EP4652489A1 - Système d'imagerie avec réallocation de photons - Google Patents

Système d'imagerie avec réallocation de photons

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EP4652489A1
EP4652489A1 EP23837715.4A EP23837715A EP4652489A1 EP 4652489 A1 EP4652489 A1 EP 4652489A1 EP 23837715 A EP23837715 A EP 23837715A EP 4652489 A1 EP4652489 A1 EP 4652489A1
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EP
European Patent Office
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sample
reallocation
spectral line
optical device
mirror
Prior art date
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Pending
Application number
EP23837715.4A
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German (de)
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Inventor
Pierre Bon
Alberto AGUILAR
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Limoges
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Limoges
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Limoges filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • G02B27/58—Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems

Definitions

  • Imaging system with photon reallocation [0001]
  • the invention relates to the field of optical microscopy, and more generally imaging.
  • Optical microscopy plays an essential role in biology and micro- and nanotechnologies, because it allows samples to be observed at a high throughput unlike, for example, electron microscopy which requires complex preparation operations.
  • its resolving power is necessarily limited by the diffraction of light.
  • the maximum resolution d is given by [0003] [0004] where is the wavelength of the light used (between 380 nm and 780 nm for visible light) and ON the numerical aperture which can hardly exceed a value of 1.4 for biological samples.
  • Confocal microscopy makes it possible to obtain images with a very shallow depth of field (of the order of a few hundred nanometers), and therefore to “section” the sample allowing access to its three-dimensional structure. This technique is most often associated with the use of fluorescent markers, but it is also possible to use it in reflectance, without markers.
  • a confocal microscope uses a point illumination source, an image of which is projected onto the sample to be observed by means of an objective. The light from the sample (backscattered light in the case of a confocal reflectance microscope; fluorescent emission when a fluorescent marker is used) is focused on a pinhole optically conjugated to the point source, then detected for example by means of a photomultiplier.
  • the function of the pinhole is to suppress radiation that does not come from the focal plane of the lens, thus achieving optical sectioning.
  • An image of the sample is obtained point by point, by scanning. More precisely, a two-dimensional scan, in the two directions perpendicular to the optical axis, makes it possible to obtain an image of a slice of the sample centered around the focal plane of the objective. By adding an axial scan of this focal plane we obtain a three-dimensional image. [0008]
  • the thickness of the slice is all the smaller, and therefore the axial resolution is all the better, as the diameter of the pinhole is small, but the gain is low when we go below 1 unit of Airy (UA).
  • the Airy unit is the diameter of the Airy spot of the microscope, and is equal to .
  • the image is then resized (ideally, reduced by a factor of 2) by digital or optical means before moving to the next scan point.
  • the final image is obtained by integrating the different scan images acquired successively, each shifted by one scan step relative to the previous image.
  • a purely optical implementation of the photon reallocation technique is described in (York 2013), (De Luca 2013) and (Curd 2015). It consists of applying a first angular scan to the illumination beam, applying an inverse angular scan to the beam coming from the sample, then applying to this same beam coming from the sample a second angular scan, synchronized with the first scan.
  • the second angular scan has an amplitude normalized to the beam section larger, ideally by a factor of two, than the first scan.
  • Normalized with respect to the section of the beam means that if ⁇ is the ratio between the amplitude of the second angular scan and that of the first angular scan and M the ratio between the section of the beam coming from the sample and that of the beam d lighting, it is the magnitude ⁇ /M which must be greater than 1 and ideally equal to 2. [0012] As in classic confocal microscopy, it is possible to parallelize the acquisition by using a pinhole matrix and microlens matrices see for example the aforementioned article (York 2013).
  • Document EP 4012476 and the article describe a method and an apparatus for confocal microscopy by reflectance or transmission with reallocation of photons with a spatial resolution optimized by timely sizing of the pinhole.
  • Confocal photon reallocation microscopy is a point-by-point scanning imaging technique. Consequently, it requires long acquisition times which are detrimental, or even prohibitive, for certain applications such as in-situ characterization in non-destructive control for rapid diagnosis in the biomedical, materials and micro- and nanotechnologies.
  • the invention aims to overcome this drawback of the prior art.
  • this goal is achieved by dispersing a light beam in a first direction so as to form a “spectral line” which illuminates the sample.
  • a plurality of points of the sample aligned in said first direction are illuminated simultaneously with different wavelengths.
  • a portion of the surface of the sample can therefore be inspected by scanning only in a second direction not parallel (and preferably perpendicular) to the first.
  • the fact of having to scan along a single direction instead of two significantly reduces the image acquisition time. Furthermore, in certain embodiments of the invention, this makes it possible to use resonant mirrors oscillating at a very high frequency – of the order of several tens of kHz – which makes it possible to further reduce the acquisition time. .
  • An object of the invention is therefore a photon reallocation imaging system comprising: - A polychromatic light source configured to generate at least one spatially coherent lighting light beam in a wavelength range d 'lighting ; - A first optical system configured to disperse said lighting light beam with a first angular dispersion DA 1 and focus it on a sample so as to form a first spectral line oriented in a first direction; - A second optical system configured to collect a light beam elastically scattered by said sample, called signal beam, apply to it a second angular dispersion DA 2 , and focus it in a focal plane so as to form a second spectral line oriented along a second direction ; - An image matrix sensor arranged in said image focal plane; - A means for inducing a relative displacement between the first spectral line and the sample in a third direction, perpendicular to the first direction; and - A means for forming an image of the sample by reallocation of photons from one or more images acquired
  • the first optical system may comprise: - a first collimator system, configured to collimate said lighting light beam; - said first dispersive optical device; - an optical focusing system configured to receive as input the illumination light beam dispersed by said first dispersive device and focus it on the sample.
  • the second optical system may comprise: - said or another focusing system for collecting said signal beam, collimating it and directing it towards said first dispersive optical device, or another dispersive optical device, such that it is spectrally recombined; - said first or said other dispersive optical device, configured to spectrally recombine said signal beam; - said second dispersive optical device having the second angular dispersion DA 2 , to spectrally disperse said signal beam in said second direction; and - at least one optical element configured to focus in a focal plane, called the image focal plane, the signal beam spectrally dispersed by the second dispersive optical device.
  • the second optical system may comprise a pinhole camera arranged in a plane conjugated with a focal plane of the focusing system of the second optical system so as to carry out confocal filtering.
  • the means for forming an image of the sample by reallocation of photons from a plurality of images of the second spectral line acquired by said image matrix sensor may comprise a digital image processor.
  • the means for inducing a relative displacement between the first spectral line and the sample may comprise a sample translation stage, or it may comprise a variable orientation mirror common to the first and second optical systems, configured to apply an angular scan in the third direction to the lighting light beam and an opposite angular scan to the spectrally recombined signal beam.
  • the means for inducing a relative displacement between the first spectral line and the sample may comprise a first mirror of variable orientation common to the first and the second optical system, configured to apply a scan angular in the third direction to the lighting light beam and an angular scan opposite to the spectrally recombined signal beam; and -
  • the means for forming an image of the sample by reallocation of photons comprises a second mirror of variable orientation, configured to apply an angular scan in a fourth direction, perpendicular to the second direction, to the signal beam spectrally dispersed by the second dispersive optical device;
  • the angular sweep applied by the second mirror of variable orientation being synchronous and having an amplitude equal to A S /M S times the amplitude of that applied by the first mirror, A S being a factor between 1.8 and 2, 2 and M S and the ratio between the dimension of the lighting light beam on the second variable orientation mirror, measured in the fourth direction, and the dimension of the spectrally dispersed
  • the first mirror of variable orientation can be structurally independent of the second mirror of variable orientation and the first dispersive optical device is distinct from the second dispersive optical device.
  • the first and the second mirror of variable orientation can be formed by two distinct reflective regions of the same support of variable orientation. For example, said orientation support.
  • the first dispersive optical device may be distinct from the second dispersive optical device.
  • the light source may comprise a first set of a plurality of microlenses aligned in the third direction to generate a plurality of said lighting light beams in parallel, whereby said first optical system forms on the sample a plurality of first spectral lines oriented in a first direction and arranged in said third direction, and in which said second optical system may comprise a second set of a plurality of microlenses aligned in said third direction to form on the image matrix sensor a plurality of first spectral lines oriented in a first direction and arranged in a fourth direction, perpendicular to said second direction.
  • an imaging system performs a second spatial dispersion operation to form, on the sensor image, a second spectral line of greater length (ideally double) than that of the first spectral line projected on the sample. This is necessary to make possible reallocation of photons.
  • FIG.1 a diagram of a confocal microscope with reallocation of photons according to a first embodiment of the invention
  • FIG.2 a diagram of a confocal microscope with reallocation of photons according to a second embodiment of the invention
  • FIG.3 a diagram of a confocal microscope with reallocation of photons according to a third embodiment of the invention
  • FIG.4 a diagram of a confocal microscope with reallocation of photons according to a fourth embodiment of the invention
  • FIG.5 a diagram of a confocal microscope with reallocation of photons according to a fifth embodiment of the invention
  • a polychromatic light source SL generates a spatially – but generally not temporally – coherent FE lighting beam.
  • the source SL includes for example a broad spectrum source SLS, for example an arc lamp, a light-emitting diode or a pulsed laser.
  • An FSC spectral filter selects a portion of the spectrum of the SLS source. The extent of the wavelength range selected by the FSC filter determines, with the angular dispersion DA 1 , the extent of the first spectral line scanning the sample.
  • the lighting beam FE at the output of the light source SL is reflected by a separator blade BS which directs it towards the first optical system SO1, intended to illuminate the sample E.
  • Said optical system SO1 also comprises from the separator blade BS, a first converging lens L 105 which collimates the beam FE; a planar mirror M 102 (non-essential), two other converging lenses L 104 , L 103 forming an afocal system, in the common focal plane of which is arranged a second pinhole P 2 , which is thus optically conjugated with the first pinhole P 1 at the output of the light source SL.
  • the lighting beam leaves the collimated lens L 103 and is directed towards a diffraction grating G 1 having an angular dispersion DA 1 in a first direction x.
  • the beam diffracted by the grating G 1 passes through an afocal system made up of two other converging lenses L 1 01 , L 102 and is reflected by a planar mirror M 102 (non-essential) before being focused on the sample E by an objective microscope MO.
  • the spectral dispersion carried out by the network G 1 and the focusing by the objective MO lead to the formation of a spectral line LS1 on the sample, that is to say of a focal spot of elongated shape, oriented according to the x direction, in which the wavelength of the light varies monotonically with the position in said x direction.
  • the main function of the afocal system formed by the lenses L 101 and L 102 is to systematically place the diffraction grating G 1 in a conjugate plane of the pupil of the microscope objective, located at the rear of this last. Additionally, it can help adjust the size of the lighting beam.
  • the sample E is mounted on a translation stage PT which allows it to be translated in a direction y perpendicular to x. In this way, the spectral line LS1 scans a surface of the sample.
  • a second optical system SO2 collects the light beam FS (“signal beam”) elastically scattered by the sample – that is to say scattered without change in wavelength – to form a second spectral line LS2 on a CMI image matrix sensor.
  • the imaging system in [Fig.1] operates in reflection, which allows a pooling of optical elements between the first and the second optical system. More particularly, all the elements of the first optical system SO1 also belong to the second optical system, which also includes additional components. Also, the light backscattered by the sample E is collected and collimated by the microscope objective MO and recombined spectrally by the same diffraction grating G 1 which had dispersed it during the outward journey.
  • the afocal system formed by the lenses L 103 and L 104 makes it possible to carry out confocal filtering, as in a confocal microscope according to the prior art, in addition to making it possible to modify the beam size FS.
  • the beam FS passes through the splitter blade BS which had reflected the lighting beam FE coming from the source SL.
  • the converging lenses L 105 and L 106 placed on either side of said separating blade, form an afocal system which makes it possible to place a second diffraction grating G 2 in a conjugate plane of the pupil of the objective OM. This second diffraction grating again scatters the light in the x direction.
  • a lens L 107 forms a second spectral line LS2 oriented in the direction x on the matrix image sensor CMI.
  • the image matrix sensor can be produced, for example, in CMOS or CCD technology.
  • the number of pixels in the x direction which is determined by the spatial extent of the spectral line that can be obtained by the SO2 optical system, typically of the order of hundreds.
  • the number of pixels in the y direction may be less – of the order of ten or a few dozen – because these pixels are used only for the implementation, by a PNI digital image processor, of a resolution algorithm. reallocation of photons.
  • the implementation of this algorithm requires synchronization of the PNI digital image processor with the translation stage.
  • the digital image processor PNI may for example be a suitably programmed microprocessor or a dedicated digital circuit.
  • the second spectral line LS2 it is necessary for the second spectral line LS2 to have a length in the x direction greater, ideally by a factor of 2 or close to 2 (for example included between 1.8 and 2.2). This is illustrated in the upper left part of the figure; we note in particular that a segment corresponding to a wavelength interval ⁇ is longer in the spectral line LS2 than in LS1.
  • This elongation can be obtained thanks to the use of a second diffraction grating G 2 having an angular dispersion DA 2 greater than that – DA 1 – of the first diffraction grating, at the magnification M G of the optical beam produced by the assembly constituted by the lenses L 103 , L 104 L 105 and L 006 or a combination of the two.
  • a G being a factor between 1.8 and 2.2 and ideally having a value of 2.
  • the embodiment of [Fig.2] differs from that of [Fig.1] only in that the mirror M 102 of the first optical system is replaced by an oscillating mirror – or more generally having a variable orientation – S 1 . More precisely, the variation in orientation of the mirror S 1 is controlled so as to induce a displacement of the first spectral line LS1 on sample E in the y direction; for this reason, S 1 will be called “scanning mirror” in the following. In this way, the spectral line LS1 scans the sample E without needing to translate the latter along the y direction. As in the embodiment of [Fig.1], the reallocation of photons is carried out digitally by an image processor PNI, synchronized with the mobile mirror S 1 .
  • the embodiment of [Fig.3] differs from that of [Fig.2] in that the second optical system SO 2 also includes an oscillating scanning mirror – or more generally having a variable orientation – S 2 arranged before the lens L 107 for focusing the FS beam on the CMI image matrix sensor.
  • An afocal system formed by the converging lenses L 308 and L 309 makes it possible to combine the mirror S 2 with the pupil of the microscope objective OM.
  • the variation in orientation of the mirror S 2 is controlled so as to induce a displacement of the second spectral line LS2 on the matrix image sensor in the y direction, thus carrying out the reallocation of photons in a purely optical manner .
  • M G is the total magnification of the assembly constituted by the lenses L 103 , L 104 , L 105 , L 106 , L 308 and L 309 .
  • the number of pixels of the CMI image matrix sensor in the y direction is determined by the amplitude of the scanning carried out by the second spectral line LS2, and is typically of the same order of magnitude as the number of pixels in the y direction.
  • the image sensor CMI does not necessarily have to acquire a distinct image for each position of the spectral lines LS1 and LS2: the same image can correspond to several positions.
  • the acquisition of a single image may be sufficient, which makes it possible to do without synchronization between the scanning mirrors S 1 , S 2 and the matrix image sensor.
  • the rate of the scan(s) is limited by the need to perform synchronization: between the PT translation stage and the CMI image matrix sensor in the case of [Fig.1]; between S 1 and the CMI image matrix sensor in the case of [Fig.2]; and at least between S 1 and S 2 in the case of [Fig.3].
  • [Fig.5] The embodiment of [Fig.5] is similar to that of [Fig.4], except that the functions of the two diffraction gratings G 1 and G 2 are carried out by two distinct regions of one and the same network G, which is made possible by the use of the redirection mirrors M 502 , M 503 and M 504 and by the fact that, in the example of [Fig.5], the beam of FE lighting passes through the BS splitter blade while the FS beam is reflected from it.
  • DA 1 DA 2
  • the embodiments of [Fig.4] and [Fig.5] require two diffraction gratings, or a single grating sufficiently large to present two distinct zones that can be illuminated independently of each other.
  • the embodiment of [Fig.6] for its part, comprises a single network, the spatial extent of which must not necessarily be greater than that of the FE lighting beam.
  • the system of [Fig.6] comprises a light source SL as described above with reference to [Fig.1].
  • the lighting beam FE coming from this source is collimated by the lens L 105 for collimating the lighting beam FE, is deflected by a first redirection mirror M 601 (non-essential), and reaches the diffraction grating.
  • the spectrally dispersed beam is spatially filtered by the slit FR located in the common focal plane of the two lenses L 601 and L 602 forming an afocal system.
  • the length of the FR slit in the x spectral dispersion direction depends on the introduced angular dispersion of the grating, while the width in the y direction is determined as for the pinhole of a conventional confocal microscope.
  • the main function of the afocal system formed by the lenses L 602 and L 105 is to optically combine the slit FR and the pinhole P 1 of the source SL.
  • the FR slot can be omitted.
  • the lighting beam dispersed by the network G 1 and filtered spatially is directed towards the microscope objective MO by the scanning mirror S 1 , formed by a reflecting surface of an oscillating or variable orientation support SPO, which makes it possible to obtain a spectral line LS1 scanning the sample E, as described above with reference to other embodiments.
  • the light backscattered by the sample is collected by the objective MO, reflected by S 1 , which compensates for the effect of the scanning introduced in the “outward path” and spatially filtered by the assembly L 601 – FR – L 602 , before arriving again on the diffraction grating G 1 .
  • the originality of this embodiment is that, instead of collecting the beam spectrally recombined by the first diffraction order of the grating, which propagates along the path of the lighting beam but in the opposite direction, we uses second-order diffracted light (FS' beam in the figure).
  • the second order angular dispersion being double that of the first order; consequently, the diffracted beam FS' is not spectrally recombined, but has an angular dispersion of double amplitude than that of the lighting beam FE having been diffracted to the first order (in other words, the spectral dispersion introduced during the “outward journey” is overcompensated).
  • d G1 d G2 .
  • the first optical system SO1 for forming the first spectral line LS1 on the sample E and the second optical system largely coincide, the same optical components being crossed by light on the way out (formation of the first spectral line and lighting of the sample) and on the way back (collection and processing of the signal beam). More particularly, in the embodiments of [Fig.1] to [Fig.5], the first optical system is a subset of the second. This is less true in the case of the embodiment of [Fig.6]: the use of the 2nd diffraction order of the diffraction grating in fact separates the path of the signal beam from that of the lighting beam.
  • the first and second optical systems may be completely or substantially disjoint. This is particularly the case for imaging systems operating in transmission.
  • FIG.7 Such a system is illustrated in [Fig.7]. Its operating principle is similar to that of [Fig.3], except the fact that it operates in transmission and not in reflection. In the same way, the embodiments of [Fig.1]; [Fig.2], [Fig.4] and [Fig.5] can be modified for transmission operation. [0063] In the system of [Fig.7] the lighting beam FE emitted by the source SL is collimated by the converging lens L 702 and reflected by the variable orientation mirror S 10 which scans it in the y direction.
  • the FE beam After passing through an afocal system L 703 – L 704 (it should be noted the absence of pinhole, unnecessary in SO1) and having been deflected by the mirror M 701 (optional), the FE beam is spectrally dispersed in the x direction by the diffraction grating G 10 , located in the Fourier plane of the pinhole P 1 of the source SL thanks to said afocal system L 703 – L 704 and the lens L 702 .
  • the beam After passing through a second afocal system L 705 – L 706 and having been deflected once again by a mirror M 702 (also optional), the beam is focused by a first microscope objective MO 1 so as to form the spectral line LS1 on sample E.
  • the function of the afocal system L 706 - L 705 is to optically combine the rear pupil of the microscope objective and the grating G 1 . All these elements constitute the first SO1 optical system.
  • the light having passed through the sample (signal beam FS) is collected and collimated by a second microscope objective MO 2 located opposite the first, then recombined spectrally by another diffraction grating G 11 (note that these two networks accomplish the spectral dispersion and recombination functions that, in the embodiments described above, were accomplished by the G 0 network alone).
  • DA 10 is the angular dispersion of G 10 and DA 11 that of G 11 .
  • M G10-G11 DA 11 DA 10 with M G10-G11 the magnification formed by L 705 , L 7 06 , MO 1 , MO 2 , L 707 and L 708 , in other words the ratio between the diameter d G11 of the optical beam on the network G 11 and that (d G10 ) on the network G 10 .
  • the redirection mirror M 703 and the afocal system L 707 – L 708 make it possible to optically combine this network with the rear pupil of MO 2 .
  • the spectrally recombined light beam is spatially filtered by the assembly L 709 – P 2 – L 710 and reaches the variable orientation mirror S 11 , actuated synchronously with S 10 and with an oscillation amplitude divided by the total magnification M S10-S11 between S 10 and S 1 1 (ratio between d S11 , diameter of the incident beam on S 11 and d S10 , diameter of the incident beam on S 10 ), so as to compensate for the angular scanning introduced by S 10 (as in the case of the networks G 10 and G 11 , here we have two mirrors with variable orientation S 10 and S 11 which replace a mirror with single orientation S 1 in the embodiments operating in reflection).
  • the spectrally re-dispersed beam is reflected by another scanning mirror S 2 which is synchronized with S 10 and S 11 and with an oscillation amplitude approximately equal to 2A S2 M S10-S2 , with MS 2 the magnification of the afocal system L 711 , L 712 , L 713 , L 714 (in other words the ratio between d S2 , diameter of the optical beam on the mirror S 2 and d S11 ) and is focused by a lens L 715 so as to form a spectral line LS2 oriented in the x direction and scanning the CMI image matrix sensor in the y direction.
  • Afocal systems L 711 - L 712 and L 713 - L 714 ensure the optical conjugation between the different optical elements of the SO2 system. Note that this system operating in transmission has more components than the systems of the embodiments described above, and requires the synchronization of three scanning mirrors. To alleviate these synchronization constraints, it is possible to replace S 10 , S 11 , S 12 with a single scanning or oscillating system such as a resonant mirror or a polygonal scanner. As explained above, to reduce the image acquisition time it is possible to accelerate the angular speed of the scanning mirror(s), but this is technically difficult.
  • FIG.8 An alternative approach, illustrated by [Fig.8], consists of replacing a single lighting beam with a plurality of MFE beams arranged in a y direction.
  • the embodiment of [Fig.7] is similar to that of [Fig.3], only the differences will be described in detail.
  • the light source SL is replaced by a source SLMF comprising a set MML 1 of microlenses aligned in the y direction, decomposing the single light beam emitted by the broad spectrum source SLS into the plurality of MFE beams.
  • the spatial coherence of these beams is ensured by a plurality of pinholes MP 1 arranged in the focal plane of each microlens, replacing the single pinhole P 1 .
  • the pinhole P 2 ensuring confocal filtering is replaced by a plurality of pinholes MP 2 aligned in the y direction.
  • the lens L 105 of [Fig.3] is replaced by a lens L 810 arranged at the output of the SLMF source to collimate the plurality of MFE lighting beams, as well as by a converging lens L 805 and a second plurality of microlenses aligned in the y direction MML 2 focusing the plurality of signal beams MFS after the latter have passed through the separator blade BS.
  • N>1 spectral lines PLS1, PLS2 aligned along the y direction (and oriented along the x direction) are generated on the sample E and on the image matrix sensor, respectively. Thanks to this, the same region of the sample can be imaged by carrying out, with the scanning mirrors S 1 and S 2 , an angular scanning reduced by a factor N compared to the case of a single spectral line. The time to acquire an image of said region of the sample is therefore reduced by this same factor N.
  • the invention has been described with reference to a certain number of embodiments, but variants are possible. For example: [0068] - The optical beams do not necessarily have to have a circular section. In this case, the concept of diameter must be replaced by that of transverse dimension.
  • the diffraction gratings can be replaced by other dispersive systems, for example three-dimensional diffractive structures, or even by refractive systems such as prisms (except, in the case of the mode of realization of [Fig.6], which requires a diffractive system).
  • the microscope objective(s) can be replaced by other types of focusing systems, for example concave mirrors or f-theta lenses.
  • the dispersive elements will not necessarily be placed in a conjugate plane of a pupil of the focusing system but, more generally, in a conjugate plane of the Fourier plane of the sample [0073] -
  • the x and y directions do not necessarily have to be perpendicular, although this is advantageous. It is enough that they are not parallel.
  • [0074] In the embodiments in which two scanning mirrors S 1 , S 2 are carried by the same structure with variable orientation, it is not necessary that they be arranged on opposite faces of the structure.
  • the notion of “variable orientation” mirror or support covers both resonantly oscillating structures and structures whose orientation varies in a controlled manner, continuously or in discrete steps.

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Abstract

Système d'imagerie à réallocation de photons comprenant : - Une source de lumière polychromatique (SL) pour générer un faisceau lumineux d'éclairage (FE); - Un premier système optique (SO1) pour disperser ledit faisceau lumineux d'éclairage avec une première dispersion angulaire DA1 et le focaliser sur un échantillon (E) de manière à former une première ligne spectrale (LS1); - Un deuxième système optique (SO2) configuré pour collecter un faisceau lumineux diffusé élastiquement (FS) par ledit échantillon, dit faisceau de signal, lui appliquer une deuxième dispersion angulaire DA2 et le focaliser dans un plan focal de manière à former une deuxième ligne spectrale (LS2), de longueur supérieure à celle de la première ligne spectrale; - Un capteur matriciel d'images (CMI) agencé dans ledit plan focal image; - Un moyen (S1) pour induire un déplacement relatif entre la première ligne spectrale et l'échantillon selon une troisième direction (y), perpendiculaire à la première direction; et - Un moyen pour former une image de l'échantillon par réallocation de photons à partir d'une ou plusieurs images acquises par ledit capteur matriciel d'images en correspondance d'une pluralité de positions différentes prises par la première ligne spectrale sur l'échantillon.

Description

Description Titre de l'invention : Système d’imagerie avec réallocation de photons [0001] L’invention relève du domaine de la microscopie optique, et plus généralement de l’imagerie. [0002] La microscopie optique joue un rôle essentiel en biologie et en micro- et nanotech- nologies, car elle permet d’observer des échantillons à un débit élevé contrairement, par exemple, à la microscopie électronique qui nécessite des opérations de préparation complexes. Cependant, son pouvoir de résolution est nécessairement limité par la dif- fraction de la lumière. Conformément à la théorie de Abbe, pour un microscope optique conventionnel la résolution maximale d est donnée par [0003] [0004] où est la longueur d’onde de la lumière utilisée (entre 380 nm et 780 nm pour la lumière visible) et ON l’ouverture numérique qui peut difficilement dépasser une valeur de 1,4 pour des échantillons biologiques. Il s’ensuit que la résolution en lumière visible ne peut pas dépasser 135 nm, ce qui ne convient pas pour l’observation de très petites structures telles des particules virales. Une amélioration de la résolution spatiale peut également être obtenue en réduisant la longueur d’onde, mais au prix de dif- ficultés techniques considérables. [0005] Des techniques dites de « superrésolution » permettent de dépasser la limite de ré- solution de Abbe en exploitant des marqueurs fluorescents et/ou des effets non- linéaires. Ces techniques sont complexes à mettre en œuvre et ne conviennent pas à toutes les applications. [0006] Par ailleurs, aussi bien en biologie que dans les micro- et nanotechnologies, il est souvent nécessaire d’obtenir aussi une résolution spatiale élevée dans une direction axiale (la limite de Abbe concerne la résolution latérale, dans un plan perpendiculaire à l’axe optique). La microscopie confocale permet d’obtenir des images avec une très faible profondeur de champ (de l’ordre de quelques centaines de nanomètre), et donc de réaliser un « sectionnement » de l’échantillon permettant d’accéder à sa structure tridimensionnelle. Cette technique est le plus souvent associée à l’utilisation de marqueurs fluorescents, mais il est également possible de l’utiliser en réflectance, sans marqueurs. [0007] Un microscope confocal utilise une source d’illumination ponctuelle, dont une image est projetée sur l’échantillon à observer au moyen d’un objectif. La lumière issue de l’échantillon (lumière rétrodiffusée dans le cas d’un microscope confocal à ré- flectance ; émission fluorescente lorsqu’un marqueur fluorescent est utilisé) est focalisée sur un sténopé optiquement conjugué à la source ponctuelle, puis détectée par exemple au moyen d’un photomultiplicateur. La fonction du sténopé est de supprimer le rayonnement qui ne provient pas du plan focal de l’objectif, réalisant ainsi le sec- tionnement optique. Une image de l’échantillon est obtenue point par point, par balayage. Plus précisément, un balayage bidimensionnel, dans les deux directions per- pendiculaires à l’axe optique, permet d’obtenir une image d’une tranche de l’échantillon centrée autour du plan focal de l’objectif. En y ajoutant un balayage axial de ce plan focal on obtient une image tridimensionnelle. [0008] L’épaisseur de la tranche est d’autant plus petite, et donc la résolution axiale est d’autant meilleure, que le diamètre du sténopé est petit, mais le gain est faible lorsqu’on descend au-dessous de 1 unité d’Airy (UA). L’unité de Airy est le diamètre de la tache d’Airy du microscope, et vaut . [0009] La microscopie confocale permet un gain de résolution latérale, par rapport à la limite de Abbe, pouvant aller en théorie jusqu’à 30%, en utilisant un sténopé de diamètre inférieur à 1 UA. Cependant cela est obtenu au prix d’une dégradation de l’écart signal à bruit. [0010] La technique de réallocation de photons, proposée pour la première fois dans (Sheppard 1988) permet d’améliorer la résolution latérale d’un microscope confocal d’un facteur 2 en principe. L’idée à la base de cette technique est de remplacer le pho- tomultiplicateur, ou plus généralement le détecteur de rayonnement ponctuel, par un détecteur matriciel qui permet d’acquérir une image élémentaire pour chaque point d’acquisition. L’image est ensuite redimensionnée (idéalement, réduite d’un facteur 2) par des moyens numériques ou optiques avant de passer au point de balayage suivant. L’image finale est obtenue en intégrant les différentes images de balayages acquises successivement, chacune décalée d’un pas de balayage par rapport à l’image précédente. [0011] Une mise en œuvre purement optique de la technique de réallocation de photons est décrite dans (York 2013), (De Luca 2013) et (Curd 2015). Elle consiste à appliquer au faisceau d’illumination un premier balayage angulaire, appliquer un balayage angulaire inverse au faisceau issu de l’échantillon, puis appliquer à ce même faisceau issu de l’échantillon un deuxième balayage angulaire, synchronisé avec le premier balayage. Le deuxième balayage angulaire présente une amplitude normalisée par rapport à la section du faisceau plus grande, idéalement d’un facteur deux, que le premier balayage. « Normalisée par rapport à la section du faisceau » signifie que si α est le rapport entre l’amplitude du second balayage angulaire et celle du premier balayage angulaire et M le rapport entre la section du faisceau issu de l’échantillon et celle du faisceau d’éclairage, c’est la grandeur α/M qui doit être supérieure à 1 et idéalement égale à 2. [0012] Comme en microscopie confocale classique, il est possible de paralléliser l’acquisition en utilisant une matrice de sténopés et des matrices de microlentilles voir par exemple l’article précité (York 2013). [0013] La réallocation de photons a été appliquée en particulier à la microscopie confocale de fluorescence, voir par exemple les articles précités (York 2013), (De Luca 2013) et (Curd 2015), où un gain en résolution latérale d’un facteur 1,5 a été constaté. A la connaissance de l’inventeur, la seule application en réflectance de la réallocation de photons a été décrite dans (DuBose 2019). Dans cet article il n’était cependant pas question d’un microscope, mais d’un ophtalmoscope, dans lequel l’objectif est remplacé par le cristallin de l’œil d’un patient, présentant donc une faible ouverture numérique, et par conséquent une résolution de l’ordre des dizaines de micromètres. [0014] Le document EP 4012476 et l’article (Aguilar 2020) décrivent un procédé et un appareil de microscopie confocale par réflectance ou transmission à réallocation de photons avec une résolution spatiale optimisée par un dimensionnement opportun du sténopé. [0015] La microscopie confocale à réallocation de photons est une technique d’imagerie par balayage point par point. Par conséquent, elle nécessite des temps d’acquisition longs qui sont préjudiciables, voire rédhibitoires, pour certaines applications comme la carac- térisation in-situ en contrôle non-destructif pour le diagnostic rapide dans l'industrie biomédicale, des matériaux et des micro- et nanotechnologies. [0016] L’invention vise à surmonter cet inconvénient de l’art antérieur. [0017] Conformément à l’invention, ce but est atteint en dispersant un faisceau lumineux selon une première direction de manière à former une « ligne spectrale » qui éclaire l’échantillon. Ainsi, une pluralité de points de l’échantillon aligné dans ladite première direction sont éclairés simultanément avec des longueurs d’onde différentes. Une portion de la surface de l’échantillon peut donc être inspectée en effectuant un balayage uniquement selon une seconde direction non parallèle (et préférentiellement perpendiculaire) à la première. [0018] Le fait de devoir effectuer un balayage le long d’une seule direction au lieu de deux réduit significativement le temps d’acquisition d’images. En outre, dans certains modes de réalisation de l’invention, cela permet d’utiliser des miroirs résonants oscillant à une fréquence très élevée – de l’ordre de plusieurs dizaines de kHz – ce qui permet de réduire encore davantage le temps d’acquisition. L’utilisation de tels miroirs serait dif- ficilement envisageable si, conformément à l’art antérieur, il fallait synchroniser deux balayages selon la première et la deuxième direction. [0019] L’utilisation d’une ligne spectrale pour remplacer le balayage selon une direction spatiale a déjà été proposée, par exemple dans (Tearney 1998) et (Hwang 2015). Plus particulièrement, (Tearney 1998) concerne un microscope confocal fibré destiné à être incorporé à un endoscope, tandis que le microscope de (Hwang 2015) remplace le balayage dans le 2e direction par une modulation de fréquence variable dans l’espace. Aucun de ces systèmes ne permet de dépasser la limite de Abbe, et en particulier n’est compatible avec le principe de la réallocation de photons. [0020] Un objet de l’invention est donc un système d’imagerie à réallocation de photons comprenant : - Une source de lumière polychromatique configurée pour générer au moins un faisceau lumineux d’éclairage spatialement cohérent dans une plage de longueurs d’onde d’éclairage ; - Un premier système optique configuré pour disperser ledit faisceau lumineux d’éclairage avec une première dispersion angulaire DA1 et le focaliser sur un échantillon de manière à former une première ligne spectrale orientée selon une première direction ; - Un deuxième système optique configuré pour collecter un faisceau lumineux diffusé élastiquement par ledit échantillon, dit faisceau de signal, lui appliquer une deuxième dispersion angulaire DA2, et le focaliser dans un plan focal de manière à former une deuxième ligne spectrale orientée selon une deuxième direction ; - Un capteur matriciel d’images agencé dans ledit plan focal image ; - Un moyen pour induire un déplacement relatif entre la première ligne spectrale et l’échantillon selon une troisième direction, perpendiculaire à la première direction ; et - Un moyen pour former une image de l’échantillon par réallocation de photons à partir d’une ou plusieurs images acquises par ledit capteur matriciel d’images en cor- respondance d’une pluralité de positions différentes prises par la première ligne spectrale sur l’échantillon ; dans lequel le premier système optique comprend un premier dispositif optique dispersif pour disperser ledit faisceau lumineux d’éclairage avec une première dispersion angulaire DA1 et le deuxième système optique comprend un deuxième dispositif optique dispersif pour appliquer audit faisceau lumineux d’éclairage avec ladite deuxième dispersion angulaire DA2 ; la longueur de la deuxième ligne spectrale selon la deuxième direction étant su- périeure à celle de la première ligne spectrale selon la première direction d’un facteur AG=MGDA2/DA1>1, MG étant le rapport entre la dimension du faisceau d’éclairage sur le premier dispositif optique dispersif mesurée dans la première direction et la dimension du faisceau signal sur le deuxième dispositif optique dispersif mesurée dans la deuxième direction. [0021] Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention : [0022] Ledit facteur AG peut être compris entre 1,8 et 2,2. [0023] Le premier système optique peut comprendre : - un premier système collimateur, configuré pour collimater ledit faisceau lumineux d’éclairage ; - ledit premier dispositif optique dispersif ; - un système optique de focalisation configuré pour recevoir en entrée le faisceau lumineux d’éclairage dispersé par ledit premier dispositif dispersif et le focaliser sur l’échantillon. [0024] Le deuxième système optique peut comprendre : - ledit ou un autre système de focalisation pour collecter ledit faisceau de signal, le collimater et le diriger vers ledit premier dispositif optique dispersif, ou un autre dispositif optique dispersif, de telle sorte qu’il soit recombiné spectralement; - ledit premier ou ledit autre dispositif optique dispersif, configuré pour recombiner spectralement ledit faisceau signal ; - ledit deuxième dispositif optique dispersif présentant la seconde dispersion angulaire DA2, pour disperser spectralement ledit faisceau signal selon ladite deuxième direction ; et - au moins un élément optique configuré pour focaliser dans un plan focal, dit plan focal image, le faisceau signal dispersé spectralement par le deuxième dispositif optique dispersif. [0025] Dans ce cas, le deuxième système optique peut comprendre un sténopé agencé dans un plan conjugué avec un plan focal du système de focalisation du deuxième système optique de manière à réaliser un filtrage confocal. [0026] Le moyen pour former une image de l’échantillon par réallocation de photons à partir d’une pluralité d’images de la deuxième ligne spectrale acquises par ledit capteur matriciel d’images peut comprendre un processeur numérique d’images. Dans ce cas le moyen pour induire un déplacement relatif entre la première ligne spectrale et l’échantillon peut comprendre une platine de translation de l’échantillon, ou bien il peut comprendre un miroir d’orientation variable commun au premier et au deuxième système optique, configuré pour appliquer un balayage angulaire selon la troisième direction au faisceau lumineux d’éclairage et un balayage angulaire opposé au faisceau signal recombiné spectralement. [0027] Selon d’autres modes de réalisation - Le moyen pour induire un déplacement relatif entre la première ligne spectrale et l’échantillon peut comprendre un premier miroir d’orientation variable commun au premier et au deuxième système optique, configuré pour appliquer un balayage angulaire selon la troisième direction au faisceau lumineux d’éclairage et un balayage angulaire opposé au faisceau signal recombiné spectralement ; et - Le moyen pour former une image de l’échantillon par réallocation de photons comprend un deuxième miroir d’orientation variable, configuré pour appliquer un balayage angulaire selon une quatrième direction, perpendiculaire à la deuxième direction, au faisceau signal dispersé spectralement par le deuxième dispositif optique dispersif ; Le balayage angulaire appliqué par le second miroir d’orientation variable étant synchrone et présentant une amplitude égalé à AS/MS fois l’amplitude de celui appliqué par le premier miroir, AS étant un facteur compris entre 1,8 et 2,2 et MS et le rapport entre la dimension du faisceau lumineux d’éclairage sur le deuxième miroir d’orientation variable, mesurée selon la quatrième direction, et la dimension du faisceau signal dispersé spectralement sur le premier miroir d’orientation variable, mesurée selon la troisième direction. Dans ce cas, le premier miroir d’orientation variable peut être structurellement indépendant du deuxième miroir d’orientation variable et le premier dispositif optique dispersif est distinct du deuxième dispositif optique dispersif. [0028] Le premier dispositif optique dispersif peut être un système diffractif présentant ladite dispersion angulaire DA1 au premier ordre de diffraction et ladite dispersion angulaire DA2=2DA1 au deuxième ordre de diffraction, le deuxième système optique étant configuré pour collecter la lumière diffusée au second ordre de diffraction par ledit système diffractif. [0029] Dans d’autres modes de réalisation, le premier et le deuxième miroir d’orientation variable peuvent être formés par deux régions réfléchissantes distinctes d’un même support d’orientation variable. Par exemple, ledit support d’orientation. Le premier dispositif optique dispersif peut être distinct du deuxième dispositif optique dispersif. [0030] La source de lumière peut comprendre un premier ensemble d’une pluralité de micro- lentilles alignées selon la troisième direction pour générer une pluralité de dits faisceaux lumineux d’éclairage en parallèle, moyennant quoi ledit premier système optique forme sur l’échantillon une pluralité de premières ligne spectrale orientées selon une première direction et arrangées selon ladite troisième direction, et dans lequel ledit deuxième système optique peut comprendre un deuxième ensemble d’une pluralité de microlentilles alignées selon ladite troisième direction pour former sur le capteur matriciel d’images une pluralité de premières ligne spectrale orientées selon une première direction et arrangées selon une quatrième direction, perpendiculaire à ladite deuxième direction. [0031] Il convient de noter que, contrairement à ce qui est enseigné par exemple par (Tearney 1998) et (Hwang 2015), un système d’imagerie selon l’invention réalise une deuxième opération de dispersion spatiale pour former, sur le capteur d’image, une deuxième ligne spectrale de longueur supérieure (idéalement double) à celle de la première ligne spectrale projetée sur l’échantillon. Cela est nécessaire pour rendre possible la réallocation de photons. [0032] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux figures annexées donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement : [0033] [Fig.1], un schéma d’un microscope confocal avec réallocation de photons selon un premier mode de réalisation de l’invention ; [0034] [Fig.2], un schéma d’un microscope confocal avec réallocation de photons selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; [0035] [Fig.3], un schéma d’un microscope confocal avec réallocation de photons selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; [0036] [Fig.4] un schéma d’un microscope confocal avec réallocation de photons selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ; [0037] [Fig.5], un schéma d’un microscope confocal avec réallocation de photons selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ; [0038] [Fig.6], un schéma d’un microscope confocal avec réallocation de photons selon un sixième mode de réalisation de l’invention ; et [0039] [Fig.7], un schéma d’un microscope confocal avec réallocation de photons selon un septième mode de réalisation de l’invention [0040] [Fig.8], un schéma d’un microscope confocal avec réallocation de photons selon un huitième mode de réalisation de l’invention. [0041] Dans les figures, les mêmes signes de référence désignent des éléments corres- pondants. [0042] Dans le dispositif de la [Fig.1], une source de lumière SL polychromatique génère un faisceau d’éclairage FE spatialement – mais en général pas temporellement – cohérent. La source SL comprend par exemple une source à large spectre SLS, par exemple une lampe à arc, une diode électroluminescente ou un laser impulsionnel. Un filtre spectral FSC sélectionne une portion du spectre de la source SLS. L’étendue de la plage de longueurs d’ondes sélectionnée par le filtre FSC détermine, avec la dispersion angulaire DA1, l’étendue de la première ligne spectrale balayant l’échantillon. Son di- mensionnement résulte d’un compromis – une grande étendue spectrale réduit les contraintes sur la dispersion angulaire DA1 et permet de bénéficier d’une plus grande fraction de l’intensité lumineuse totale émise par la source SLS, mais rend plus difficile la compensation des aberrations chromatiques dans le système d’imagerie (chromatisme axial et longitudinal) spécialement avec une lentille de scan f-thêta qui tolère typiquement une larguer spectrale Δλ/λ de l’ordre de 10%. La résolution à travers le champ de vue devient également variable en cas de grande étendue spectrale (résolution optique proportionnelle à la longueur d’onde locale). [0043] Une lentille convergente L110 et un sténopé P1 agencé dans le plan focal de cette dernière réalisent un filtrage spectral qui assure la cohérence spatiale du faisceau d’éclairage FE. [0044] Le faisceau d’éclairage FE en sortie de la source de lumière SL est réfléchi par une lame séparatrice BS qui le dirige vers le premier système optique SO1, destiné à éclairer l’échantillon E. Ledit système optique SO1 comprend, en plus de la lame sé- paratrice BS, une première lentille convergente L105 qui collimate le faisceau FE ; un miroir planaire M102 (non essentiel), deux autres lentilles convergentes L104, L103 formant un système afocal, dans le plan focal commun desquelles est agencé un deuxième sténopé P2, qui se trouve ainsi à être optiquement conjugué avec le premier sténopé P1 à la sortie de la source de lumière SL. Le faisceau d’éclairage sort de la lentille L103 collimaté et est dirigé vers un réseau de diffraction G1 présentant une dispersion angulaire DA1 selon une première direction x. Le faisceau diffracté par le réseau G1 traverse un système afocal constitué de deux autres lentilles convergentes L 101, L102 et est réfléchi par un miroir planaire M102 (non essentiel) avant d’être focalisé sur l’échantillon E par un objectif de microscope MO. La dispersion spectrale opérée par le réseau G1 et la focalisation par l’objectif MO conduisent à la formation d’une ligne spectrale LS1 sur l’échantillon, c’est-à-dire d’une tache focale de forme allongée, orientée selon la direction x, dans laquelle la longueur d’onde de la lumière varie de manière monotone avec la position selon ladite direction x. [0045] La fonction principale du système afocal formé par les lentilles L101 et L102 est de de placer systématiquement le réseau de diffraction G1 dans un plan conjugué de la pupille de l’objectif de microscope, située à l’arrière de ce dernier. En outre, il peut permettre d’ajuster la taille du faisceau d’éclairage. [0046] L’échantillon E est monté sur une platine de translation PT qui permet de le translater selon une direction y perpendiculaire à x. De cette façon, la ligne spectrale LS1 balaye une surface de l’échantillon. [0047] Un deuxième système optique SO2 recueille le faisceau de lumière FS (« faisceau signal ») diffusé élastiquement par l’échantillon – c’est-à-dire diffusé sans changement de longueur d’onde – pour former une deuxième ligne spectrale LS2 sur un capteur matriciel d’images CMI. Le système d’imagerie de la [Fig.1] fonctionne en réflexion, ce qui permet une mutualisation d’éléments optiques entre le premier et le deuxième système optique. Plus particulièrement, tous les éléments du premier système optique SO1 appartiennent également au deuxième système optique, qui comporte également des composants additionnels. Aussi, la lumière rétrodiffusée par l’échantillon E est re- cueillie et collimatée par l’objectif de microscope MO et recombinée spectralement par le même réseau de diffraction G1 qui l’avait dispersée lors du trajet aller. Le système afocal formé par les lentilles L103et L104 permet de réaliser un filtrage confocal, comme dans un microscope confocal selon l’art antérieur, en plus de permettre de modifier la taille du faisceau FS. [0048] Le faisceau FS traverse la lame séparatrice BS qui avait réfléchi le faisceau d’éclairage FE issu de la source SL. Les lentilles convergentes L105 et L106, placées de part et d’autre de ladite lame séparatrice, forment un système afocal qui permet de placer un deuxième réseau de diffraction G2 dans un plan conjugué de la pupille de l’objectif OM. Ce deuxième réseau de diffraction disperse à nouveau la lumière dans la direction x. Une lentille L107 forme une deuxième ligne spectrale LS2 orientée selon la direction x sur le capteur matriciel d’image CMI. [0049] Le capteur matriciel d’image peut être réalisé, par exemple, en technologie CMOS ou CCD. Il présente un nombre de pixels dans la direction x qui est déterminé par l’étendue spatiale de la ligne spectrale pouvant être obtenue par le système optique SO2, typiquement de l’ordre des centaines. Le nombre de pixels dans la direction y peut être moindre – de l’ordre de dix ou de quelques dizaines – car ces pixels servent uniquement à la mise en œuvre, par un processeur numérique d’images PNI, d’un al- gorithme de réallocation de photons. La mise en œuvre de cet algorithme nécessite une synchronisation du processeur numérique d’images PNI avec la platine de translation. Le processeur numérique d’images PNI peut être par exemple un microprocesseur programmé de manière opportune ou un circuit numérique dédié. [0050] Pour que cet algorithme permette d’obtenir une amélioration de la résolution spatiale, il est nécessaire que la deuxième ligne spectrale LS2 présente une longueur dans la direction x supérieure, idéalement d’un facteur 2 ou proche de 2 (par exemple compris entre 1,8 et 2,2). Cela est illustré dans la partie en haut à gauche de la figure ; on remarque notamment qu’un segment correspondant à un intervalle de longueur d’onde Δλ est plus long dans la ligne spectrale LS2 que dans LS1. Cet allongement peut être obtenu grâce à l’utilisation d’un deuxième réseau de diffraction G2 présentant une dispersion angulaire DA2 supérieure à celle – DA1 – du premier réseau de diffraction, au grandissement MG du faisceau optique produit par l’ensemble constitué par les lentilles L103, L104 L105 et L006 ou à une combinaison des deux. D’une manière générale, si MG est le rapport entre le diamètre dG2 du faisceau incident sur le réseau G2 et le diamètre dG1 du faisceau incident sur le réseau G1 (MG=dG2/dG1), on obtient MGDA2/DA 1=longueur(LS2)/longueur(LS1)=AG, AG étant un facteur compris entre 1,8 et 2,2 et ayant idéalement une valeur de 2. Par exemple, si MG=1 on choisira un deuxième réseau de diffraction présentant une dispersion angulaire (approximativement) double de celle du premier réseau de diffraction. [0051] Le mode de réalisation de la [Fig.2] diffère de celui de la [Fig.1] seulement en ce que le miroir M102 du premier système optique est remplacé par un miroir oscillant – ou plus généralement présentant une orientation variable – S1. Plus précisément, la variation d’orientation du miroir S1 est contrôlée de manière à induire un déplacement de la première ligne spectrale LS1 sur l’échantillon E dans la direction y ; pour cette raison, S1 sera appelé dans la suite « miroir de balayage ». De cette façon, la ligne spectrale LS1 balaie l’échantillon E sans besoin de translater ce dernier le long de la direction y. Comme dans le mode de réalisation de la [Fig.1], la réallocation de photons est réalisée de manière numérique par un processeur d’images PNI, syn- chronisé avec le miroir mobile S1. [0052] Le mode de réalisation de la [Fig.3] diffère de celui de la [Fig.2] en ce que le deuxième système optique SO2 comporte aussi un miroir de balayage oscillant – ou plus généralement présentant une orientation variable – S2agencé avant la lentille L107 de focalisation du faisceau FS sur le capteur matriciel d’image CMI. Un système afocal formé par les lentilles convergentes L308et L309 permet de conjuguer le miroir S2 avec la pupille de l’objectif de microscope OM. [0053] La variation d’orientation du miroir S2 est contrôlée de manière à induire un dé- placement de la deuxième ligne spectrale LS2 sur le capteur matriciel d’image dans la direction y, réalisant ainsi la réallocation de photons de manière purement optique. Pour obtenir un gain de résolution, il est nécessaire que ce balayage soit synchronisé avec celui effectué par la première ligne spectrale LS1 sur l’échantillon E, et présente une amplitude supérieure d’un facteur AS/MS, AS étant un facteur compris entre 1,8 et 2,2 et ayant idéalement une valeur de 2 et MS étant le rapport entre le diamètre dS2 du faisceau sur le miroir S2 et le diamètre ds1 du faisceau sur le miroir S1. Dans le mode de réalisation de la [Fig.3], MG est le grandissement total de l’ensemble constitué par les lentilles L103, L104, L105, L106, L308 et L309. [0054] Contrairement au cas des modes de réalisation des [Fig.1] et [Fig.2], le nombre de pixels du capteur matriciel d’images CMI dans la direction y est déterminé par l’amplitude du balayage effectué par la deuxième ligne spectrale LS2, et est ty- piquement du même ordre de grandeur que le nombre de pixels dans la direction y. [0055] En outre, si les balayages effectués par les miroirs de balayage S1 et S2 sont suf- fisamment rapides, le capteur d’image CMI ne doit pas nécessairement acquérir une image distincte pour chaque position des lignes spectrales LS1 et LS2 : une même image peut correspondre à plusieurs positions. Dans un cas limite, l’acquisition d’une seule image peut être suffisante, ce qui permet de se passer de synchronisation entre les miroirs de balayage S1, S2 et le capteur matriciel d’images. [0056] Dans les modes de réalisation des [Fig.1], [Fig.2] et [Fig.3], la cadence du (ou des) balayage(s) est limitée par la nécessite d’effectuer une synchronisation : entre la platine de translation PT et le capteur matriciel d’images CMI dans le cas de la [Fig.1] ; entre S1 et le capteur matriciel d’images CMI dans le cas de la [Fig.2] ; et au moins entre S1 et S2 dans le cas de la [Fig.3]. Cette limitation peut être surmontée grâce au mode de réalisation de la [Fig.4] dans lequel les deux miroirs de balayage S1 et S2 sont réalisés sur deux faces opposées d’un même support oscillant, ou plus généralement à orientation variable, SPO. Dans le mode de réalisation spécifique de la figure, cela est rendu possible par l’utilisation des deux miroirs de redirection M402 et M403. Cela supprime toute exigence en termes de synchronisation, et facilite donc grandement l’utilisation d’une fréquence de balayage élevée – de l’ordre des kilohertz – obtenue par exemple au moyen d’un support SPO résonant ou d’un scanner polygonal. Comme l’amplitude angulaire du balayage réalisé par les miroirs S1 et S2 est, par construction, la même, le deuxième système optique doit procurer un grandissement MS du faisceau FS entre les deux miroirs de balayage de l’ordre de 2 (en d’autres termes dS2/dS1=MS=A S, avec AS=2 – au moins approximativement). Dans le mode de réalisation de la [Fig.4] , cela est assuré par le système afocal formé par les lentilles L105,L106, L408 et L409. [0057] Le mode de réalisation de la [Fig.5] est semblable à celui de la [Fig.4], à ceci près que les fonctions des deux réseaux de diffraction G1 et G2 sont réalisées par deux régions distinctes d’un seul et même réseau G, ce qui est rendu possible par l’utilisation des miroirs de redirection M502, M503 et M504 et par le fait que, dans l’exemple de la [Fig.5], le faisceau d’éclairage FE traverse la lame séparatrice BS tandis que le faisceau FS en est réfléchi. Etant donné que les deux réseaux distincts G1 et G2 sont remplacés par deux zones d’un même réseau, DA1=DA2, il faut donc que le grandissement MG soit d’environ 2, autrement dit dG2=2dG1 au moins approxima- tivement. [0058] Les modes de réalisation des [Fig.4] et [Fig.5] nécessitent deux réseaux de dif- fraction, ou un réseau unique suffisamment étendu pour présenter deux zones distinctes pouvant être éclairées indépendamment l’une de l’autre. Le mode de réalisation de la [Fig.6], quant à lui, comporte un seul réseau, dont l’étendue spatiale ne doit pas néces- sairement être supérieure à celle du faisceau d’éclairage FE. [0059] Le système de la [Fig.6] comprend une source de lumière SL telle que décrite plus haut en référence à la [Fig.1]. Le faisceau d’éclairage FE issu de cette source est collimaté par la lentille L105 de collimation du faisceau d’éclairage FE, est dévié par un premier miroir de redirection M601 (non essentiel), et parvient sur le réseau de dif- fraction G1 qui le disperse spectralement au premier ordre de diffraction Le faisceau dispersé spectralement est filtré spatialement par la fente FR situé dans le plan focal commun des deux lentilles L601 et L602 formant un système afocal. La longueur de la fente FR dans la direction de dispersion spectrale x dépend de la dispersion angulaire introduite du réseau, tandis que la largeur dans la direction y est déterminée comme pour le sténopé d’un microscope confocal classique. La fonction principale du système afocal formé par les lentilles L602 et L105 est de conjuguer optiquement la fente FR et le sténopé P1 de la source SL. En variante, la fente FR peut être omise. [0060] Le faisceau d’éclairage dispersé par le réseau G1 et filtré spatialement est dirigé vers l’objectif de microscope MO par le miroir de balayage S1, formé par une surface réflé- chissante d’un support oscillant ou à orientation variable SPO, ce qui permet d’obtenir une ligne spectrale LS1 balayant l’échantillon E, comme décrit plus haut en référence à d’autres modes de réalisation. La lumière rétrodiffusée par l’échantillon est collectée par l’objectif MO, réfléchie par S1, ce qui compense l’effet du balayage introduit dans le « trajet aller » et filtrée spatialement par l’ensemble L601 – FR– L602, avant de parvenir à nouveau sur le réseau de diffraction G1. L’originalité de ce mode de réa- lisation est que, au lieu de collecter le faisceau recombiné spectralement par le premier ordre de diffraction du réseau, qui se propage suivant le trajet du faisceau d’éclairage mais dans le sens inverse, l’on exploite la lumière diffractée au second ordre (faisceau FS’ sur la figure). La dispersion angulaire du second ordre étant double de celle du premier ordre ; par conséquent, le faisceau diffracté FS’ n’est pas recombiné spec- tralement, mais présente une dispersion angulaire d’amplitude double que celle du faisceau d’éclairage FE ayant été diffracté au premier ordre (en d’autres termes, la dispersion spectrale introduite lors du « trajet aller » est sur-compensée). Ce faisceau FS’ est magnifié d’un facteur MS=2 environ par le système afocal formé par les lentilles L607 et L608 (aussi, dS2=2dS1), redirigé (optionnellement) par les miroirs M602, M 603, M604, réfléchie par le miroir de balayage S2, formé sur le même support à orientation variable SPO que S1 et enfin focalisé par la lentille L609 pour former la ligne spectrale LS2 sur le capteur matriciel d’image CMI. Par construction, dans ce mode de réalisation dG1=dG2. [0061] On remarquera que dans les modes de réalisation décrits plus haut, le premier système optique SO1 de formation de la première ligne spectrale LS1 sur l’échantillon E et le deuxième système optique coïncident en large partie, les mêmes composants optiques étant traversés par la lumière à l’aller (formation de la première ligne spectrale et éclairage de l’échantillon) et au retour (collecte et traitement du faisceau signal). Plus particulièrement, dans les modes de réalisation des [Fig.1] à [Fig.5], le premier système optique est un sous-ensemble du deuxième. Cela est moins vrai dans le cas du mode de réalisation de la [Fig.6] : l’utilisation du 2e ordre de diffraction du réseau de diffraction sépare en effet le trajet du faisceau signal de celui du faisceau d’éclairage. Dans d’autres modes de réalisation, le premier et le deuxième système optique peuvent être totalement ou substantiellement disjoints. Cela est le cas, notamment, des systèmes d’imagerie opérant en transmission. [0062] Un tel système est illustré sur la [Fig.7]. Son principe de fonctionnement est analogue à celui de la [Fig.3], excepté le fait qu’il opère en transmission et pas en réflexion. De la même manière, les modes de réalisations des [Fig.1] ; [Fig.2], [Fig.4] et [Fig.5] peuvent être modifiés pour un fonctionnement en transmission. [0063] Dans le système de la [Fig.7] le faisceau d’éclairage FE émis par la source SL est collimaté par la lentille convergente L702 et réfléchi par le miroir à orientation variable S10 qui lui applique un balayage dans la direction y. Après avoir traversé un système afocal L703 – L704 (il convient de noter l’absence de sténopé, inutile dans SO1) et avoir été dévié par le miroir M701 (optionnel), le faisceau FE est dispersé spectralement dans la direction x par le réseau de diffraction G10, situé dans le plan de Fourier du sténopé P 1 de la source SL grâce audit système afocal L703 – L704 et à la lentille L702. Après avoir traversé un deuxième système afocal L705 – L706 et avoir été dévié encore une fois par un miroir M702 (également optionnel), le faisceau est focalisé par un premier objectif de microscope MO1 de manière à former la ligne spectrale LS1 sur l’échantillon E. La fonction du système afocal L706- L705 est de conjuguer optiquement la pupille arrière de l’objectif de microscope et le réseau G1. Tous ces éléments constituent le premier système optique SO1. [0064] La lumière ayant traversé l’échantillon (faisceau signal FS) est collectée et collimatée par un deuxième objectif de microscope MO2 situé en regard du premier, puis recombiné spectralement par un autre réseau de diffraction G11 (on remarque que ces deux réseaux accomplissent les fonctions de dispersion et recombinaison spectrale que, dans les modes de réalisation décrits en précédence, étaient accomplies par le seul réseau G0). Si DA10 est la dispersion angulaire de G10 et DA11 celle de G11, on doit avoir, idéalement, MG10-G11DA11= DA10 avec MG10-G11 le grandissement formé par L705, L 706, MO1, MO2, L707et L708, autrement dit le rapport entre le diamètre dG11 du faisceau optique sur le réseau G11 et celui (dG10) sur le réseau G10. Le miroir de redirection M703 et le système afocal L707– L708 permettent de conjuguer optiquement ce réseau avec la pupille arrière de MO2. De manière équivalente on peut considérer que le système formé par L705, L706, MO1, MO2, L707et L708 conjugue optiquement G10 et G11 et que la dispersion DA10 imagée dans le plan de G11 est égale à DA11. Le faisceau lumineux recombiné spectralement est filtré spatialement par l’ensemble L709 – P2 – L710 et parvient au miroir à orientation variable S11, actionné de manière synchrone avec S10 et avec une amplitude d’oscillation divisée par le grandissement total MS10-S11 entre S10et S 11 (rapport entre dS11, diamètre du faisceau incident sur S11 et dS10, diamètre du faisceau incident sur S10), de manière à compenser le balayage angulaire introduit par S10 (comme dans le cas des réseaux G10 et G11, on a ici deux miroirs à orientation variable S10 et S11 qui remplacent un miroir à orientation unique S1 dans les modes de réalisation fonctionnant en réflexion). De manière équivalente, on peut considérer que S10 et S11 sont optiquement conjugués entre eux et que le déplacement angulaire de S10 imagé dans le plan de S11 doit être égal – ou approximativement égal – au déplacement angulaire de S11. Ensuite, le faisceau FS est dispersé spectralement par encore un autre réseau de diffraction G2, présentant une dispersion angulaire DA2 telle que MG2-G11DA2 / DA11=AG=2 (au moins approximativement), où MG2-G11 est ici le rapport entre dG2 (diamètre du faisceau incident sur G2) et d11. Ensuite le faisceau ré-dispersé spec- tralement, est réfléchi par un autre miroir de balayage S2 qui est synchronisé avec S10 et S11 et avec une amplitude d’oscillation approximativement égale à 2AS2MS10-S2, avec M S2 le grandissement du système afocal L711, L712, L713, L714 (autrement dit le rapport entre dS2, diamètre du faisceau optique sur le miroir S2 et dS11) et est focalisé par une lentille L715 de manière à former une ligne spectrale LS2 orientée selon la direction x et balayant le capteur matriciel d’images CMI dans la direction y. Des systèmes afocaux L711- L712 et L713 – L714 assurent la conjugaison optique entre les différents éléments optiques du système SO2. On remarque que ce système opérant en transmission présente plus de composants que les systèmes des modes de réalisation décrits plus hauts, et exige la synchronisation de trois miroirs de balayage. Pour alléger ces contraintes de synchronisation, il est possible de remplacer S10, S11, S12 par un système à balayage ou oscillant unique tel qu’un miroir résonnant ou un scanner polygonal. [0065] Comme expliqué plus haut, pour réduire le temps d’acquisition d’images il est possible d’accélérer la vitesse angulaire du ou des miroirs de balayage, mais cela est techniquement difficile. Une approche alternative, illustrée par la [Fig.8], consiste à remplacer un faisceau d’éclairage unique par une pluralité de faisceaux MFE agencés selon une direction y. [0066] Le mode de réalisation de la [Fig.7] est semblable à celui de la [Fig.3], seules les dif- férences seront décrites en détail. Tout d’abord, la source de lumière SL est remplacée par une source SLMF comprenant un ensemble MML1 de microlentilles alignées selon la direction y, décomposant le faisceau de lumière unique émis par la source à large spectre SLS en la pluralité de faisceaux MFE. La cohérence spatiale de ces faisceaux est assurée par une pluralité de sténopés MP1 agencés dans le plan focal de chaque mi- crolentille, en remplacement du sténopé unique P1. De même, le sténopé P2 assurant le filtrage confocal est remplacé par une pluralité de sténopés MP2alignés selon la direction y. On remarque que la lentille L105 de la [Fig.3] est remplacée par une lentille L810agencée à la sortie de la source SLMF pour collimater la pluralité de faisceaux d’éclairage MFE, ainsi que par une lentille convergente L805 et une deuxième pluralité de microlentilles alignées selon la direction y MML2 focalisant la pluralité de faisceaux signaux MFS après que ces derniers aient traversé la lame séparatrice BS. Dans ce système, N>1 lignes spectrales PLS1, PLS2 alignées selon la direction y (et orientées selon la direction x) sont générées sur l’échantillon E et sur le capteur matriciel d’image, respectivement. Grâce à cela, une même région de l’échantillon peut être imagée en effectuant, avec les miroirs de balayage S1 et S2, un balayage angulaire réduit d’un facteur N par rapport au cas d’une ligne spectrale unique. Le temps d’acquisition d’une image de ladite région de l’échantillon est donc réduit de ce même facteur N. [0067] L’invention a été décrite en référence à un certain nombre de modes de réalisation, mais des variantes sont possibles. Par exemple : [0068] - Les faisceaux optiques ne doivent pas nécessairement être à section circulaire. Dans ce cas, la notion de diamètre doit être remplacée par celle de dimension transversale. Plus précisément, la notion de diamètre du faisceau sur un réseau doit être remplacée par celle de dimension du faisceau dans la direction de dispersion (x, dans les exemples décrits plus haut) et la notion de diamètre du faisceau sur un miroir de balayage doit être remplacée par celle de dimension du faisceau dans la direction de balayage (y, dans les exemples décrits plus haut). [0069] - La structure interne de la source de lumière SL est donnée uniquement à titre d’exemple, d’autres structures sont envisageables. [0070] - Toutes ou certaines des lentilles convergentes peuvent être remplacées par d’autres éléments optiques tels des miroirs concaves, des systèmes diffractifs tels des lentilles holographiques, etc. [0071] - Les réseaux de diffraction, ou certains d’entre eux, peuvent être remplacés par d’autres systèmes dispersifs, par exemple des structures diffractives tridimensionnelles, voire par des systèmes réfractifs comme des prismes (sauf, dans le cas du mode de réa- lisation de la [Fig.6], qui nécessite un système diffractif). [0072] - Le ou les objectifs de microscope peuvent être remplacés par d’autres types de systèmes de focalisation, par exemple des miroirs concaves ou des lentilles f-thêta. Dans ce cas, les éléments dispersifs ne seront pas nécessairement placés dans un plan conjugué d’une pupille du système de focalisation mais, plus généralement, dans un plan conjugué du plan de Fourier de l’échantillon [0073] - Les directions x et y ne doivent pas nécessairement être perpendiculaire, bien que cela soit avantageux. Il suffit qu’elles ne soient pas parallèles. [0074] - Dans les modes de réalisation dans lesquels deux miroirs de balayage S1, S2 sont portés par une même structure à orientation variable, il n’est pas nécessaire qu’ils soient agencés sur des faces opposées de la structure. [0075] - La notion de miroir ou support « à orientation variable » recouvre aussi bien des structure oscillantes de manière résonante que des structures dont l’orientation varie de façon contrôlée, de manière continue ou par pas discrets. Références [0076] (Sheppard 1988) : C. J. R. Sheppard, « Super-resolution in Confocal Imaging », Optik 80, No.2, pages 53, 54. [0077] (York 2013) : A.G. York et al. « Instant super-resolution imaging in live cells and embryos via analog image processing », Nat. Methods 2013, Novembre, 10(11), pages 1122 – 1126. [0078] (De Luca 2013) : G. M.R. De Luca « Re-scan confocal microscopy : scanning twice for better resolution » Biomedical Optics Express, Vol.4, No.11, Novembre 2013. [0079] (Curd 2015) : A. Curd et al. « Construction of an instant structured illumination mi- croscope », Methods 88 (2015) pages 37 - 47. [0080] (DuBose 2019) : T. B. DuBose et al. « Super-resolution retinal imaging using optically reassigned scanning laser ophtalmology », Nature Photonics, Vol.13, Avril 2019, pages 257 – 262. [0081] (Sandison 1995) : D. R. Sandison et al. « Quantitative comparison of background rejection, signal-to-noise ratio, and resolution in confocal and full-field laser scanning microscopes » Applied Optics Vol.34, No.19, 1er juillet 1995, pages 3576 – 3588. [0082] (Aguilar 2020) Aguilar, A., Boyreau, A., Bon, P. “Label-free super-resolution imaging below 90-nm using photon-reassignment”. Open Research Europe, 1(3), 3 (2021). [0083] (Tearney 1998) G. J. Tearney et al. « Spectrally encoded confocal microscopy » Optics Letters, Vol.23, No.15, Août 1998. [0084] (Hwang 2015) Hwang J. et al. « Frequency- and spectrally-encoded confocal mi- croscopy » Optics Express, Vol.23, No.5, 9 mars 2015

Claims

Revendications [Revendication 1] 1. Système d’imagerie à réallocation de photons comprenant : - Une source de lumière polychromatique (SL) configurée pour générer au moins un faisceau lumineux d’éclairage (FE) spatialement cohérent dans une plage de longueurs d’onde d’éclairage ; - Un premier système optique (SO1) configuré pour disperser ledit faisceau lumineux d’éclairage avec une première dispersion angulaire DA1 et le focaliser sur un échantillon (E) de manière à former une première ligne spectrale (LS1) orientée selon une première direction (x) ; - Un deuxième système optique (SO2) configuré pour collecter un faisceau lumineux diffusé élastiquement (FS) par ledit échantillon, dit faisceau de signal, lui appliquer une deuxième dispersion angulaire DA2, et le focaliser dans un plan focal de manière à former une deuxième ligne spectrale (LS2) orientée selon une deuxième direction (x); - Un capteur matriciel d’images (CMI) agencé dans ledit plan focal image ; - Un moyen (PT, S1) pour induire un déplacement relatif entre la première ligne spectrale et l’échantillon selon une troisième direction (y), perpendiculaire à la première direction ; et - Un moyen pour former une image de l’échantillon par réallocation de photons à partir d’une ou plusieurs images acquises par ledit capteur matriciel d’images en correspondance d’une pluralité de positions dif- férentes prises par la première ligne spectrale sur l’échantillon ; dans lequel le premier système optique comprend un premier dispositif optique dispersif (G1, G10) pour disperser ledit faisceau lumineux d’éclairage avec une première dispersion angulaire DA1 et le deuxième système optique comprend un deuxième dispositif optique dispersif (G2) pour appliquer audit faisceau lumineux d’éclairage avec ladite deuxième dispersion angulaire DA2 ; la longueur de la deuxième ligne spectrale selon la deuxième direction étant supérieure à celle de la première ligne spectrale selon la première direction d’un facteur AG=MGDA2/DA1>1, MG étant le rapport entre la dimension du faisceau d’éclairage sur le premier dispositif optique dispersif mesurée dans la première direction et la dimension du faisceau signal sur le deuxième dispositif optique dispersif mesurée dans la deuxième direction. [Revendication 2] 2. Système d’imagerie à réallocation de photons selon la revendication 1 dans lequel ledit facteur AG est compris entre 1,8 et 2,2. [Revendication 3] 3. Système d’imagerie à réallocation de photons selon l’une des reven- dications précédentes dans lequel le premier système optique (SO1) comprend : - un premier système collimateur (L105, L205, L305, L405, L505,L605), configuré pour collimater ledit faisceau lumineux d’éclairage (FE) ; - ledit premier dispositif optique dispersif (G1, G10) ; - un système optique de focalisation (MO, MO1) configuré pour recevoir en entrée le faisceau lumineux d’éclairage dispersé par ledit premier dispositif dispersif et le focaliser sur l’échantillon (E). [Revendication 4] 4. Système d’imagerie à réallocation de photons selon la revendication 3 dans lequel le deuxième système optique (SO2) comprend - ledit ou un autre système de focalisation (MO, MO2) pour collecter ledit faisceau de signal, le collimater et le diriger vers ledit premier dispositif optique dispersif, ou un autre dispositif optique dispersif, de telle sorte qu’il soit recombiné spectralement; - ledit premier (G1) ou ledit autre (G11) dispositif optique dispersif, configuré pour recombiner spectralement ledit faisceau signal ; - ledit deuxième dispositif optique dispersif (G2) présentant la seconde dispersion angulaire DA2, pour disperser spectralement ledit faisceau signal selon ladite deuxième direction (x) ; et - au moins un élément optique (L107, L207, L309, L409, L509, L609) configuré pour focaliser dans un plan focal, dit plan focal image, le faisceau signal dispersé spectralement par le deuxième dispositif optique dispersif (G2). [Revendication 5] 5. Système d’imagerie à réallocation de photons selon la revendication 4 dans lequel le deuxième système optique comprend un sténopé (P2) agencé dans un plan conjugué avec un plan focal du système de foca- lisation du deuxième système optique (MO) de manière à réaliser un filtrage confocal. [Revendication 6] 6. Système d’imagerie à réallocation de photons selon l’une des reven- dications 4 ou 5 dans lequel le moyen pour former une image de l’échantillon par réallocation de photons à partir d’une pluralité d’images de la deuxième ligne spectrale acquises par ledit capteur matriciel d’images comprend un processeur numérique d’images (PNI). [Revendication 7] 7. Système d’imagerie à réallocation de photons selon la revendication 6 dans lequel le moyen pour induire un déplacement relatif entre la première ligne spectrale et l’échantillon comprend une platine de translation (PT) de l’échantillon. [Revendication 8] 8. Système d’imagerie à réallocation de photons selon la revendication 6 dans lequel le moyen pour induire un déplacement relatif entre la première ligne spectrale et l’échantillon comprend un miroir d’orientation variable (S1) commun au premier et au deuxième système optique, configuré pour appliquer un balayage angulaire selon la troisième direction au faisceau lumineux d’éclairage et un balayage angulaire opposé au faisceau signal recombiné spectralement. [Revendication 9] 9. Système d’imagerie à réallocation de photons selon l’une des reven- dications 3 à 5 dans lequel : - Le moyen pour induire un déplacement relatif entre la première ligne spectrale et l’échantillon comprend un premier miroir d’orientation variable (S1) commun au premier et au deuxième système optique, configuré pour appliquer un balayage angulaire selon la troisième direction au faisceau lumineux d’éclairage et un balayage angulaire opposé au faisceau signal recombiné spectralement ; et - Le moyen pour former une image de l’échantillon par réallocation de photons comprend un deuxième miroir d’orientation variable (S2), configuré pour appliquer un balayage angulaire selon une quatrième direction, perpendiculaire à la deuxième direction, au faisceau signal dispersé spectralement par le deuxième dispositif optique dispersif ; Le balayage angulaire appliqué par le second miroir d’orientation variable étant synchrone et présentant une amplitude égalé à AS/MS fois l’amplitude de celui appliqué par le premier miroir, AS étant un facteur compris entre 1,8 et 2,2 et MS et le rapport entre la dimension du faisceau lumineux d’éclairage sur le deuxième miroir d’orientation variable, mesurée selon la quatrième direction, et la dimension du faisceau signal dispersé spectralement sur le premier miroir d’orientation variable, mesurée selon la troisième direction. [Revendication 10] 10. Système d’imagerie à réallocation de photons selon la revendication 9 dans lequel le premier miroir d’orientation variable (S1) est structu- rellement indépendant du deuxième miroir d’orientation variable (S2) et le premier dispositif optique dispersif (G1) est distinct du deuxième dispositif optique dispersif (G2). [Revendication 11] 11. Système d’imagerie à réallocation de photons selon l’une des reven- dications 1 à 3, ou 9 lorsqu’elle dépend uniquement de la revendication 3, dans lequel le premier dispositif optique dispersif (G1) est un système diffractif présentant ladite dispersion angulaire DA1 au premier ordre de diffraction et ladite dispersion angulaire DA2=2DA1 au deuxième ordre de diffraction, le deuxième système optique étant configuré pour collecter la lumière diffusée au second ordre de diffraction par ledit système diffractif. [Revendication 12] 12. Système d’imagerie à réallocation de photons selon l’une des reven- dications 9 ou 11 dans lequel le premier et le deuxième miroir d’orientation variable sont formés par deux régions réfléchissantes distinctes d’un même support d’orientation variable (SPO). [Revendication 13] 13. Système d’imagerie selon la revendication 12 dans lequel ledit support d’orientation variable (SPO) est choisi parmi un support de miroir résonant et un scanner polygonal. [Revendication 14] 14. Système d’imagerie selon l’une des revendications 12 et 13 dans lequel le premier dispositif optique (G1) dispersif est distinct du deuxième dispositif optique dispersif (G2). [Revendication 15] 15. Système d’imagerie selon l’une des revendications précédentes dans lequel la source de lumière (SLMF) comprend un premier ensemble d’une pluralité de microlentilles (MML1) alignées selon la troisième direction (y) pour générer une pluralité de dits faisceaux lumineux d’éclairage en parallèle, moyennant quoi ledit premier système optique (SO1) forme sur l’échantillon (E) une pluralité de premières ligne spectrale (LS1) orientées selon une première direction (x) et arrangées selon ladite troisième direction (y), et dans lequel ledit deuxième système optique (SO2) comprend un deuxième ensemble d’une pluralité de microlentilles (MML2) alignées selon ladite troisième direction (y) pour former sur le capteur matriciel d’images (CMI) une pluralité de premières ligne spectrale (LS1) orientées selon une première direction (x) et arrangées selon une quatrième direction (y), perpendiculaire à ladite deuxième direction (x).
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