DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO DE MEDICION QUE PERMITE CARACTERIZAR SUPERFICIES POR REFLECTOMETRIA.
Dispositivo de medición de caracterización por reflectometría que comprende una fuente (10) que emite un haz luminoso,
un detector (26), unos medios (19) de tratamiento y de control de este haz luminoso de manera a enfocarlo en una superficie reflectante a medir en forma de un círculo y recibirlo en este detector (26), unos medios (30) de mando y de adquisición, una cámara (29) y unos medios para representar visualmente este círculo en este detector (26) y en esta cámara (29), caracterizado porque esta cámara está conectada a los medios (30) de mando y de adquisición, de manera a realizar una puesta a punto automática del círculo en la superficie reflectante a medir y conjugar automáticamente la superficie reflectante a medir con la superficie del detector
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/055158.
Solicitante: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: 25, RUE LEBLANC IMMEUBLE "LE PONANT D",75015 PARIS.
Inventor/es: PIOMBINI,HERVE, VOARINO,PHILIPPE.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 17 de Marzo de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01J3/02 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01J MEDIDA DE LA INTENSIDAD, DE LA VELOCIDAD, DEL ESPECTRO, DE LA POLARIZACION, DE LA FASE O DE CARACTERISTICAS DE IMPULSOS DE LA LUZ INFRARROJA, VISIBLE O ULTRAVIOLETA; COLORIMETRIA; PIROMETRIA DE RADIACIONES. › G01J 3/00 Espectrometría; Espectrofotometría; Monocromadores; Medida del color. › Partes constitutivas.
- G01N21/55 G01 […] › G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › Reflexión especular.
- G02B7/32 G […] › G02 OPTICA. › G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 7/00 Monturas, medios de regulación o uniones estancas a la luz para elementos ópticos. › utilizando medios activos, p. ej. un emisor de luz.
Clasificación PCT:
Fragmento de la descripción:
Dispositivo y procedimiento de medición que permite caracterizar superficies por reflectometría.
Campo técnico
La invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento de medición de caracterización por reflectometría.
Estado de la técnica anterior
Como se describe en el documento referenciado [1] al final de la descripción, la espectrometría es el estudio de la distribución de amplitud o de potencia (cuadrado de la amplitud) de una magnitud en función de la frecuencia. En óptica, el término "espectrometría" designa más particularmente el conjunto de las técnicas instrumentales de análisis de la densidad espectral de potencia, siendo más bien la espectroscopia la ciencia de los espectros (espectroscopias atómica y molecular).
La formidable cantidad de informaciones contenida en un espectro óptico de media o alta resolución, unida a los progresos recientes hechos en la construcción de los espectrómetros y su automatización, hace de la espectrometría óptica una técnica con numerosas aplicaciones, desde los controles de proceso en ingeniería química hasta los análisis biomédicos, pasando por la vigilancia del medio ambiente o el control del funcionamiento de una motor de explosión.
El término de "espectrofotómetro" es un término empleado por los químicos y los vendedores de espectrómetros. Es este término el que se utiliza en lo sucesivo.
Actualmente, los espectrofotómetros comerciales son unos aparatos que son utilizados clásicamente en transmisión con una buena precisión pero con una precisión media en reflexión. Para ciertas aplicaciones, en particular para los materiales opacos, es necesario conocer el coeficiente de reflexión con una buena precisión. En este caso preciso, las precisiones obtenidas con tal aparato por el National Physical Laboratory (Reino Unido) en unas muestras de aluminio (certificado de calibración) son de
Existen diferentes maneras de medir el flujo reflejado ya sea especular o difuso (utilización de una esfera de integración), ya sea de manera espectral (caso de los espectrómetros clásicos), ya sea de manera temporal (caso de espectrómetros de transformada de Fourier).
En el caso de un flujo reflejado especular, que es el de la invención, la reflexión es generalmente obtenida por una modificación de la trayectoria óptica de la vía de medición por introducir la muestra a medir.
En este caso, los soportes de pruebas no tienen la rigidez mecánica necesaria para un buen reposicionamiento, y la superficie del círculo luminoso en la muestra es de algunas decenas de mm2, lo que comporta una medición global que puede conllevar una imprecisión de medición si la muestra no es perfectamente plana.
El documento referenciado [2] al final de la descripción describe un espectrofotómetro que ha sido desarrollado para medir la reflectancia o la transmitancia absoluta de elementos o de sistemas ópticos.
En este espectrofotómetro, un haz monocromático, generado por una lámpara y un monocromador, es dividido por un separador de haz. El haz transmitido y el haz reflejado son dirigidos hacia un disco rotativo con ranuras que entrecorta los dos haces a dos frecuencias diferentes. El haz de medición, que es el haz transmitido por el separador, y el haz de referencia, que es el haz reflejado por el separador, son reflejados de vuelta por unos espejos. La muestra a probar es colocada en el haz de medición. La parte reflejada del haz de medición devuelta y la parte transmitida del haz referencia devuelta son combinadas de nuevo y dirigidas hacia un detector.
Este espectrofotómetro permite unas mediciones próximas al eje óptico y fuera de eje óptico. Pero, cuando realiza mediciones fuera de eje óptico, no controla el enfoque en la muestra. Cuando realiza mediciones en el eje óptico, no controla el enfoque y no mide más que unas muestras con una curvatura muy ligera.
La presente invención tiene por objeto resolver tal problema técnico.
El documento referenciado [3] describe un reflectómetro que comprende una fuente que emite un haz luminoso, un detector, unos medios de tratamiento y de control de este haz luminoso de manera a enfocarlo en una superficie reflectante a medir en forma de círculo y a recibir el haz reflejado en este detector, una cámara y unos medios para representar visualmente este círculo en este detector y en esta cámara, estando conectada dicha cámara a unos medios de mando y de adquisición de manera a realizar una puesta a punto automática del círculo en la superficie reflectante a medir.
El documento referenciado [4] divulga igualmente un reflectómetro que comprende un sistema de puesta a punto automática del círculo utilizando una fuente luminosa blanca y una cámara y un sistema de autoenfoque del círculo en la superficie reflectante utilizando un láser y un detector del foco.
Exposición de la invención
La invención se refiere a un dispositivo de medición de caracterización por reflectometría que comprende una fuente que emite un haz luminoso, un detector, unos medios de tratamiento y de control de este haz luminoso de manera a enfocarlo en una superficie reflectante a medir en forma de círculo y a recibirlo en este detector, unos medios de mando y de adquisición, una cámara y unos medios para representar visualmente este círculo en este detector y en esta cámara, caracterizado porque esta cámara está conectada a los medios de mando y de adquisición de manera a realizar una puesta a punto automática del círculo en la superficie reflectante a medir y a conjugar automáticamente la superficie reflectante a medir con la superficie del detector.
Ventajosamente, la superficie del círculo es inferior a 5 mm2.
El dispositivo de la invención permite controlar automáticamente el enfoque del haz incidente en la superficie a medir y la conjugación entre la superficie de la muestra y la superficie del receptor por un tratamiento de imagen.
La invención permite realizar una medición precisa de un objeto situado en el eje óptico o cerca del mismo, de una muestra que presenta una cierta curvatura.
En un modo de realización ventajoso, las ópticas de enfoque utilizadas en detección son sobredimensionadas con respecto a las ópticas de enfoque atravesadas por el haz incidente.
Tal sobredimensionamiento de las ópticas de enfoque permite medir unas curvaturas más importantes que el espectrofotómetro descrito en el documento referenciado [2], que dispone de ópticas de recepción no sobredimensionadas. La utilización de ópticas sobredimensionadas permite tener una abertura digital más potente y, por consiguiente, una mejor precisión de enfoque con un mejor control de la extensión geométrica.
Ventajosamente, el dispositivo de la invención puede comprender un soporte móvil en el que está dispuesta la muestra. El haz luminoso incidente puede ser emitido por un láser. El haz luminoso incidente puede ser transportado por un fibra óptica. El dispositivo de la invención puede comprender unos cubos separadores realizados a partir de empalmes en Y en fibras ópticas.
En un ejemplo de realización, el dispositivo de la invención comprende:
- una fuente luminosa blanca que tiene una fuerte luminancia direccional,
- un condensador asférico,
- una lente de enfoque acromática,
- un monocromador con una rejilla que puede ser escalonada,
- un disco rotativo,
- un sistema óptico de colimación acromática y un filtro espacial,
- una rueda portafiltros,
- un primer cubo separador,
- una vía de referencia que comprende una óptica de enfoque, un fotodiodo conectado a un procesador de mando y de adquisición,
- una vía de la muestra que comprende una óptica de enfoque,
- un soporte sobre el que está montada la muestra y que es regulable por mediación de una unión que utiliza un protocolo de comunicación a través del procesador,
- un segundo cubo separador,
- una vía de medición que comprende una óptica de enfoque acromática, un detector conectado al procesador,
- una vía de representación visual que comprende una óptica de enfoque acromática, un objetivo de microscopio, una cámara conectada al procesador.
Reivindicaciones:
1. Dispositivo de medición de caracterización por reflectometría que comprende una fuente (10) que emite un haz luminoso, un detector (26), unos medios (19) de tratamiento y de control de este haz luminoso de manera a enfocarlo en una superficie reflectante a medir en forma de un círculo y recibirlo en este detector (26), unos medios (30) de mando y de adquisición, una cámara (29) y unos medios para representar visualmente este círculo en este detector (26) y en esta cámara (29), caracterizado porque esta cámara está conectada a los medios (30) de mando y de adquisición, de manera a realizar una puesta a punto automática del círculo en la superficie reflectante a medir y conjugar automáticamente la superficie reflectante a medir con la superficie del detector.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la superficie de este círculo es inferior a 5 mm2.
3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que las ópticas de enfoque utilizadas en detección están sobredimensionadas con respecto a las ópticas de enfoque atravesadas por el haz incidente.
4. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende un soporte móvil en el que está dispuesta la superficie reflectante a medir que es la de una muestra.
5. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la fuente (10) que emite el haz luminoso incidente (19) es un láser.
6. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende una fibra óptica para transportar el haz luminoso incidente (19).
7. Dispositivo según la reivindicación 6, que comprende unos cubos separadores realizados a partir de empalmes en Y de fibras ópticas.
8. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende:
- una fuente luminosa blanca (51) que tiene una fuerte luminancia direccional (52),
- un condensador asférico (53),
- una lente (54) de enfoque acromática,
- un monocromador (55), que tiene una rejilla escalonada o no,
- un disco rotativo (56),
- un sistema óptico (L1, L2) de colimación acromática y un filtro espacial (58),
- una rueda portafiltros (59),
- un primer cubo separador (60),
- una vía (61) de referencia, que comprende una óptica (L3) de enfoque y un fotodiodo (64) conectado a un procesador (65) de mando y de adquisición,
- una vía (62) de muestra, que comprende una óptica (L4) de enfoque,
- un soporte (70) en el que está montada la muestra y que es regulable por mediación de una unión que utiliza un protocolo de comunicación a través del procesador (65),
- un segundo cubo separador (71),
- una vía (72) de medición, que comprende una óptica (L5) de enfoque acromática y un detector (75) conectado al procesador (65),
- una vía (73) de representación visual, que comprende una óptica (L6) de enfoque acromática, un objetivo (77) de microscopio y una cámara (78) conectada al procesador (65).
9. Procedimiento de medición de caracterización por reflectometría en el que se trata y se controla un haz luminoso incidente de manera a enfocarlo en una superficie reflectante a medir en forma de círculo y recibirlo en un detector, en el que se representa visualmente este círculo en este detector y en una cámara, caracterizado porque se adquieren los datos de salida de esta cámara de manera que se realiza una puesta a punto automática del círculo en la superficie reflectante a medir y se conjuga automáticamente la superficie reflectante a medir con la superficie del detector.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la superficie reflectante a medir es la superficie de una muestra.
11. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la superficie de ese círculo es inferior a 5 mm2.
12. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que se utilizan unas ópticas de enfoque en detección sobredimensionadas con respecto a las ópticas de enfoque atravesadas por el haz incidente.
13. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende las siguientes etapas:
- poner en marcha los instrumentos (E1),
- elegir los parámetros espectrales (E2),
- colocar la muestra (E3),
- recorriendo todas las longitudes de onda ?i, haciendo variar una variable i entre 0 y N (bucle 45):
colocar un monocromador en la trayectoria del haz incidente en una longitud de onda ?i tal que ?i=?min+ix?? (E4),
colocar un filtro adecuado en la trayectoria del haz incidente (E5),
enfocar este haz incidente en la muestra gracias al tratamiento de imagen (E6),
asegurar la posición de la muestra (E7),
adquirir las señales para la medición (E8).
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