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WO2012045986A1 - Microscope optique en champ proche - Google Patents

Microscope optique en champ proche Download PDF

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WO2012045986A1
WO2012045986A1 PCT/FR2011/052348 FR2011052348W WO2012045986A1 WO 2012045986 A1 WO2012045986 A1 WO 2012045986A1 FR 2011052348 W FR2011052348 W FR 2011052348W WO 2012045986 A1 WO2012045986 A1 WO 2012045986A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sample
probe
observed
optical
microscope according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2011/052348
Other languages
English (en)
Inventor
Benoit Cluzel
Jean Dellinger
Frédérique De Fornel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bourgogne
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bourgogne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Bourgogne filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of WO2012045986A1 publication Critical patent/WO2012045986A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
    • G01Q60/22—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/02—Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
    • G01Q30/025—Optical microscopes coupled with SPM
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0605—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors
    • G02B17/061—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/06—Means for illuminating specimens

Definitions

  • the present invention relates to a near-field optical microscope and a method of visualizing elements of a portion of the surface of a sample using a microscope according to the invention.
  • this fundamental limitation is due to the fact that the detection and measurement of the electromagnetic field are made at a distance of the order of several wavelengths of said object.
  • the first region located at a distance greater than several times the wavelength of the illumination light is said far field zone.
  • the second region that is confined to the vicinity of the surface of the object is called the near field zone.
  • the electromagnetic field that can be measured in the near-field area is formed in part by waves say evanescent. These evanescent waves generally appear as solutions of the Maxwell equations in a nanostructured medium, such as the surface to be observed of a sample.
  • These evanescent waves are generated for example by the diffraction of a plane wave by a nanostructured surface or by a dipolar light source.
  • the collection of the only far field emitted by the object or the source does not make it possible to obtain information on the details of which one of the dimensions is smaller than the wavelength of the electromagnetic wave of illumination or of 'program. During the propagation of the electromagnetic wave, the information on the spatial high frequencies of the object is thus lost.
  • a near-field optical microscope is a device capable of detecting the non-radiative components of the electromagnetic field present in the vicinity of a surface, ie at a distance from the surface less than half the wavelength of the incident electromagnetic wave.
  • the detection of non-radiative evanescent waves can not be carried out by a conventional detector because they are confined to the near vicinity of the surface.
  • these evanescent waves must be transformed into propagating waves.
  • This transformation can be achieved by a small object of which at least one of the dimensions is smaller than the half-wavelength of the incident wave, in the near field of the sample to be observed.
  • the presence of this small object transforms a part of the evanescent waves into propagating waves then collected in the far field. This can occur either by the disturbance induced by diffraction by a nanoprobe or by the fluorescence of a nanoparticle for example.
  • the probe of current microscopes is generally composed of a stretched optical fiber whose end measures from ten to a hundred nanometers, fixed on a piezoelectric ceramic which controls its movements with a precision of one nanometer.
  • the optical fiber tip serves as a disrupter of the evanescent wave, which it partly converts into a radiative wave.
  • the image thus obtained is called an optical image.
  • the size of the end of the fiber partly determines the resolution of the microscope.
  • a control system based on contact forces (used in another way for 1 X AFM) keeps the tip at a constant distance from the sample. Thus the tip can follow the relief of the surface.
  • the recording of this regulation signal simultaneously with the acquisition of the optical signal makes it possible to obtain a topographic cartography of the component, and to decorrelate the optical image of the relief of the component.
  • the inventors have already put at least one optical microscope in the near field to achieve this approach and positioning of the optical fiber accurately.
  • FIG. 1 A schematic diagram of this microscope is shown in FIG. 1
  • the microscope shown schematically in Figure 1 comprises a sample holder 10 on which is disposed a sample 12, at least a portion of the surface 14 is to be observed.
  • the surface 14 of the sample 12 is illuminated by a laser beam 16 at a wavelength ⁇ .
  • a probe formed by an optical fiber 19 fixed on a support having specific properties itself mounted on a piezoelectric device 21 makes it possible to capture the evanescent waves coming from the sample 12 when it is illuminated by the laser beam 16.
  • a display device 20 is used.
  • the display device 20 comprises a CCD camera and a remote optical assembly.
  • the optical device is positioned at approximately 45 ° relative to the sample so as to visualize in real time the sample 12, the optical fiber and the reflection of the probe 19 on the surface 14 of the sample.
  • the device schematically represented in FIG. 1 makes it possible to approach the probe 19 in a very precise manner but has the disadvantage of being difficult to use and of having a large size.
  • An object of the present invention is to provide a novel near-field optical microscope that does not have the drawbacks of near field optical microscopes of the state of the art.
  • a sample holder intended to receive a sample of which at least a part of a surface is to be observed
  • a lighting device configured to illuminate the part of the surface to be observed of the sample
  • a probe mounted on a first device displacement configured so as to be able to position said probe at a distance less than or equal to the wavelength of the light used to illuminate the part of the surface to be observed of the sample, - a display device making it possible to visualize the part of the the surface to be observed of the sample, said display device comprising an optical objective composed of a concave mirror and a convex mirror whose optical axes coincide substantially, said objective being mounted on a second displacement device making it possible to move said objective with respect to the surface to be observed of the sample,
  • the optical microscope being remarkable in that the concave and convex mirrors are pierced at their respective centers, the optical axes of said mirrors substantially coincide with the longitudinal axis of the probe and the convex mirror is mounted on a third displacement device for moving said convex mirror with respect to the concave mirror.
  • the probe is directly integrated into the display device.
  • the optical axes of the mirrors being substantially aligned with the longitudinal axis of the probe, the size of the optical microscope according to the invention is reduced compared to the microscope of the prior art.
  • the third displacement device for moving the convex mirror relative to the concave mirror the use of the microscope according to the invention is easier and the size of said microscope is reduced.
  • a near-field optical microscope according to the invention may further comprise one or more the following optional features, considered individually or in any combination:
  • the third displacement device is controlled by a piezoelectric device
  • the probe is transparent, for example formed of an optical fiber or opaque, "aperturless probe" in English or still fluorescent,
  • the probe is formed of an optical fiber able to capture the evanescent waves emitted by the part of the surface to be observed of the sample when said part is illuminated,
  • the concave and convex mirrors are aspherical, for example the concave mirror is parabolic and the convex mirror hyperbolic,
  • the probe is disposed on a piezoelectric device
  • the first displacement device is controlled by a piezoelectric device
  • the second displacement device is controlled by a piezoelectric device, and / or
  • the invention also relates to a method of visualizing elements of which at least one dimension is smaller than one of the wavelengths of the light used to illuminate the part of the surface to be observed of the sample by means of a microscope according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a near field optical microscope prior
  • FIG. 2 is a schematic representation of a near-field optical microscope according to one embodiment of the invention.
  • the near-field optical microscope according to the invention shown in FIG. 2 comprises a sample holder 10, a probe 19 with its support and a display device 30.
  • the sample holder 10 is intended to receive a sample 12 of which at least a portion of a surface 14 is to be observed.
  • the probe 19 is mounted on a first displacement device 40 configured so as to be able to position said probe at a distance less than or equal to the half-wavelength of the light used to illuminate the part of the surface to be observed of the sample.
  • the first displacement device 40 is controlled by a piezoelectric device 42.
  • the piezoelectric device 42 allows a nanometric displacement of the probe 18.
  • the probe 19 is formed of an optical fiber capable of capturing the evanescent waves emitted by the portion of the surface to be observed of the sample when said portion is illuminated.
  • the probe 19 is disposed on a specific piezoelectric device 21.
  • the piezoelectric device 21 may be a dither tube.
  • the piezoelectric device 21 makes it possible to maintain the tip of the optical fiber 19 at a constant distance from the surface to be observed of the sample 14.
  • the piezoelectric device 21 is offset relative to the displacement device 40.
  • Fixing means 44 for example fixing rods, make it possible to secure the displacement device 40 and the piezoelectric device 21 supporting the optical fiber 19.
  • the display device 30 makes it possible to visualize the part of the surface to be observed of the sample 12.
  • the display device comprises an optical objective composed of a concave mirror 32 and a convex mirror 34.
  • the two mirrors 32 and 34 are arranged so that their optical axes coincide substantially and substantially coincide with the longitudinal axis of the probe.
  • the concave 32 and convex mirrors 34 are drilled at their respective centers.
  • the optical objective 30 is mounted on a second displacement device 36 for moving said objective relative to the surface to be observed of the sample.
  • the optical objective 30 can be moved independently of the probe 18.
  • the second displacement device 36 is controlled by a piezoelectric device allowing amplitudes of displacement of the order of the nanometer.
  • the convex mirror 34 is mounted on a third displacement device 38 for moving said convex mirror 34 relative to the concave mirror 32.
  • the third displacement device 38 makes it possible to focus with the optical objective on the surface of the sample 14.
  • the third displacement device 38 is controlled by a piezoelectric device.
  • the concave and convex mirrors may have substantially aspheric shapes.
  • the concave mirror has a substantially parabolic shape and the convex mirror has a substantially hyperbolic shape.
  • the display device is a Cassegrain lens whose mirrors are drilled in their center.
  • a Cassegrain lens makes it possible to reduce the size of the microscope according to the invention and to be achromatic.
  • the display device and the lighting device may be merged.
  • the Cassegrain objective can be used in a so-called approach mode for visualizing the respective positions of the sample 12 and of the optical fiber 19.
  • the Cassegrain lens can also be used in a lighting mode in which the lens is used to illuminate the sample 12.
  • the Cassegrain lens can also be used in a so-called collection in which the objective collects the luminous flux from the sample 12. The latter two uses, benefit from the achromaticity of the objective Cassegrain.

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Abstract

Microscope optique en champ proche comprenant: -un porte-échantillon(10), -un dispositif d'illumination/collection, -une sonde(19), -un dispositif de visualisation permettant de visualiser la partie de la surface à observer(14) de l'échantillon, ledit dispositif de visualisation comprenant un objectif optique composé d'un miroir concave(32) et d'un miroir convexe(34) dont les axes optiques coïncident sensiblement, ledit objectif étant monté sur un deuxième dispositif de déplacement permettant de déplacer ledit objectif par rapport à la surface à observer de l'échantillon, où les miroirs concave et convexe sont percés en leurs centres respectifs, les axes optiques desdits miroirs coïncident sensiblement avec l'axe longitudinal de la sonde et le miroir convexe est monté sur un troisième dispositif de déplacement permettant de déplacer ledit miroir convexe par rapport au miroir concave.

Description

MICROSCOPE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE
La présente invention concerne un microscope optique en champ proche ainsi qu'un procédé de visualisation d'éléments d'une partie de la surface d'un échantillon utilisant un microscope selon l'invention.
L'utilisation de microscope optique classique présente l'inconvénient de ne pas permettre l'observation et l'étude d'objets ou d'éléments de la surface d'un objet dont l'une des dimensions est inférieure à la demi-longueur d'onde de la lumière utilisée pour éclairer ces objets ou éléments.
En effet, lorsqu'un objet, ou un élément de la surface d'un objet, a une dimension inférieure à la longueur d'onde de la lumière qui l'éclairé, la lumière est diffusée sous la forme d'une tâche. On ne peut donc pas avoir une image nette dudit l'objet ou dudit 1 ' élément .
Une des manières de résoudre ce problème consiste à placer le détecteur de lumière très près de la surface .
En effet, cette limitation fondamentale est due au fait que la détection et la mesure du champ électromagnétique sont faites à une distance de l'ordre de plusieurs longueurs d'onde dudit objet.
Or, il faut distinguer deux régions dans lesquelles se trouvent deux champs électromagnétiques de nature différente. La première région, située à une distance supérieure à plusieurs fois la longueur d'onde de la lumière d' éclairement est dite zone de champ lointain. La seconde région qui est confinée au voisinage de la surface de l'objet est dite la zone de champ proche .
Le champ électromagnétique que l'on peut mesurer dans la zone de champ proche est formé en partie d'ondes dites évanescentes . Ces ondes évanescentes apparaissent de façon générale comme solutions des équations de Maxwell dans un milieu nanostructuré, comme par exemple la surface à observer d'un échantillon.
Ces ondes évanescentes sont générées par exemple par la diffraction d'une onde plane par une surface nanostructurée ou par une source lumineuse dipolaire.
La collection du seul champ lointain émis par l'objet ou la source ne permet pas d'obtenir d'information sur les détails dont l'une des dimensions est inférieure à la longueur d'onde de l'onde électromagnétique d'illumination ou d'émission. Lors de la propagation de l'onde électromagnétique, l'information sur les hautes fréquences spatiales de l'objet est ainsi perdue.
Un microscope optique à champ proche est un dispositif capable de détecter les composantes non radiatives du champ électromagnétique présentes au voisinage d'une surface, soit à une distance de la surface inférieure à la demi-longueur d'onde de l'onde électromagnétique incidente.
A une telle distance, il est possible d'observer la présence d'ondes évanescentes et d'ondes propagatives, et non pas uniquement la présence d'ondes propagatives. On peut donc visualiser des détails plus petits que la demi-longueur d'onde de la lumière utilisée pour éclairer ledit objet.
Cependant, la détection des ondes évanescentes non radiatives ne peut pas s'effectuer par un détecteur classique car elles sont confinées au proche voisinage de la surface.
Pour amener l'information au détecteur, il faut transformer ces ondes évanescentes en ondes propagatives. Cette transformation peut être réalisée par un petit objet dont au moins l'une des dimensions est inférieure à la demi-longueur d'onde de l'onde incidente, dans le champ proche de l'échantillon à observer. La présence de ce petit objet transforme une partie des ondes évanescentes en ondes propagatives collectées ensuite en champ lointain. Ceci peut se produire soit par la perturbation induite par diffraction par une nanosonde soit par la fluorescence d'une nanoparticule par exemple.
L' idée de la détection du champ proche par une petite ouverture a été émise par E.H. Synge dès 1928. Celui-ci envisageait d'obtenir l'image d'un objet en balayant sa surface par une ouverture sub-longueur d'onde, la résolution ne dépendant alors que de la taille de la micro-ouverture et de sa distance à l'échantillon.
Cependant, faute de moyens techniques, en particulier création de l'ouverture et contrôle de la distance entre la sonde et la surface, la réalisation d'un tel dispositif n'a été possible dans le domaine optique que dans les années 1980.
Ce démarrage a été permis essentiellement par les progrès des microdéplacements piézo-électriques capables de contrôler des déplacements de l'ordre d'une fraction de nanomètre, mais aussi grâce aux progrès des systèmes d'asservissement et de traitement d'images afférents .
La sonde des microscopes actuels est constituée généralement d'une fibre optique étirée dont l'extrémité mesure d'une dizaine à une centaine de nanomètres, fixée sur une céramique piézo-électrique qui commande ses déplacements avec une précision de l'ordre du nanomètre.
La pointe en fibre optique sert de perturbateur de l'onde évanescente, qu'elle convertit en partie en onde radiative.
Celle-ci est guidée ensuite par la partie non étirée de la fibre jusqu'à un détecteur classique. La pointe balaie la surface de l'échantillon et l'intensité captée est enregistrée point par point.
L'image ainsi obtenue est appelée image optique. La taille de l'extrémité de la fibre détermine en partie la résolution du microscope.
Un système de régulation basé sur les forces de contact (utilisées d'une autre façon pour 1 XAFM) permet de maintenir la pointe à distance constante de l'échantillon. Ainsi la pointe peut suivre le relief de la surface. L'enregistrement de ce signal de régulation simultanément à l'acquisition du signal optique permet d'obtenir une cartographie topographique du composant, et de décorréler l'image optique du relief du composant.
Il est donc nécessaire d'approcher in fine la fibre optique à quelques nanomètres de la surface de l'échantillon. Cette approche est très délicate et demande des réglages fins afin d'éviter que la fibre optique ne rentre en contact avec la surface de l'échantillon. Une première approche de la sonde est faite manuellement jusqu'à quelques microns de la surface.
Il est également nécessaire de positionner latéralement et avec précision la sonde de champ proche par rapport à la structure de l'échantillon à observer.
Les inventeurs ont déjà mis au moins un microscope optique en champ proche permettant de réaliser cette approche et ce positionnement de la fibre optique de façon précise.
Un schéma de principe de ce microscope est représenté sur la figure 1.
Le microscope représenté schématiquement à la figure 1 comprend un porte-échantillon 10 sur lequel est disposé un échantillon 12 dont au moins une partie de la surface 14 est à observer.
La surface 14 de l'échantillon 12 est éclairée par un faisceau laser 16 à une longueur d'onde λ. Une sonde formée par une fibre optique 19 fixée sur un support ayant des propriétés spécifiques lui-même monté sur un dispositif piézoélectrique 21 permet de capter les ondes évanescentes issues de l'échantillon 12 lorsqu'il est éclairé par le faisceau laser 16.
Comme indiqué précédemment, afin de capter les ondes évanescentes, il est nécessaire d'approcher le bout de la fibre optique à une distance bien inférieure à λ/2 de la surface à observée 14 de l'échantillon 12.
Afin de permettre l'approche et le positionnement de la sonde 19 au voisinage de l'échantillon 12, un dispositif de visualisation 20 est utilisé. Le dispositif de visualisation 20 comprend une caméra CCD et un montage optique déporté. Le dispositif optique est positionné à environ 45° par rapport à l'échantillon de façon à visualiser en temps réel l'échantillon 12, la fibre optique et le reflet de la sonde 19 sur la surface 14 de l'échantillon.
Le dispositif schématiquement représenté à la figure 1, permet de réaliser l'approche de la sonde 19 de façon très précise mais présente l'inconvénient d'être délicat à utiliser et d'avoir un encombrement important.
Un but de la présente invention est de proposer un nouveau microscope optique en champ proche ne présentant pas les inconvénients des microscopes optiques en champ proche de l'état de la technique.
L' invention propose ainsi un microscope optique en champ proche comprenant :
- un porte-échantillon destiné à recevoir un échantillon dont au moins une partie d'une surface est à observer,
- un dispositif d'éclairage configuré de sorte à éclairer la partie de la surface à observer de 1 ' échantillon,
- une sonde montée sur un premier dispositif de déplacement configuré de sorte à pouvoir positionner ladite sonde à une distance inférieure ou égale à la longueur d'onde de la lumière utilisée pour éclairer la partie de la surface à observer de l'échantillon, - un dispositif de visualisation permettant de visualiser la partie de la surface à observer de l'échantillon, ledit dispositif de visualisation comprenant un objectif optique composé d'un miroir concave et d'un miroir convexe dont les axes optiques coïncident sensiblement, ledit objectif étant monté sur un deuxième dispositif de déplacement permettant de déplacer ledit objectif par rapport à la surface à observer de 1 ' échantillon,
le microscope optique étant remarquable en ce que les miroirs concave et convexe sont percés en leurs centres respectifs, les axes optiques desdits miroirs coïncident sensiblement avec l'axe longitudinal de la sonde et le miroir convexe est monté sur un troisième dispositif de déplacement permettant de déplacer ledit miroir convexe par rapport au miroir concave.
Dans un microscope selon l'invention, la sonde est directement intégrée dans le dispositif de visualisation. De plus, les axes optiques des miroirs étant sensiblement alignés avec l'axe longitudinal de la sonde, l'encombrement du microscope optique selon l'invention est réduit par rapport au microscope de l'art antérieur .
En outre, le troisième dispositif de déplacement permettant de déplacer le miroir convexe par rapport au miroir concave l'utilisation du microscope selon l'invention est plus facile et l'encombrement dudit microscope est réduit.
Un microscope optique en champ proche selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles :
- le troisième dispositif de déplacement est commandé par un dispositif piézoélectrique,
la sonde est transparente, par exemple formée d'une fibre optique ou opaque, « aperturless probe » en anglais ou encore fluorescente,
- la sonde est formée d'une fibre optique apte à capter les ondes évanescentes émises par la partie de la surface à observer de l'échantillon lorsque ladite partie est éclairée,
- les miroirs concave et convexe sont asphériques, par exemple le miroir concave est parabolique et le miroir convexe hyperbolique,
la sonde est disposée sur un dispositif piézoélectrique,
- le premier dispositif de déplacement est commandé par un dispositif piézoélectrique,
- le deuxième dispositif de déplacement est commandé par un dispositif piézoélectrique, et/ou
- les dispositifs de visualisation et d'éclairage sont confondus .
L' invention se rapporte également à procédé de visualisation d'éléments dont au moins une dimension est plus petite qu'une des longueurs d'onde de la lumière utilisée pour éclairer la partie de la surface à observer de l'échantillon au moyen d'un microscope selon 1 ' invention .
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un microscope optique en champ proche de l'art antérieur; et
- la figure 2 est une représentation schématique d'un microscope optique en champ proche selon un mode de réalisation de l'invention.
Pour des raisons de clarté, les différents éléments représentés sur les figures ne sont pas nécessairement à l'échelle.
Le microscope optique en champ proche selon l'invention représenté sur la figure 2 comprend un porte- échantillon 10, une sonde 19 avec son support et un dispositif de visualisation 30.
Le porte-échantillon 10 est destiné à recevoir un échantillon 12 dont au moins une partie d'une surface 14 est à observer.
La sonde 19 est montée sur un premier dispositif de déplacement 40 configuré de sorte à pouvoir positionner ladite sonde à une distance inférieure ou égale à la demi-longueur d'onde de la lumière utilisée pour éclairer la partie de la surface à observer de l'échantillon.
Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de déplacement 40 est commandé par un dispositif piézoélectrique 42. Le dispositif piézoélectrique 42 permet un déplacement nanométrique de la sonde 18.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la sonde 19 est formée d'une fibre optique apte à capter les ondes évanescentes émises pas la partie de la surface à observer de l'échantillon lorsque ladite partie est éclairée.
L'homme du métier sait dimensionner la pointe de la fibre optique 19 en fonction de l'objet à mesurer.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la sonde 19 est disposée sur un dispositif piézoélectrique spécifique 21. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif piézoélectrique 21 peut-être un Dither tube.
Avantageusement le dispositif piézoélectrique 21, permet de maintenir la pointe de la fibre optique 19 à une distance constante de la surface à observer de l'échantillon 14.
Selon le mode de réalisation de la figure 2, le dispositif piézoélectrique 21 est déporté par rapport au dispositif de déplacement 40. Des moyens de fixation 44, par exemple des tiges de fixation, permettent de solidariser le dispositif de déplacement 40 et le dispositif piézoélectrique 21 supportant la fibre optique 19.
Comme représenté sur la figure 2, le dispositif de visualisation 30 permet de visualiser la partie de la surface à observer de l'échantillon 12.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de visualisation comprend un objectif optique composé d'un miroir concave 32 et d'un miroir convexe 34. Les deux miroirs 32 et 34 sont disposés de sorte que leurs axes optiques coïncident sensiblement et coïncident sensiblement avec l'axe longitudinal de la sonde. De plus, les miroirs concave 32 et convexe 34 sont percés en leurs centres respectifs. Permettant ainsi d'intégrer la sonde dans le dispositif de visualisation, réduisant ainsi l'encombrement du microscope selon l'invention.
L'objectif optique 30 est monté sur un deuxième dispositif de déplacement 36 permettant de déplacer ledit objectif par rapport à la surface à observer de l'échantillon.
Avantageusement, l'objectif optique 30 peut-être déplacé indépendamment de la sonde 18.
Selon un mode de réalisation, le deuxième dispositif de déplacement 36 est contrôlé par un dispositif piézoélectrique permettant des amplitudes de déplacement de l'ordre du nanomètre.
En outre, le miroir convexe 34 est monté sur un troisième dispositif de déplacement 38 permettant de déplacer ledit miroir convexe 34 par rapport au miroir concave 32.
Avantageusement, le troisième dispositif de déplacement 38 permet de faire une mise au point avec l'objectif optique sur la surface du l'échantillon 14.
Selon un mode de réalisation, le troisième dispositif de déplacement 38 est commandé par un dispositif piézoélectrique .
Selon un mode de réalisation de l'invention, le miroirs concave et convexe peuvent avoir des formes sensiblement asphériques. Selon un mode de réalisation de l'invention, le miroir concave présente une forme sensiblement parabolique et le miroir convexe présente une forme sensiblement hyperbolique.
En particulier, selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, le dispositif de visualisation est un objectif Cassegrain dont les miroirs sont percés en leur centre. Avantageusement, l'utilisation d'un objectif Cassegrain permet de diminuer l'encombrement du microscope selon l'invention et d'être achromatique.
En outre, selon un mode de réalisation de l'invention, comme représenté sur la figure 2, le dispositif de visualisation et le dispositif d'éclairage peuvent être confondus .
Par exemple, dans le mode de réalisation de la figure 2, l'objectif Cassegrain peut être utilisé dans un mode dit d'approche pour visualiser les positions respective de l'échantillon 12 et de la fibre optique 19.
L'objectif Cassegrain peut également être utilisé dans un mode éclairage dans lequel l'objectif est utilisé pour illuminer l'échantillon 12. Finalement, l'objectif Cassegrain peut également être utilisé dans un mode dit de collection dans lequel l'objectif collecte le flux lumineux issu de l'échantillon 12. Ces deux dernières utilisations, bénéficient de 1 ' achromaticité de l'objectif Cassegrain.
L' invention ne se limite pas aux modes de réalisations décrits et ne sera pas interprétée de façon limitative, et englobe tout mode de réalisation équivalent .

Claims

REVENDICATIONS
1. Microscope optique en champ proche comprenant :
- un porte-échantillon (10) destiné à recevoir un échantillon (12) dont au moins une partie d'une surface (14) est à observer,
- un dispositif d'éclairage configuré de sorte à éclairer la partie de la surface à observer de 1 ' échantillon,
— une sonde (19) montée sur un premier dispositif de déplacement (40) configuré de sorte à pouvoir positionner ladite sonde par rapport à la surface à observer à une distance inférieure ou égale à une demi-longueur d'onde de la lumière utilisée,
- un dispositif de visualisation (30) permettant de visualiser la partie de la surface à observer de l'échantillon, ledit dispositif de visualisation comprenant un objectif optique composé d'un miroir concave (32) et d'un miroir convexe (34) dont les axes optiques coïncident sensiblement, ledit objectif étant monté sur un deuxième dispositif de déplacement (36) permettant de déplacer ledit objectif par rapport à la surface à observer de 1 ' échantillon,
- un dispositif de visualisation de la sonde et de la surface de l'objet permettant de positionner latéralement la sonde au dessus de l'objet,
le microscope optique étant caractérisé en ce que les miroirs concave et convexe sont percés en leurs centres respectifs, les axes optiques desdits miroirs coïncident sensiblement avec l'axe longitudinal de la sonde et le miroir convexe est monté sur un troisième dispositif de déplacement permettant de déplacer ledit miroir convexe par rapport au miroir concave.
2. Microscope selon la revendication précédente, dans lequel le troisième dispositif (38) de déplacement est commandé par un dispositif piézoélectrique.
3. Microscope selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la sonde comprend une fibre optique apte à capter les ondes évanescentes émises par la partie de la surface à observer de l'échantillon lorsque ladite partie est éclairée .
4. Microscope selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le miroir concave est asphérique .
5. Microscope selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le miroir convexe est asphérique .
6. Microscope selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sonde est disposée sur un dispositif piézoélectrique.
7. Microscope selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier dispositif de déplacement est commandé par un dispositif piézoélectrique .
8. Microscope selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième dispositif de déplacement est commandé par un dispositif piézoélectrique .
9. Microscope selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les dispositifs de visualisation et d'éclairage sont confondus.
10. Procédé de visualisation d'éléments dont au moins une dimension est plus petite qu'une des longueurs d'onde de la lumière utilisée pour éclairer la partie de la surface à observer de l'échantillon au moyen d'un microscope selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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WO2003106918A2 (fr) * 2002-06-15 2003-12-24 Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Appareil de mesure de surface et procede d'analyse mecanique et optique sans contact de surfaces d'objets

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