Le principe de mesure du Capteur Optique CHR est celui de la microscopie confocale à champ étendu grâce au codage spectral de ce champ. Contrairement à la microscopie conventionnelle qui permet, sous certaines conditions optogéométriques, d'imager simultanément tous les points d'un champ objet, la microscopie confocale n'image à chaque instant qu'un seul point du champ, lequel doit ensuite être scruté point par point par balayage (x, y). Ainsi il ressort que la microscopie confocale découle de la microscopie conventionnelle à laquelle il suffit de rajouter un double filtrage spatial qui permet de n'éclairer qu'un seul point de l'objet et de ne détecter en retour que la lumière diffusée et/ou réfléchie provenant de ce même point. Cette configuration est représentée sur la figure 1a où un point source S est imagé par un objectif L en un point M de l'objet. La lumière revenant de M, traverse l'objectif L et est réfléchie par la lame semi-réfléchissante vers un détecteur. Le diaphragme P, qui est l'image de M donnée par L joue un rôle essentiel dans cette configuration puisqu'il assure que seule la lumière provenant de M atteint le détecteur : toute lumière provenant d'un point situé au-dessus ou au-dessous de M est filtrée par le diaphragme P. Il est ainsi possible d'observer un seul point de l'espace et de réaliser par balayage (x, y) une "coupe optique" plane (figure 1b) située à une distance bien définie de l'objectif L sans être perturbé par les points extérieurs à cette coupe. Cette propriété de "coupe optique", ainsi qu'une résolution latérale de près de 30 % meilleure que celle observée en microscopie conventionnelle sont les avantages principaux de la microscopie confocale.

La microtopographie de la surface d'un objet consiste à enregistrer l'altitude "Z" de chaque point de cette surface. Afin de déterminer cette altitude sans devoir procéder par focalisation dynamique c'est-à-dire sans aucun mouvement mécanique d'aucun composant le long de l'axe z, il faut procéder à un codage de l'espace de mesure, autre que temporel. Dans le CHR, l'espace de mesure est codé spectralement en mettant à profit le chromatisme axial des objectifs, que les opticiens s'efforcent habituellement de réduire sinon de corriger. Le chromatisme axial est dû à la dispersion (variation de l'indice de réfraction avec la longueur d'onde) des verres utilisés dans les instruments d'optique. Comme les caractéristiques optiques d'un objectif dépendent de la longueur d'onde, l'image d'une source ponctuelle de lumière blanche est généralement un continuum de points images monochromatiques répartis le long de l'axe optique (fig. 2).

En pratique (fig. 3), une source de lumière blanche est imagée au moyen de l'objectif à chromatisme axial étendu en une série d'images ponctuelles monochromatiques dans l'espace de mesure. Lorsqu'un objet intercepte l'espace de mesure au point M, une seule des images ponctuelles monochromatiques est alors focalisée en M. Par application de la propriété de confocalité seule la longueur d'onde LambdaM sera transmise avec un maximum d'efficacité à travers le filtre spatial, les autres longueurs d'ondes étant par essence défocalisées au point M. De plus, notons que si l'objet se compose d'un empilement de couches minces (au moins partiellement) transparentes, on détecte simultanément, en une seule acquisition, toutes les interfaces situées dans l'espace de mesure sous forme d'une série de maxima d'intensité.

Une fois que le signal lumineux a été sélectionné par filtrage spatial, il reste à le "décoder" pour en extraire l'information d'altitude recherchée. Cette opération est réalisée par analyse spectrométrique. Le signal monochromatique est envoyé sur un réseau de diffraction qui a la propriété de diriger chaque longueur d'onde dans une direction différente. Il suffit alors de calculer la position du maximum d'intensité observé sur une barrette CCD pour en extraire l'altitude du point M. Ce principe de mesure confère au capteur CHR les trois qualités essentielles suivantes : 

Le principe d'imagerie confocale permet d'obtenir une excellente résolution spatiale et ce quel que soit l'éclairage ambiant.




Le codage chromatique de l'information rend la mesure insensible aux variations de réflectivité de l'objet et permet de travailler avec la même précision sur tous types de matériaux, transparents ou opaques, quel qu'en soit l'état de surface, polie ou non, diffusante ou spéculaire, sans nécessiter aucun traitement préalable de l'objet.




L'utilisation d'une source de lumière blanche et non d'une source laser, donc cohérente, élimine tout problème de speckle.