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DISPOSITIF POUR L'OBSERVATION MICROSCOPIQUE EN CONTRASTE DE PHASE.
La présente invention concerne l'application aux microscopes de la méthode d'observation par contraste de phase
On sait que la méthode d'observation par contraste de phase per- met l'examen,de petits objets parfaitement transparents., invisibles par les procédés ordinaires d'observation.
Le principe est le suivant :
Si une onde plane,produite par une source lumineuse ponctuelle située à l'infini., par exemple grâce à un dispositif collimateur-, traverse un milieu transparent comportant de petites variations d'épaisseur ou d'indi- ce-$ ces variations modifient localement la phase de la lumière émergente et elles deviennent visibles à travers l'instrument lorsque, par un dispositif approprié, ces variations de phase sont traduites en variations d'intensité lumineuse*
Plusieurs dispositifs déjà connus permettent d'atteindre ce buta Dans le cas de l'observation microscopiques ces dispositifs comportent une lame dite "lame de phase" qui doit être placée sur l'image de la source lu- mineuse donnée par l'objectif,
ladite lame-étant traversée les rayons lu- mineux provenant-de l'objet'.
La présente invention a pour objet un microscope. perfectionné, dans lequel, au lieu de faire traverser une lame de phase par-les rayons di- rects ou diffractés provenant de l'objeton utilise les phénomènes de ré- flexion sur une lame- spécialement préparée.,
Un microscope agencé conformément à l'invention comporte, outre le dispositif d'éclairage-et l'objectif usuels, une lame en.
une matière trans- parente, telle que le verre, disposée sur le trajet-des rayons lumineux pro-
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venant de l'objectif, en un point où se forme l'image de la source d'éclaira- ge, ladite lame étant inclinée par rapport à l'axe optique de l'objectif et étant recouverte, à l'exception d'une petite plage située au point où se for- me L'image de la source d'éclairage, d'une mince couche d'une substance ré- fléchissante d'indice très différent de celui de la lame transparente, l'in= dice de ladite substance et l'épaisseur de la couche de cette dernière étant choisis pour qu'il existe après réflexion d'un faisceau lumineux sur la lame,
une différence de phase de # entre les rayons lumineux qui se sont réfléchis sur la partie non recouverte de la lame et ceux qui se sort réfléchis sur la substance réfléchissante, un oculaire étant disposé pour observer l'i- mage réfléchie par ladite lameo
La substance réfléchissante recouvrant partiellement la lame peut être un métal, déposé par vaporisation sur la lame préalablement munie d'un cache masquant la plage qui ne doit pas être recouverts.
Dans la description qui suit, la lame transparente partiellement recouverte de substance réfléchissante est désignée par l'expression "miroir déphasant' , la partie non recouverte de ce .-miroir., par "aire conjuguée" et sa partie recouverte par "aire complémentaire".
Les rayons directs provenant de l'objet observé se réfléchissent sur l'aire conjuguée du miroir déphasant, tandis que les rayons diffractés provenant dudit objet se réfléchissent sur l'aire complémentaire, et l'on réa- lise ainsi les conditions voulues pour l'observation en contraste de phase.
Le miroir déphasant est de préférence incliné sur l'axe optique de l'objectif d'un angle 2. tel que tg i- n, n étant l'indice de la lame transparente du miroir, c'est-à-dire que le mi- roir travaille sous l'incidence brewstérienneo Dans ces conditions, en in- terposant un polariseur, tel qu'une lame "Polaroid" sur le trajet du fais- ceau lumineux réfléchi par le miroir-déphasant, de préférence entre ce der- nier et l'oculaire, il est possible, par rotation de ce polariseur, de faire varier l'intensité du faisceau direct réfléchi sur l'aire conjuguée du mi- roir par rapport à celle du faisceau réfracté réfléchi sur l'aire complémen- taire, et, par conséquent,
de modifier les contrastes dans l'image finale ob- tenue
On peut également intercaler un second polariseur sur le trajet des rayons lumineux avant le miroir déphasanto Cette disposition permet d'uti- liser la totalité des vibrations lumineuses qui concourent à la formation de l'image en contraste de phase et, en combinaison avec le- polariseur situé a- près le miroir déphasant, de réaliser soit le contraste de phase positif, (noir sur blanc), soit- le contraste de phase négatif (blanc sur noir).
L'un des grands avantages de l'invention est qu'elle permet de transformer un microscope ordinaire en microscope a. contraste de phase, en remplaçant l'oculaire du microscope par un ensemble comprenant le miroir déphasant, l'oculaire pour l'observation de l'imago réfléchie par ce dernier, et éventuellement, un système optique capable de former sur le miroir l'ima- ge de la source d'éclairage, à partir de celle déjà formée par l'objectif du microscope, ainsi que le polariseur, Interposé après le miroir- déphasant, si on le désire.
L'éclairement de l'objet peut être obtenu, par les moyens ordi- naires, avec interposition éventuelle d'éléments polarisants dans le fais- ceau d'éclairage. Mais, et c'est encore un avantage de l'utilisation d'un miroir déphasant conforme à l'invention, on peut également dans le cas d'ob- servation d'objets opaques, par exemple pour les applications à la métallogra- phie, éclairer l'objet à travers le-support transparent du miroir, ce qui per- met de réaliser un ensemble dans lequel l'objectif du microscope est auto-col- limateur vis-à-vis du miroir déphasanto A cet effet, on dispose.
du côté opposé à l'objectif, par rapport au miroir déphasant, une source lumineuse et un système optique agencé pour former l'image de ladite source- sur l'aire conjuguée du miroir, celle-ci étant située au voisinage du foyer de l'objec-
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tif du microscope, l'ensemble dudit système optique et de l'objectif ayant le même axe optiqueo
L'invention est décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels : fig. 1 est une vue schématique de la disposition d'un miroir dé- phasant conforme à l'invention, figo 2 est un schéma d'un mode particulier de réalisation du sys- tème d'éclairage de l'objet à observer, dans le cas d'observation par réflexion; figo 3 est un schéma d'une variante de figo 1;
figo 4 est un schéma d'un microscope complet muni d'un dispositif d'éclairage en lumière réfléchie et polairsée; fige 5 est un schéma semblable d'un microscope comprenant un dis- positif d'éclairage à travers- le miroir déphasanto
La figure 1 représente schématiquement la partie optique d'un dis- positif oculaire adaptable- sur un microscope de type courant eh vue de sa transformation en microscope à contraste de,¯phase,, ledit microscope compor- tant, de façon connue en elle-même, un dispositif d'éclairage de l'objet à travers une fente d'éclairage qui est considérée comme la source de lumière, une platine porte-objet et un objectif, l'ensemble de ces organes, de réali- sation courante pour l'homme de 1, Art, n'étant pas représenté.
L'objectif est agencé pour donner, de la fente d'éclairage, une image représentée en F à la fig. 1,
Ce dispositif comporte un miroir déphasant constitué par une la- me de verre 1, d'indice n, ré-couverte d'une mince couche métallique réfléchis- sante 2 sauf sur une petite région 3 située sensiblement au centre de la lame et dont la dimension sera indiquée plus loino La lame 1 est agencée pour être disposée obliquement sur l'axe optique de l'objectif du microscope et un sys- tème de lentilles 4 est disposé pour former, sur la lame 1, l'image de F, qui est l'image de la fente d'éclairage à travers l'objectifo Les dimensions de.
la région 3, non recouverte par la couche réfléchissante 2, sont sensiblement celles de ladite image de F à travers le système optique 46
L'angle i d'incidence du faisceau issu du système optique 4 sur la lame 1 est tel que : tgi - n, c'est-à-dire qu'il correspond à l'incidence brewstérienneo
L'épaisseur de la couche 2 est telle que, compte tenu de la dif- férence entre L'indice n de la lame et l'indice du métal constituant ladite couche 2, il y existe, après réflexion sur la lame 1, un déphasage de #
2 entre un rayon qui se réfléchit sur la région 3, ou aire conjuguée du miroir déphasant, et un rayon qui se réfléchit sur la couche 2 ou aire complémentaire du miroir déphasant.
Enfin, un oculaire 5 est agencé pour observer l'image de l'objet formé à travers l'objectif et le système optique 4, après réflexion sur le miroir déphasant 1,2
Le miroir 1,2 donne lieu à un déphasage entre les rayons directs provenant de l'objet-, qui se réfléchissent sur l'aire conjuguée-3 du miroir et les rayons diffractés par l'objet, qui se réfléchissent sur l'aire complé- mentaire 2 du miroir, e-t l'observateur regardant à travers l'oculaire 5 verra donc 11-image de- l'objet en contraste de phase.
En disposant une lame polarisante 6 sur le trajet des rayons pro- venant du miroir 1,2, celui-ci étant à l'incidence brewstérienne, il est pos- sible, par rotation appropriée de la lame 6, d'éteindre les rayons directs réfléchis sur l'aire conjuguée 3 sans modifier les rayons diffractés réfléchis sur l'aire complémentaire 2 et de faire varier à volonté l'absorption du fais- ceau directe
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Le dispositif ci=dessus décrit, en combinaison avec un microscope ordinaire dans lequel la fente d'éclairage se trouve dans le plan focal du condenseur, permet l'observation des objets transparents.
Pour l'observation des objets opaques, notamment en microscopie métallographique, le système d'é= clairage de l'objet doit de préférence satisfaire aux conditions d'éclairage dites de köhler Un tel système d'éclairage est représenté à la figo 20
Ce système comporte une lampe 7, du type habituel utilisé en mi- croscopie, et un système optique 8 agencé pour former 1-'image du filament de ladite lampe sur un diaphragme 9, après réflexion sur un miroir 10.
Une len- tille 11 forme l'image du diaphragme 9 sur un écran 12 comportant une fente 13 de largeur fixe, la position de cette fente pouvant être réglée par rota- tion et excentrement dans son plana Contre l'écran 12 est disposée une len- tille 14 dont la fonction sera exposée plus loin, mais qui ne joue aucun rô- le dans la formation même de l'image objectivée Une lentille 15 et un pris- me semi=réfléchissant 16, du type utilisé dans l'illuminateur à prisme de Na- chet,
permettant de former l'image de la fente 13 en Fo dans le plan focal de l'objectif 17 du microscope L'objet opaque 18 se trouve donc éclairé par un faisceau de rayons parallèles et est observé à travers le prisme 16 dans l'axe vertical duquel est agencé le dispositif représenté à la fige 1
L'ensemble des lentilles 14 et 15 permet de former, sur l'objet 18, l'image d'un diaphragme 19 associé à la lentille 11 et d'éviter ainsi la lumière parasite due à l'imagerie pupillaire.
A titre de variante dû-dispositif représenté à la fig. 1, on peut disposer, avant le miroir déphasant, un-polariseur dont l'action se combine avec celle du polariseur intercalé après le miroir déphasanto
C'est ainsi que, dans le dispositif représenté à la fig. 2, dans laquelle on retrouve les mêmes éléments optiques fondamentaux qu'à la fig. 1, désignés par les mêmes références avec l'indice a, une lame polarisante 20 est intercalée sur le trajet des rayons lumineux entre le système optique 4a et le miroir déphasant la, 2a Comme dans le cas de la fig.
1, l'image Fa de la fente d'éclairage, du microscope à travers l'objectif de ce dernier, non représenté, est reprise par le système optique 4a qui en forme une ima- ge sur l'air conjuguée 3a du miroir la, 2a L'image 21 de l'objet à travers l'objectif est reproduite en 22, après traversée du système optique 4a et ré- flexion des rayons directs sur l'aire conjuguée 3a et des rayons diffractés sur l'aire complémentaire 2a du miroir la, 2a C'est l'image 22 qui est ob- servée en contraste de phase à travers l'oculaire 5a Dans ce mode de réali- sation, la vibration des rayons lumineux atteignant le miroir déphasant la, 2a est polarisée rectilinéairement par la lame polarisante 20 Les résultats obtenus dépendent de l'orientation des polariseurs 20 et 6a Si, par exemple,
le polariseur 20 est orienté de façon que le plan de polarisation des rayons qui traversent ledit polariseur 20 fasse un angle de 45 avec le plan d'inci- dence sur le'miroir la, 2a, une rotation du polairseur 6a permet de passer, de façon continue, de la vision ordinaire, sans contraste de phase, à l'ob- servation en contraste de-phase positif ou négatifs
Dans la variante représentée à la fige 4, les éléments optiques similaires à ceux des figso 1 et 2 sont désignés par les mêmes références que précédemment, avec l'indice b Cette variante concerne l'observation d'objets éclairés par réflexiono L'éclairage est obtenu au moyen d'une source lumineu- se constituée -par une fente éclairée 23,
placée au foyer d'un condenseur 24 qui transmet un faisceau de rayons parallèles sur une lame semi réfléchissan- te 25 disposée à 45 sur l'axe optique du microscope. Ce faisceau de rayons parallèles est réfléchi par la lame 25 et atteint l'objet 26 à examiner, sur lequel il se réfléchit en revenant sur lui-même, Ce faisceau réfléchi tra- verse alors la lame 25, et grâce à un objectif 27, vient former sur l'aire conjuguée 3b du miroir déphasant 1b, 2b, une image de la fente d'éclairage 23
Comme précédemment, le rayonnement direct, après avoir suivi le trajet qui vient d'être indiqué, se réfléchit sur 1--aire conjuguée 3b du mi- roir déphasant 1b,
2b et pénètre dans l'oculaire 5b Le rayonnement diffrac-
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té par l'objet traverse la lame 25 et l'objectif 27, puis se réfléchit sur l'aire complémentaire 2b dudit miroir déphasant. L'image 28 ainsi formée, dans le plan focal de l'oculaire 5b, est observée en contraste de phase par l'observateur 29
Une lame polarisante 30 est disposée entre le condenseur 24 et la lame semi-réfléchissante 25 Cette lame polarisante permet, en combinaison avec le polariseur orientable 6b et dans les mêmes conditions que celles ex- posées à propos de la fig. 3, de réaliser un contraste de phase positif ou négatif, avec absorption variable du faisceau direct dans les deux cas.
La lame polarisante 30 pourrait également être disposée sur le trajet des rayons formant l'image, entre l'objet 26 et le miroir déphasant, notamment entre l'objectif 27 et le miroir déphasant.
Enfin, on peut profiter de la transparence de la lame constituant le support du miroir déphasant pour éclairer l'objet, par réflexion, à travers ledit miroir.
La fig 5 représente un exemple de réalisation de l'invention com- portant application de ce mode d'éclairage. Dans cet exemple, l'objet à ob- server est représenté en 31. Un objectif, figuré schématiquement en 32, for- me de l'objet, après réflexion sur- le miroir déphasant lc, 2c, constitué et agencé comme dans les exemples pré-cédents et disposé dans la pupille de sor- tie de l'objectif 32, une image 33 dans le plan focal d'un oculaire 5c L'ob- jet 31 peut être un objet matériel ou une image- aérienne formée par un systè- me optique, non représenté.
Un condenseur 34, disposé au-dessus du miroir déphasant le, 2c et sur l'axe optique de l'objectif 32, forme l'image d'une source lumineuse, constituée par una fente- d'éclairage 35, sur l'aire conjuguée,32 du miroir déphasant, aire qui joue alors le rôle de source secondaire. Les rayons lu- mineux issus de l'aire conjuguée 3c traversent l'objectif 32 et tombent en faisceau parallèle-sur la surface de l'objet'31. Les rayons de ce faisceau qui sont directement réfléchis par l'objet reviennent sur eux-mêmes, se réflé- chissent sur l'aire conjuguée-- 3± du miroir déphasant et sont dirigés vers l'o- culaire 5c.
Les rayons diffractés par le-s irrégularités de surface de l'objet 31 traversent l'objectif32 et se réfléchissent sur'l'aire complémentaire 2c du miroir déphasant. On obtient ainsi en 33 une image en contraste de phase de l'objet 31, L'avantage du dispositif ainsi agencé réside dans sa grande lumi- nosité, résultant du fait qu'il n'y a pas de surface séparatrice interposée sur les faisceaux lumineux de formation-de l'image.
Il peut être avantageux de diaphragmer l'image de la source 35 par rapport l'aire conjuguée 3cdu miroir. Par exemple, la source 35 peut être constituée par un diaphragme d'ouverture telle que son image sur l'aire conjuguée 3c soit légèrement plus petite que ladite aire.
Comme dans les exemples des figs. 3 et 4, il est possible, si on le désire, d'interposer-une ou plusieurs lames polarisantes sur le trajet des rayons lumineux.
REVENDICATIONS.
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