cas échéant, l’unité de traitement comprend un spectrographe raccordé à l’objectif par l’intermédiaire d’une fibre optique. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La illustre schématiquement un exemple d’objectif de mesure interférométrique spectrale conforme à un mode de réalisation de l’invention sur lequel a été représenté le trajet du faisceau lumineux ; La illustre de manière très schématique un exemple de système de mesure interférométrique spectrale ; La illustre un graphe illustrant l’intensité d’un exemple de spectre cannelé en fonction de la longueur d’onde (en nm) pouvant être obtenu par un spectrographe d’un système de mesure interférométrique spectrale recevant des faisceaux recombinés qui interfèrent ; La illustre schématiquement un autre exemple d’objectif de mesure interférométrique spectrale conforme à un mode de réalisation de l’invention permettant de faire des mesures radiales ; et La illustre un exemple de réalisation d’un diviseur de faisceau pouvant être utilisé dans un objectif de mesure interférométrique spectrale conforme à un mode de réalisation de l’invention. Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. Objectif (3) pour un système (1) confocal de mesure interférométrique spectrale comprenant : - un trou source (14) ; - un premier diviseur de faisceau (10) présentant une face configurée pour former une surface de référence (6) ; - un deuxième diviseur de faisceau (12) présentant une face partiellement réfléchissante (12a), le deuxième diviseur de faisceau (12) étant positionné en aval du premier diviseur de faisceau (10) de sorte que le premier diviseur de faisceau (10) se trouve entre le trou source (14) et le deuxième diviseur de faisceau (12) ; et - des lentilles (11, 13) ; le premier diviseur de faisceau (10), le deuxième diviseur de faisceau (12) et les lentilles (11, 13) étant coaxiaux de sorte que les axes optiques (X) du premier diviseur de faisceau (10), du deuxième diviseur de faisceau (12) et des lentilles (11, 13) sont confondus ; et le premier diviseur de faisceau et le deuxième diviseur de faisceau étant positionnés dans l’objectif (3) de sorte qu’une distance optique (d ref ) entre la surface de référence (10a) et la surface partiellement réfléchissante (12a) est sensiblement égale à une distance optique (d m ) entre la surface partiellement réfléchissante (12a) et un plan focal de l’objectif (3). Objectif (3) selon la revendication 1, dans lequel les lentilles (11) comprennent une première lentille (11) positionnée entre le premier diviseur de faisceau (10) et le deuxième diviseur de faisceau (12) et une deuxième lentille (13) positionnée en aval du deuxième diviseur de faisceau (12), une distance optique (d 1 ) entre la première lentille (11) et le deuxième diviseur de faisceau (12) étant égale à une distance optique (d 2 ) entre le deuxième diviseur de faisceau (12) et la deuxième lentille (13). Objectif (3) selon la revendication 2, dans lequel des caractéristiques optiques de la première lentille (11) et de la deuxième lentille (13) sont identiques, en particulier leur distance focale. Objectif (3) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant en outre un miroir (16) monté en aval du premier diviseur de faisceau (10), du deuxième diviseur de faisceau (12) et des lentilles (11, 13), le miroir (16) étant incliné par rapport à l’axe optique (X) des lentilles (11, 13) afin de couder un faisceau lumineux qu’il reçoit des lentilles (11, 13). Objectif (3) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le premier diviseur de faisceau (10) comprend l’un au moins des éléments suivants : un ensemble formé d’une lentille (10a) et d’une lame partiellement-réfléchissante (10b) ; une lentille (10a) dont une face (10b) est dépourvue de traitement antireflet ; une lentille (10c) sur laquelle est rapporté et fixé un miroir (10d) dont une surface est inférieure à une surface de la lentille (10c). Objectif (3) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le trou source (14) forme en outre un trou de filtrage de l’objectif (3). Système confocal (1) de mesure interférométrique spectrale comprenant une source lumineuse (2) et un objectif (3) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la source lumineuse (2) et raccordée au trou source (14), par exemple à l’aide d’une fibre optique. Système (1) selon la revendication 7, dans laquelle la source lumineuse (2) est polychromatique. Système (1) selon l’une des revendications 7 et 8 comprenant en outre une unité de traitement (5) raccordée à l’objectif (3). Système (1) selon la revendication 9, dans lequel l’unité de traitement (5) comprend un spectrographe (7) raccordé à l’objectif (3) par l’intermédiaire d’une fibre optique (F).