Microscope interférométrique

Eléments de base
L'appareil est construit autour d'une base de microscope optique métallurgique droit (on observe les échantillons en lumière réfléchie).
Cette base doit disposer au minimum :
? d'un éclairage uniforme en lumière blanche ;
? d'une sortie caméra ;
? une motorisation autorisant des mouvements en x, y, autour de z.
Pour exploiter l'interférométrie par balayage en lumière blanche, il est nécessaire de compléter cet équipement de la façon suivante :
? un ou plusieurs objectifs interférométriques (schéma) ;
? un système de translation (moteur) précis et rapide de l'objectif ou de l'échantillon selon la direction z ;
? une caméra avec un taux d'images élevé (> 20 images/s) ;
? un ordinateur et un logiciel d'acquisition et de traitement des données.
Les objectifs
Pour permettre la caractérisation de la topographie, il est indispendable d'utiliser des objectifs interférométriques. Suivant les besoins, le grossissement de ces objectifs peut être adapté dans les plages suivantes:
- Fig. 7b x2.5 et x5,
- Fig. 7a: x10, x20, x50 et x100
Le moteur
Afin d'obtenir une résolution et une vitesse d'acquisition élevées, le déplacement en z est assuré par un moteur piézoélectrique qui permet des déplacements d'une résolution de l'ordre du nm à une fréquence de plusieurs centaines de hertz. L'inconvénient de ces systèmes est leur dynamique limitée à quelques centaines de µm.
Les logiciels
L'acquisition et le traitement des données sont réalisée sous environnement Java (acquisition et traitement) et C++ (acquisition ). Ces logiciels sont développés respectivement par le National Institute of Health ( ImageJ ) et le laboratoire Vale de l'Université de Californie de San Francisco (Micro-Manager) ainsi que par toute la communauté scientifique qui les utilise : comme il s'agit de freewares, les codes sont accessibles et il est possible de les modifier et d'ajouter des plugins pour des usages spécifiques. C'est précisément ce que nous avons fait. Une description détaillée de ces logiciels peut être consultée sur les sites web correspondants :
Performances de l'appareil
Caractéristiques des mesures
Les tableau II indique les performances atteintes en terme de résolution latérale et de taille du champ d'investigation suivant le dispositif optique mis en place.
Résolution latérale (µm)
Champ analysé
(µm²)
Taille du pixel
(µm)
Zoom x0.5 Zoom x1 Zoom x0.5 Zoom x1
Objectif x2.5
3.73
5120x3840
2560x1920
8
4
Objectif x5
2.15
2560x1920
1280x960
4
2
Objectif x10
0.93
1280x960
640x480
2
1
Objectif x20
0.70
640x480
320x240
1
0.5
Objectif x50
0.51
256x192
128x96
0.4
0.2
Objectif x100
0.40
128x96
64x48
0.2
0.1
Tableau: Caractéristiques des images en fonction du dispositif optique.
Vitesse d'exécution
Vitesse d'acquisition
La vitesse d'acquisition des données (= série d'images) est de l'ordre de 25 à 50 images/s au format VGA (640x480 pixels). Elle est principalement limitée par la fréquence du moteur piézoélectrique.
Vitesse de traitement
Elle est comprise entre 30 et 100 images par seconde (avec un PC standard bas de gamme) selon l'algorithme utilisé qui dépend du type de surface à analyser.
Au total, la vitesse d'exécution est au minimum d'environ 15 images/s soit une vitesse de balayage de 1 µm/s en mode haute résolution (pas 65 nm) ou 3 µm/s en faible résolution (pas 200 nm). Elle peut atteindre au maximum environ 30 images/s soit 2 µm/s en haute résolution et 6 µm/s en faible résolution.