FR2734636A1 - Dispositif d'inspection optique d'un fluide, notamment pour analyses hematologiques - Google Patents

Abstract

Il comprend une cuve de mesure (8) comportant un passage obligé (15) pour le fluide, une source de lumière monochromatique (31) délivrant un faisceau (F1) à des moyens optiques (6, 32, 34) agencés pour illuminer le passage obligé selon des caractéristiques géométriques et spectrales choisies, de sorte qu'elle induise la fluorescence d'une partie au moins du fluide, une première optique (18-20) de collection du faisceau transmis après traversée du passage obligé, une seconde optique (34-36) de collection de la fluorescence, et une unité d'analyse de signaux (24) connectée auxdites optiques de collection pour déduire desdits signaux des informations véhiculées par la lumière et la fluorescence collectées. Les moyens optiques (6, 32, 34) comprennent un élément optique diffractif (32) présentant un réseau diffractif (38) prédéterminé en fonction d'une part des caractéristiques de ladite source et d'autre part des caractéristiques prédéfinies requises pour l'illumination du passage obligé.

Description

Dispositif d'inspection optique d'un fluide, notamment pour analyses hématolosisues
L'invention concerne l'inspection optique d'éléments en suspens ion dans un fluide gazeux ou liquide, et plus particulièrement la mise en forme des faisceaux lumineux utilisés dans les appareils de comptage hématologique et de cytomètrie en flux.

Un appareil d'analyse hématologique distingue automatiquement les cellules du sang selon la famille à laquelle elles appartiennent (principalement les leucocytes, ou globules blancs, et les hématies, ou globules rouges), ainsi que la variété dans cette famille (par exemple, parmi les leucocytes, distinguer les lymphocytes, les monocytes, les neutrophiles et les éosinophiles, et parmi les hématies, distinguer les réticulocytes).

Actuellement, il faut pour cela recourir soit à plusieurs dispositifs différents capables chacun d'effectuer une partie de l'analyse souhaitée, soit à un dispositif équipé de plusieurs chambres d'analyses mises en série. La Demanderesse commercialise ainsi un dispositif automatisé sous la référence "module 5DIFF", capable de différencier les différentes variétés de leucocytes, ainsi que d'effectuer certaines numérations.

Un tel dispositif est décrit dans le Brevet français n089 14120 de la Demanderesse. Il comprend - une cuve de mesure comportant un passage obligé pour le fluide, - une source de lumière propre à délivrer de la lumière à des moyens optiques agencés pou illuminer le passage obligé selon des caractéristiques géométriques et spectrales choisies, et - une optique de collection pour collecter la lumière obtenue après traversée du passage obligé et délivrer à une unité d'analyse des signaux ("premiers signaux") représenta tifs d'informations ("premières informations") véhiculées par cette lumière collectée.

On entend par caractéristiques spectrales aussi bien l'intensité que la longueur d'onde du rayonnement émis par la source de lumière, et par caractéristiques géométriques la forme générale et la topologie de la zone illuminée.

Dans l'application hématologique, les premières informations sont par exemple relatives à la forme et à l'absorbance des cellules contenues dans le fluide. Elles sont obtenues à l'aide, par exemple, de mesures par transmission parfaitement connues de l'homme de l'art, et qu'il est inutile de décrire.

Une des difficultés de ces mesures réside dans le fait que tous les éléments en suspens ion dans le fluide à inspecter, et qui traversent le passage obligé sous illumination, doivent recevoir une même intensité lumineuse en un même intervalle de temps. En d'autres termes, la répartition de lumière sur toute la surface définie par le passage obligé doit être uniforme. Cela nécessite une mise en forme préalable du faisceau délivré par la source de lumière et destiné à illuminer ledit passage obligé.

A cause de cette source de lumière et des moyens optiques actuellement utilisés, de tels dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients, comme par exemple l'encom- brement, la complexité, les fourchettes d'incertitude relativement importantes qui entachent les résultats des mesures, ou l'impossibilité de différencier les sousvariétés d'une variété donnée. On reviendra plus loin, et dans le détail, sur ces inconvénients.

En conséquence, un but de l'invention est de procurer un dispositif de mise en forme d'un faisceau lumineux en vue d'inspection optique d'éléments en suspension dans un fluide, qui ne présente pas les inconvénients des disposi tifs de la technique antérieure, notamment en termes de rendement, d'encombrement, de complexité et de coût.

Selon l'invention, les moyens optiques d'illumination comprennent un élément optique diffractif destiné à la mise en forme du faisceau de lumière délivré par la source. Cet élément possède au moins une surface qui interagit avec la lumière issue de cette source, et présente un motif tridimensionnel prédéterminé en fonction d'une part des caractéristiques de ladite source et d'autre part des caractéristiques géométriques et spectrales choisies requises pour l'illumination du passage obligé.

On entend par élément optique diffractif, un composant dont une face au moins présente un motif réalisant une structure capable de faire interférer de façon constructive, selon les lois de l'optique diffractive, les photons émis par une source de caractéristiques connues.

Selon un aspect de l'invention, les caractéristiques géométriques et spectrales choisies, requises pour l'illumination du passage obligé, comprennent une illumination uniforme, à la longueur d'onde choisie, d'une surface sensiblement plane, fermée et de géométrie donnée.

Il a été observé qu'en remplaçant une partie au moins des moyens optique s destinés dans la technique antérieure à mettre en forme la lumière émise par la source, par un unique élément optique diffractif de très faible encombrement et adapté spécifiquement, d'une part, à la source, et d'autre part, aux caractéristiques géométriques et spectrales requises pour l'illumination du fluide à analyser, il est possible de réduire notablement l'encombrement du dispositif, et surtout d'améliorer très notablement la précision et la résolution des mesures.

Aucune optique géométrique conventionnelle de faible encombrement et de coût modéré ne peut permettre l'obtention d'une illumination vérifiant de telles caractéristiques.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la source de lumière est une source à rayonnement sensiblement monochromatique dont la longueur d'onde d'émission est choisie de sorte qu'elle induise la fluorescence d'une partie au moins du fluide traversant le passage obligé. Par ailleurs, on prévoit une seconde optique de collection destinée à collecter une partie au moins de la fluorescence émise par le fluide et à délivrer, à l'unité d'analyse, de seconds signaux représentatifs de secondes informations véhiculées par cette fluorescence collectée.

Le fluide à inspecter est préalablement traité par un moyen cytochimique approprié. En fait, le traitement consiste à colorer spécifiquement certains composants de ce fluide au moyen d'un colorant fluorescent.

En remplaçant la source de la technique antérieure, de type lampe, par une source monochromatique, comme par exemple une diode laser, il est possible d'adapter le dispositif au fluide à analyser afin que la longueur d'onde émise par cette source puisse provoquer la fluorescence des composants colorés en suspension dans ledit fluide.

Bien entendu, cette source permet également d'effectuer d'autres mesures, comme par exemple les mesures par transmission et/ou de diffraction à différents angles.

De plus, la coopération de la source monochromatique avec l'élément optique diffractif, qui est conçu pour travailler avec cette source particulière, renforce encore la qualité de l'illumination, sur le plan de la définition de la surface illuminée et surtout de l'uniformité de l'intensité de l'illumination sur l'ensemble de l'aire de ladite surface.

Le dispositif proposé permet donc d'intégrer une technique d'analyse nouvelle et supplémentaire dans un volume plus restreint que dans les dispositifs de la technique antérieure. Une pluralité d'analyses différentes et non destructives peuvent être réalisées en même temps et avec le même échantillon.

Très avantageusement, le motif tridimensionnel est un réseau diffractif gravé dans un substrat transparent à la longueur d'onde d'émission.

On pourrait envisager de réaliser le réseau diffractif par holographie classique, en figeant des franges d'interférences dans une émulsion photosensible. Mais, un tel réseau ne présente pas toujours la stabilité temporelle voulue, et sa fabrication industrielle est plus difficile que celle d'un réseau diffractif gravé.

Un tel réseau diffractif gravé peut être réalisé par microlithographie, par exemple, par faisceau d'électrons ou ablation laser. Le substrat peut être choisi en fonction de la longueur d'onde d'émission de sorte qu'il soit le moins absorbant possible, permettant ainsi de renforcer l'effica- cité de diffraction de l'élément optique diffractif.

Selon un autre aspect de l'invention, ce réseau diffractif est de type numérique à modulation de relief, ladite modulation représentant une fonction prédéterminée capable d'action diffractante cohérente sur la phase et/ou l'amplitude de la lumière émise par la source.

Cette fonction est déterminée à l'aide d'un calculateur, en prenant en compte les caractéristiques de la source et de la surface à illuminer, puis transformée numériquement en éléments de base qui forment un réseau diffractif. Chaque élément possède une position donnée et une hauteur donnée, ce qui justifie l'appellation de réseau diffractif à modulation de relief.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le réseau diffractif possède une modulation de relief d'au moins deux niveaux, et de préférence seize niveaux.

La modulation étant réalisée numériquement, la hauteur de chaque élément est codée de façon binaire. On peut donc associer un niveau à chaque hauteur. Le nombre de niveaux de modulation varie, en conséquence, selon les puissances de 2.

Ce nombre ne peut donc prendre en principe que les valeurs 2, 4, 8, 16...

L'efficacité de la diffraction va dépendre du degré de similitude entre la fonction diffractante calculée et le motif tridimensionnel gravé. Ce degré de similitude dépend, quant à lui, du pas entre deux niveaux consécutifs, ou en d'autres termes du nombre de niveaux définissant l'amplitude maximum de la fonction diffractante.

Plus le nombre de niveaux est important, plus l'efficacité de la diffraction est grande. Mais, on peut démontrer que cette efficacité croît rapidement jusqu'à environ 95%, lorsque l'intensité maximale de la fonction est convertie en 16 niveaux, puis elle tend très lentement vers une asymptote correspondant à 100% d'efficacité. Cependant, les coûts de fabrication d'un réseau à modulation de relief croissent de façon sensiblement exponentielle avec le nombre de niveaux.

En conséquence, une modulation à plus de 16 niveaux entraînerait des coûts supplémentaires très important pour un gain d'efficacité très faible.

Dans une première forme de réalisation, l'élément optique diffractif est du type dit de Fourier.

On entend par optique de Fourier, un élément qui délivre un faisceau d'ondes dont les ordres +1 et -1 sont réels, ce qui autorise deux variantes. Une première variante dite "centrée" (ou en anglais "on axis") dans laquelle les deux ordres +1 et -1 se recouvrent sur l'axe optique de l'élément. Une seconde variante dite "décentrée" (ou en anglais "off axis") dans laquelle les deux ordres +1 et -1 sont répartis symétriquement de part et d'autre de l'axe optique de l'élément, sans se recouvrir. La seconde variante permet certes d'obtenir un mode plus propre car en sélectionnant l'un des ordres +1 ou -1 désaxés on s'affranchît de l'ordre central résiduel 0, mais cela divise le rendement de diffraction par deux puisque l'énergie apportée par chaque ordre n'est plus sommée.

Ce type d'élément délivre une image de l'objet en champ lointain, ce qui veut dire que l'image de l'objet est nette à l'infini.

Dans une seconde forme de réalisation, l'élément optique diffractif est du type dit de Fresnel.

On entend par optique de Fresnel, un élément qui délivre un faisceau d'ondes dont l'ordre +1 est réel et l'ordre -1 est virtuel, ce qui n'autorise ou'une possibilité. Une telle optique est donc équivalente à une lentille en optique géométrique conventionnelle.

Ce type d'élément délivre une image de l'objet en champ proche.

Préférentiellement, l'élément optique diffractif comprend une unique surface comportant un motif diffractant de type
Fresnel à seize niveaux.

Cette solution est préférée actuellement car, comme indiqué ci-dessus, l'optique de Fresnel délivre une image de l'objet en champ proche. Par conséquent, l'élément diffractif peut à lui seul réaliser à la fois une distribution uniforme de l'énergie contenue dans le faisceau incident, et focaliser cette énergie en un endroit donné, comme par exemple à la frontale d'un objectif, ou directement au niveau du passage obligé, sans qu'il soit nécessaire d'interposer une lentille de focalisation, ce qui est le cas pour les optiques de
Fourier. Cela permet donc de réduire encore un peu plus l'encombrement du dispositif d'inspection.

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant un dispositif de la technique antérieure; - la figure 2 est un agrandissement d'une partie centrale de la cuve illustrée figure 1, illustrant la zone d'interaction entre le faisceau calibré d'analyse et le fluide; - la figure 3 est un schéma illustrant un dispositif selon l'invention dans un mode de réalisation préférentiel; - les figures 4A et 4B illustrent respectivement une partie d'un élément optique diffractif vue en coupe transversale pour une modulation à 2 niveaux (A) et à 16 niveaux (B); et - la figure 5 est un exemple d'image de réseau diffractif de type Fourier à deux niveaux de phase.

Les dessins annexés comportent de nombreux éléments de caractère certain, qu'il est difficile de définir complètement par le texte. En conséquence, ils font à ce titre partie intégrante de la description, et pourront contribuer à la définition de l'invention.

On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 pour décrire la technique antérieure.

Une lampe 1, généralement en tungstène et de forte consommation électrique, émet un rayonnement électromagnétique large bande que l'on filtre 2, puis met sous forme de faisceau F calibré à l'aide de lentilles 3 et 4 et d'un diaphragme 5, afin qu'il présente une section choisie, de forme généralement rectangulaire.

Le faisceau calibré FC est ensuite dirigé vers un premier objectif de microscope 6 (x20) à la frontale duquel se forme limage de la section rectangulaire qu'il présentait au niveau du diaphragme 5, et qui réduit cette image afin qu'elle présente des dimensions prédéterminées au niveau d'un passage obligé 15 d'une cuve de mesure 8 dont la description détaillée est donnée dans le Brevet français précité de la Demanderesse (n089 14120).

La cuve de mesure 8 comprend un conduit 9 qui canalise le fluide (du sang) et le délivre au niveau d'un orifice calibré 14 réalisé dans une paroi en saphir 13 et destiné à ne laisser passer qu'une cellule sanguine à la fois. Chaque cellule débouche alors dans une chambre de mesure 7 formant passage obligé et délimitée par une paroi 16 transparente à la lumière du faisceau calibré FC. La paroi 16 de la chambre présente une ouverture de sortie 17 en regard de l'orifice calibré 14 par laquelle les cellules analysées sont évacuées vers l'extérieur.

Après traversée de la chambre de mesure 7, le faisceau calibré FC qui s'est transformé lors de l'interaction avec le sang pour devenir un faisceau transmis FT, débouche dans un second objectif de microscope 18 (x20), identique au premier 8, qui le met en forme et le dirige vers un cube séparateur 19 qui le réfléchit perpendiculairement vers une photodiode de collection 20. Le second objectif, le cube séparateur et la photodiode forment une première optique de collection.

On prévoit également une voie de mise au point des objectifs, sensiblement dans l'axe du faisceau transmis FT. Elle comprend un dépoli 21 permettant de former l'image superposée du faisceau calibré FC au niveau de la chambre de mesure 7 et du fluide, et une lentille divergente 22 interposée entre le dépoli 21 et le cube séparateur 19 destiné à grossir l'image superposée précitée.

La photodiode 20 mesure l'intensité du faisceau transmis FT, lequel est plus ou moins absorbé par les différentes variétés de cellules du sang avec lesquelles il interagit.

Cette fluctuation de l'absorbance est due non seulement à leurs différents volumes, mais aussi à leur particularités internes, comme par exemple la présence ou non d'un noyau, ce qui est le cas des leucocytes. Cette mesure est transformée en signaux qui sont adressés à une unité d'analyse 24, où ils sont corrélés à des signaux délivrés par un générateur de courant 23 connecté à la cuve de mesure 8, afin d'en déduire d'une part la variété à laquelle appartient la cellule passée au travers de l'orifice 14 à un instant donné, et d'autre part, par intégration sur une période donnée, le nombre de cellules appartenant à chaque variété détectée.

Les techniques permettant les mesures par résistivité et par transmission sont parfaitement connues de l'homme de l'art et sont détaillées dans le Brevet français précité de la
Demanderesse (ne89 14120).

I1 est maintenant fait référence à la figure 3 pour décrire un mode de réalisation préférentiel de l'invention.

Le dispositif proposé comprend une source de lumière monochromatique de très faible consommation électrique et dont la longueur d'onde d'émission est choisie en fonction de la bande spectrale d'excitation du colorant fluorescent choisi pour colorer certains composants du fluide à analyser.

De préférence, cette source est une diode laser. Mais, bien entendu, la source monochromatique peut être un laser, ou plus généralement une source dont la longueur d'onde et la puissance d'émission autorisent la fluorescence des composants colorés à analyser.

Dans l'exemple illustré, la source est une diode laser 31 délivrant un faisceau F1, de section droite sensiblement elliptique et dont l'énergie présente une répartition gaussienne, en direction d'un élément optique diffractif 32 sur lequel on reviendra ultérieurement. Cet élément 32 possède une surface avant 33, en regard de la diode active, qui agit sur le faisceau F1 délivré par cette diode 31 de sorte qu'il présente des caractéristiques géométriques et spectrales choisies au niveau de la cuve de mesure 8, laquelle est identique à celle décrite sur les figures 1 et 2.

Dans l'exemple décrit, les caractéristiques géométriques portent sur la forme du faisceau, laquelle doit être rectangulaire, et sur les dimensions du rectangle, lequel doit mesurer 100 Hm x 30 pm dans le passage obligé 15 de la cuve de mesure 8, afin de posséder des dimensions sensiblement égales aux dimensions transversales du flux. Par ailleurs, les caractéristiques spectrales portent sur la répartition énergétique au niveau du passage obligé, laquelle doit être quasi-uniforme (de préférence avec des écarts inférieurs à 58) sur l'ensemble du rectangle décrit ci-dessus, et sur la monochromaticité du faisceau, laquelle est assurée directement par la source.

Bien entendu, dans d'autres applications, ou bien si la cuve n'est pas la même que celle décrite, la forme du faisceau au niveau du passage obligé pourra être différente d'un rectangle. I1 en va de même des dimensions. Presque toutes les formes de faisceau peuvent être envisagées puisque l'élément diffractif est réalisé en fonction des caractéristiques de la source et des caractéristiques que doit présenter le faisceau au niveau du passage obligé dans la cuve de mesure.

Dans le mode de réalisation illustré, l'élément diffractif 32 délivre en fait un faisceau de répartition énergétique uniforme et rectangulaire, mais de dimensions supérieures à celles décrites précédemment, au niveau de la frontale d'un premier objectif de microscope 6 (x20), lequel réduit les dimensions du faisceau rectangulaire de sorte qu'elles soient égales à celles requises au niveau du passage obligé (100 pm x 30 pm).

Dans ce mode de réalisation, il y a donc coopération entre l'élément diffractif et le premier objectif pour délivrer le faisceau au niveau de la chambre de mesure 16. Mais, il est clair que l'on peut se passer d'une telle coopération, l'élément diffractif étant alors conçu pour délivrer le faisceau de caractéristiques choisies directement dans la chambre de mesure.

Par ailleurs, dans l'exemple illustré, le faisceau F1 issu de la diode 31 est orienté perpendiculairement à l'axe optique d'analyse. En conséquence, pour atteindre le premier objectif 6, le faisceau F1 subit une réflexion à 90" sur une lame dichroïque 34 centrée sur l'axe optique d'analyse.

Au delà du premier objectif, le faisceau suit le même chemin que dans le dispositif de la technique antérieure illustré sur les figures 1 à 2. I1 traverse donc la chambre de mesure 16 de la cuve de mesure 8 dans laquelle se trouve le passage obligé 15 du sang 11. I1 est alors transformé en un faisceau transmis FT par interaction avec le sang, puis pénètre dans un second objectif de microscope 18 (x20), identique au premier 8, qui le met en forme et le dirige vers un cube séparateur 19 qui le réfléchit perpendiculairement vers une photodiode de collection 20. Cette photodiode est placée à une distance de l'axe de symétrie vertical de la chambre de mesure 7 égale à celle qui sépare l'élément diffractif 32 de ce même axe. Ainsi, les dimensions du faisceau transmis FT au niveau de la photodiode 20 sont sensiblement égales à celles que présente le faisceau en sortie de l'élément diffractif 32. Le second objectif 18, le cube séparateur 19 et la photodiode 20 forment une première optique de collection.

On peut prévoir également une voie de mise au point des objectifs, sensiblement identique à celle illustrée sur la figure 1 et décrite ci-avant.

Bien entendu, le dispositif proposé comprend également, comme dans la technique antérieure décrite précédemment, un générateur de courant 23 connecté d'une part à la cuve de mesure 8 et d'autre part à une unité d'analyse 24, elle même connectée à la photodiode 20, ce qui lui permet de déterminer la variété de chaque cellule du sang analysé et le nombre de cellules appartenant à chaque variété détectée.

Mais, le dispositif proposé comprend également une seconde optique de collection pour collecter d'autres informations dans la cuve de mesure.

En effet, la longueur d'onde d'émission de la diode laser 31 est choisie afin d'induire la fluorescence de certaines sous-variétés de cellules contenues dans le sang à analyser et préalablement colorées par un colorant fluorescent approprié. Soumis à un rayonnement lumineux incident donné, le colorant contenu dans les cellules colorées absorbe ce rayonnement et réémet quasi-instantanément (1n-8 s) et de façon isotrope un rayonnement de longueur d'onde supérieure au rayonnement incident. Cette réémission est appelée fluorescence.

I1 est donc possible de récupérer une partie de la fluorescence, soit à 90 de l'axe optique d'analyse, soit parallèlement à cet axe (épifluorescence). Le dispositif de la figure 3 illustre une mesure d'épifluorescence à 0 (fluorescence recueillie parallèlement à l'axe optiques dans la direction opposée au faisceau F1 issu de la diode 31).

La fluorescence à collecter traverse le premier objectif 6, puis la lame dichroïque 34, et se dirige vers un filtre interférentiel 35 qui sélectionne la seule longueur d'onde de fluorescence des cellules fluorescentes, ce qui permet de rejeter toutes les autres longueurs d'onde parasites, comme par exemple celle de la diode laser. Puis, une fois filtrée, la fluorescence est collectée par un tube photomultiplicateur 36 connecté à l'unité d'analyse 24. L'intensité mesurée par le tube 36, sur un intervalle de temps donné, est corrélée aux autres mesures par transmission et par résistivité, ce qui permet d'en déduire des informations sur certaines sous-variétés de cellules, et notamment sur leurs nombres respectifs.

I1 est clair que l'on peut parfaitement intervertir les positionnement respectifs du tube photomultiplicateur et de la diode laser couplée à l'élément diffractif. De même, on peut réaliser le dispositif selon l'invention en logeant la diode laser, couplée à l'élément diffractif, parallèlement à l'axe optique d'analyse, et en plaçant la seconde optique de collection de la fluorescence (tube photomultiplicateur et filtre interférentiel) en regard de la cuve de mesure afin de collecter la fluorescence à 90" de cet axe optique d' analyse.

On se réfère maintenant aux figures 4A, 4B et 5 pour décrire l'élément optique diffractif 32.

I1 comprend sur sa face avant 33, en regard de la diode laser 31, un motif tridimensionnel formé par juxtaposition d'éléments de base 37 sensiblement carrés, et de hauteur variable. Cette juxtaposition forme un réseau diffractif 38 à modulation de relief.

La hauteur de chaque élément de base est obtenue par numérisation d'une fonction capable d'action diffractante cohérente sur la phase et/ou l'amplitude de la lumière émise par la source.

Le calcul de la fonction diffractante peut être réalisé par des Etablissements comme le Laboratoire des Systèmes
Photoniques de l'Ecole Nationale Supérieure de Physique de
Strasbourg, laquelle procède également à la numérisation de cette fonction de sorte que l'on puisse piloter la machine destinée à réaliser le motif diffractant correspondant à ladite fonction.

Ce calcul est réalisé à l'aide d'un logiciel de conception de systèmes optiques assistée par ordinateur. Connaissant les caractéristiques des ondes du faisceau F1 délivré par la diode laser 31, et les caractéristiques que les ondes du faisceau doivent présenter au niveau de la frontale de l'objectif 6, il est possible, en assimilant l'élément optique diffractif 32 à une matrice de transfert, et en utilisant un algorithme de calcul itératif capable de résoudre les équations de Maxwell, de calculer une fonction diffractante capable de transformer le faisceau issu de la diode en un faisceau d'analyse. Bien entendu, bien que l'algorithme soit itératif, il peut être nécessaire d'effectuer des approximations successives pour déterminer une fonction diffractante.

Un certain nombre d'algorithmes peuvent être utilisés pour le calcul, comme par exemple ceux connus sous les noms "algorithme de recuit simulé", "algorithme de Gerchberg
Saxton en champ proche", "algorithme de diffusion d'erreurs complexes", ou "algorithme de génétique basé sur la théorie de l'évolution de Darwin".

Ces algorithmes prennent également en compte les caractéristiques du substrat dans lequel l'élément diffractif est réalisé, la technique de fabrication du réseau diffractant sur cet élément, et le type de ce réseau (Fourier ou
Fresnel).

Le réseau de Fresnel est préférable car, fournissant des images en champ proche, il ne nécessite pas l'utilisation d'une lentille convergente.

Une fois la fonction diffractante calculée, il est nécessaire de la numériser, afin que l'on puisse la transformer en un fichier informatique représentatif d'un motif numérique formant réseau diffractif. Ce fichier est généralement sous la forme d'une matrice 1024 x 1024 éléments, chaque élément codant une partie du motif.

Pour cela on associe une valeur binaire (ou un niveau) à la valeur de la fonction en un point donné. L'encodage étant binaire, sa précision dépend donc du pas existant entre deux valeurs consécutives. Pour obtenir un pas très petit, il est nécessaire que l'amplitude maximale de la fonction corresponde à un nombre de niveaux le plus important possible.

Pour des raisons matérielles, il n'est pas possible de définir ici de manière exhaustive, sur 1024 x 1024 points, un réseau diffractif par exemple de type Fourier à deux niveaux de phase. A défaut, une image à deux niveaux (noir et blanc) d'un exemple d'un tel réseau diffractif est illustré sur la figure 5.

Comme on l'a expliqué dans l'introduction, au-delà de 16 niveaux le rendement de diffraction de l'élément optique augmente très lentement tandis que son coût de fabrication croît très rapidement.

En conséquence, un élément optique diffractif à 16 niveaux, qui donne un rendement de diffraction d'environ 95%, est suffisant pour permettre l'obtention d'un faisceau d'analyse d'homogénéité constante à environ 5% près.

On peut voir respectivement sur les figures 4A et 4B une coupe transversale d'un élément diffractif 32 dont les éléments de base 37 de son réseau diffractif 38 sont binaires (A) ou à 16 niveaux (B).

L'action de l'élément diffractif 32 étant régie par les lois de la diffraction, chaque élément de base 37 possède des dimensions sensiblement égales ou inférieures à la longueur d'onde d'émission de la diode 31. En conséquence, pour réaliser ces éléments de base, il est indispensable d'utiliser une technique dont la résolution est de l'ordre de la dizaine de nanomètres. Actuellement, la meilleure technique est la microlithographie, et plus particulièrement celle utilisant un masque de chrome à "niveaux de gris binaires".

Le masque de chrome est réalisé sous forme de niveaux de gris codés de façon binaire, à l'image d'un dégradé de gris réalisé par une imprimante de type laser. Ce masque est déposé au-dessus d'une couche de résist qui est elle-même déposée sur un substrat. Le masque est illuminé par une lumière ultra-violette, qui sous l'effet des différents niveaux dudit masque va provoquer l'impression du résist selon des doses variables. Le résist qui contient une image du relief à transférer est alors développé, ce qui révèle ledit relief. Puis, on effectue le transfert du relief du résist développé vers le substrat par usinage réactif ionique sélectif (plus connu en anglais sous l'acronyme
RIBE).

Chaque élément de base 37 est ainsi gravé dans un substrat 39, transparent à la longueur d'onde d'émission de la diode laser 31. Ce substrat est réalisé dans un matériau de type quartz ou BK7.

Bien entendu, on peut prévoir de nombreux autres types de substrat. De même, les méthodes de fabrication ne se limitent pas à celle décrite ci-dessus. Toute autre méthode capable de réaliser un réseau diffractant du type décrit ciavant pourra être envisagée.

Dans toute la description, on a fait référence à des mesures par résistivité, par transmission, et de fluorescence. I1 est clair que des mesures de diffraction à différents angles peuvent être également effectuées avec le dispositif selon l'invention.

Enfin, bien que l'invention ait été décrite en détail dans le cas des analyses hématologiques, elle peut servir à d'autres applications comparables, avec ou sans fluorescence, se trouvant dans le cadre des revendications ci-après.

Claims (10)

Revendications

1.- Dispositif d'inspection optique d'un fluide, notamment pour analyses hématologiques, du type comprenant: - une cuve de mesure (8) comportant un passage obligé (15) pour le fluide, - une source de lumière (31) propre à délivrer de la lumière (F1) à des moyens optiques (6, 32, 34) agencés pour illuminer le passage obligé selon des caractéristiques géométriques et spectrales choisies, - une optique de collection (18-20) pour collecter la lumière (FT) obtenue après traversée du passage obligé et délivrer à une unité d'analyse (24) de premiers signaux représentatifs de premières informations véhiculées par cette lumière collectée, caractérisé en ce que les moyens optiques comprennent un élément optique diffractif (32) dont l'une au moins des surfaces (32), qui interagissent avec la lumière (F1) délivrée par la source (31), présente un motif tridimensionnel prédéterminé en fonction d'une part des caractéristiques de ladite source et d'autre part des caractéristiques prédéfinies requises pour l'illumination du passage obligé (15).

2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière (31) est une source à rayonnement sensiblement monochromatique dont la longueur d'onde d'émission est choisie de sorte qu'elle induise la fluorescence d'une partie au moins du fluide traversant le passage obligé (15), et en ce qu'il comprend une seconde optique de collection (3436) destinée à collecter une partie au moins de la fluorescence émise par le fluide et à délivrer, à l'unité d'analyse (24), de seconds signaux représentatifs de secondes informations véhiculées par cette fluorescence collectée.

3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le motif tridimensionnel est un réseau diffractif (38) gravé dans un substrat (39) transparent à la longueur d'onde d'émission.

4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réseau diffractif (38) est de type numérique à modulation de relief, ladite modulation représentant une fonction prédéterminée capable d'action diffractante cohérente sur la phase et/ou l'amplitude de la lumière (F1) émise par la source (31).

5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le réseau diffractif (38) possède une modulation de relief d'au moins deux niveaux, et de préférence seize niveaux.

6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les caractéristiques géométriques et spectrales choisies, requises pour l'illumination du passage obligé (15), comprennent une illumination uniforme, à la longueur d'onde choisie, d'une surface sensiblement plane, fermée et de géométrie donnée.

7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface illuminée est un rectangle.

8.- Dispositif selon l'une des revendication 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément optique diffractif (32) est du type dit de Fourier.

9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément optique diffractif (32) est du type dit de Fresnel.

10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément optique diffractif comprend une unique surface (33) comportant un motif diffractant de type Fresnel à seize niveaux.